利用富钾母液与磷石膏制取硫酸钾的工艺

摘要

本发明公开了一种利用富钾母液与磷石膏制取农用硫酸钾的工艺。该工艺是以钾长石破碎、粉磨得原矿粉体，经烧结、水浸、脱硅、除钠后得到的碳酸钾为主要成份的富钾母液为原料液。将磷石膏渣球磨制得一定粒度的磷石膏粉体与原料液充分混合，在一定温度下进行复相反应。反应结束后反应浆液经过滤分离得到硫酸钾溶液和碳酸钙渣。硫酸钾溶液直接蒸发浓缩干燥后制得农用硫酸钾优等品，碳酸钙渣送至脱硅滤饼烧结工段作烧结配料综合利用。本发明的工艺设计合理，工艺流程简单，生产过程无“三废”排放，符合高效节能和“清洁生产”的环保要求。该方法以钾长石与磷石膏为原料，来源广泛，资源利用率高，环境友好，产品成本低，经济效益显著，便于实施推广。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用富钾母液与磷石膏制取硫酸钾的工艺。

背景技术

硫酸钾是制钾盐的基本原料，如用于制碳酸钾及硫酸铝钾等，用于玻璃、染料、香料等工业，在医药上用作缓泻剂等。农业上，硫酸钾是世界通用的忌氯作物肥料，特别适用于对氯离子敏感的农作物，如烟草、亚麻、棉花、西瓜、茶叶、柑桔、葡萄等作物生长。它含50％的氧化钾和18％的硫，可以同时提供给作物钾和硫两种养分，用它做肥料，既可提高作物产量，还可改善其品质，用于缺硫土壤，可提高作物的抗病能力。此外，硫酸钾几乎可以和现有的所有肥料品种相混合，用于制造硫酸碱式复混肥。目前这方面的需求量不断增加，然而国内硫酸钾的生产能力有限，大部分依靠进口，其原因在于国内水溶性钾矿资源及硫资源极缺，生产硫酸钾原料严重依赖进口。目前我国磷石膏累计堆存量已超过2亿吨，且我国非水溶性钾矿资源丰富，利用处理钾长石后的富钾母液与磷石膏制取硫酸钾是制备硫酸钾的新途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种产品成本低、原料来源广泛、便于实施推广的利用富钾母液与磷石膏制取硫酸钾的工艺。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种利用富钾母液与磷石膏制取硫酸钾的工艺，包括以下步骤：

(1)原料液制备步骤：钾长石经破碎、粉磨，制得原矿粉体，粉体经烧结、水浸、脱硅和除钠后得到的富钾母液为原料液；

(2)磷石膏预处理步骤：将磷石膏渣球磨制得磷石膏粉体；

(3)复相反应步骤：将原料液与磷石膏粉体按液固比为3∶1～5∶1置于反应釜中，在15～85℃的温度条件下搅拌1～3h进行复相反应，待反应结束后将反应浆液过滤分离得到硫酸钾溶液和碳酸钙渣；

(4)制取硫酸钾步骤：将上述硫酸钾溶液经蒸发浓缩干燥后制得农用硫酸钾优等品，碳酸钙渣送至钾长石粉体的脱硅中的脱硅滤饼烧结工段作烧结配料。

本发明中的富钾母液为钾长石经破碎、粉磨，制得-200目的原矿粉体，粉体经烧结、水浸、脱硅、除钠后的溶液，其制备方法请参见专利权人为中国地质大学(北京)，ZL 03 1 00563.2的专利文件。原料液为碳酸钾与碳酸钠的混合溶液，其中碳酸钠与碳酸钾质量比≤(1∶19)，溶液密度为1.05～1.1g/mL。

本发明中的原料液可用杂质质量百分含量≤5％的碳酸钾配制溶液代替，所配制的碳酸钾溶液的密度为1.05～1.1g/mL，浓度≥80g/L。

在本发明中，所使用的磷石膏是在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时所产生的固体废渣，其主要成分为硫酸钙，其中，磷石膏中的CaSO₄·2H₂O含量≥80质量％，此外在磷石膏中还含有多种其他杂质，但这些杂质对本发明的工艺没有任何的影响。

