一种从非水溶性含钾岩石中提取钾盐的方法

摘要

本发明涉及资源、化工中的矿产高效开发利用领域，特别是涉及一种从非水溶性含钾岩石中提取钾盐的方法。本发明针对我国大量非水溶性含钾岩石远未得到有效利用，而国内钾盐市场又供应不足的现状，提出一种混合助熔剂焙烧-短流程处理含钾岩石新工艺，在得到钾盐产品的同时副产钠盐。矿石经磨矿-中温焙烧-热水浸出后，钾的浸出率超过90％，同时，渣量仅为原矿量的1-1.2倍。浸出液经过蒸发结晶可得钾盐产品同时副产钠盐，滤渣可用做建材、分子筛原料。本发明工艺流程简单、清洁，能耗相对较低，适用于非水溶性含钾岩石的大规模生产。

说明书

技术领域

本发明涉及资源、化工中的矿产高效开发利用领域，特别是涉及一种从非水溶性含钾岩石中提取钾盐的方法。

背景技术

我国非水溶性含钾岩石资源极为丰富，且种类多、分布广，在火山岩、沉积岩、变质岩中都存在含钾岩石。以前只有K₂O含量大于12％的含钾岩石才被认为具有一定的工业开发价值，而大量K₂O含量在8％-12％的含钾岩石由于开发成本、环境问题等因素而被忽视。随着国内水溶性钾资源逐渐匮乏，钾盐市场需求逐年增加，对该类低品位含钾岩石的高效开发已刻不容缓，因此，开发新型、清洁、高效的非水溶性含钾岩石处理技术不仅可以缓解国内钾矿资源供给不足、对外依存度高的现实问题，同时也为区域特色资源的绿色、高效开发提供一条出路。

我国对非水溶性钾矿资源的开发利用始于20世纪50年代，提出了多种制取钾盐的方案和方法，概括起来可以分为火法和湿法两大类。目前，现有的火法工艺多数以单一或混合无机盐作助剂进行分解，存在焙烧温度过高(>1000℃)，分解率较低(<90％)同时渣量较大(渣/原矿>2)的缺陷。其改进的氢氟酸路线，尽管处理温度大幅降低，但氢氟酸腐蚀性太强且价格相对较贵，同时还存在一定的环境问题；而湿法工艺多是在强碱的水热体系下进行，对原料的钾含量要求较高，而强碱的成本也较高，这些问题都困扰着非水溶性含钾岩石提取钾盐的工业化生产。因此，开发一种短流程、低成本、环境友好的从非水溶性含钾岩石提取钾盐的工艺，是实现储量巨大、品位相对较低的非水溶性含钾岩石生产钾盐的基础，而其中助熔剂的选择尤为关键。

发明内容

本发明针对现有非水溶性含钾岩石开发工艺路线的不足，提供一种既可以提高钾的浸出率、又可适当降低焙烧温度且对环境友好的从非水溶性含钾岩石中提取钾盐的新方法。

本发明的从非水溶性含钾岩石中提取钾盐的方法，包括以下步骤：

1)以非水溶性含钾岩石为原料，添加CaCl₂和Na₂CO₃作为混合助熔剂，将原 料与混合助熔剂充分混合；其中，所述原料与CaCl₂和Na₂CO₃按1：(0.2-0.8)：(0.05-0.3)的质量比混合；

2)将步骤1)混合后的物料在950℃以下的条件下焙烧2-6小时，焙烧后的产物在90℃以下条件下用水浸出，经过滤获得浸出液和滤渣；

3)将步骤2)的浸出液经过蒸发结晶得到钾盐。

根据本发明的提取钾盐的方法，其中，优选地，步骤1)所述原料与CaCl₂和Na₂CO₃按1：(0.3-0.6)：(0.1-0.3)的质量比混合。

根据本发明的提取钾盐的方法，其中，优选地，步骤2)所述焙烧温度为750-900℃，进一步优选为，800-850℃。步骤2)所述焙烧时间优选为3-5小时。

根据本发明的提取钾盐的方法，其中，步骤2)所述浸出的液固质量比优选为(0.5-4)：1，进一步优选为(1-3)：1。步骤2)所述浸出的温度优选为70-90℃，浸出的时间优选为2-4小时。

本发明的从非水溶性含钾岩石中提取钾盐的方法，为进一步提高钾盐产品的质量，可以在步骤3)浸出液蒸发结晶前对浸出液进行除钙处理，除钙方式可以是本领域的常规除钙方法，例如通入CO₂沉淀钙等。

本发明所述的非水溶性含钾岩石可以是任意种类的非水溶性含钾岩石，不限于常见的钾长石、黑云母、霞石等。本发明可以处理品位较低的非水溶性钾矿，尤其是可以处理钾含量(以K₂O记)低于9％的低品位钾矿。

本发明通过对比不同助熔剂搭配试验，发现氯化钙与碳酸钠作为复合助熔剂对于品位相对较低的非水溶性含钾岩石中提取钾盐的浸出效果尤为理想，在焙烧温度为950℃以下时，钾的浸出率可达90％以上，且渣矿比仅为1-1.2，该工艺路线(图1)为非水溶性含钾岩石大规模工业化生产提供了可能。

附图说明

图1本发明的从非水溶性含钾岩石中提取钾盐工艺流程图。

图2是非水溶性含钾岩石矿样的X光衍射图。

图3是实施例1所得氯化钾样品照片。

具体实施方式

本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。

实施例1

将钾含量为8.47％的非水溶性含钾岩石粉碎至149微米(100目)以下，然后与助剂CaCl₂、Na₂CO₃按1:0.4:0.05的质量比充分混合，在850℃的条件下焙烧3小时，焙烧后的产物用水浸出，在80℃条件下以液固比1:1进行磁力搅拌2小时，然后过滤，滤液经蒸发结晶分离得到钾盐产品。

非水溶性含钾岩石的X光衍射图(XRD)结果显示(图2)，样品的物相组成主要为石英和钾长石。样品的X射线荧光光谱分析结果显示原矿中钾的含量是8.47，而尾渣的钾含量仅为0.63(表1)。该路线钾的浸出率为91.8％；渣量与原矿的质量比为1.1。水洗液经结晶分离后得到氯化钾样品如图3所示，其氯化钾含量超过95％；水洗渣可用做建材或分子筛的原料。

表1、非水溶性含钾