本发明在蒸发结晶时，采用的热蒸汽都是可以循环利用的，冷凝水经过处理也可以回收使用。

本发明方法的步骤(2)中磷石膏渣可以烘干后球磨，也可直接球磨，其中二水硫酸钙的含量≥80质量％。磷石膏粉体粒度为-150目。

本发明方法的步骤(3)中富钾母液与磷石膏复相反应的液固比为3∶1～5∶1，反应时间为1～3h，原料液中碳酸钾与磷石膏粉体中硫酸钙的物料摩尔比为0.9～1.1，反应温度为15～85℃。

本发明方法的步骤(4)中硫酸钾溶液密度为1.05～1.1g/mL，蒸发的温度为100～115℃，干燥温度为200～350℃，干燥时间为0.5～1h。

在本发明方法的步骤(4)中碳酸钙渣可以返回钾长石粉体的脱硅滤饼烧结工段中作烧结配料也可以除杂后用作橡胶、塑料、纸张、涂料、牙膏等的填料，还可以用于有机合成、冶金、玻璃或石棉生产中。

本发明中所用蒸发结晶方法可以采用真空蒸发结晶或者普通蒸发结晶方式，每一步均可设计为多效蒸发。

本发明中的农用优级硫酸钾是指符合农业用硫酸钾国家标准(GB20406-2006)要求的优等品，所述的优等品中氧化钾的质量分数≥51％，氯离子的质量分数≤1.5％，水分的质量分数≤2.0％，游离酸(以H₂SO₄计)的质量分数≤0.5％。

本发明的优点是：本发明利用钾长石经破碎、粉磨，制得原矿粉体，粉体经烧结、水浸、脱硅、除钠后的富钾母液与磷石膏粉体反应制得农用硫酸钾优等品。蒸发结晶过程产生的水蒸汽和冷凝水都是可以收集回收利用的。本发明的工艺设计合理，工艺流程简单，生产过程无“三废”排放，符合高效节能和“清洁生产”的环保要求。该方法以钾长石与磷石膏为原料，来源广泛，资源利用率高，环境友好，产品成本低，经济效益显著，便于实施推广。

附图说明

图1为利用富钾母液与磷石膏制取硫酸钾工艺流程图。

具体实施方式

如图1所示，将磷石膏渣球磨制得一定粒度的磷石膏粉体，钾长石经破碎、粉磨，制得原矿粉体，粉体经烧结、水浸、脱硅、除钠后得到的富钾母液为原料液。将富钾母液与磷石膏粉体按一定物料比、液固比置于反应釜中，在一定温度下搅拌一定时间进行复相反应，待反应结束后将反应浆液过滤分离得到硫酸钾溶液和碳酸钙渣。将硫酸钾溶液经蒸发浓缩干燥后制得农用硫酸钾优等品，碳酸钙渣送至钾长石粉体的脱硅中的脱硅滤饼烧结工段作烧结配料。

实施例

将磷石膏渣球磨制得-150目的磷石膏粉体；钾长石原矿经粗碎、粉磨后制得-200目的钾长石原矿粉体。钾长石原矿粉体经烧结、水浸、脱硅、除钠后得到密度为1.1g/mL的富钾母液。将富钾母液与磷石膏按液固比为5∶1，反应时间为3h，物料摩尔比为1.1，反应温度为45℃进行复相反应制得硫酸钾溶液与碳酸钙渣。硫酸钾溶液密度为1.1g/mL，蒸发的温度为100℃，干燥温度为200℃，干燥时间为1h。碳酸钙渣送至脱硅滤饼烧结工段作烧结配料。

对本方法制得的硫酸钾送至普尼测试北京实验室进行了平行测试，并与农用硫酸钾国家专业标准GB 20406-2006中的优等品的指标进行了比较，其结果见表1。

表1试制硫酸钾样品与国标标准对比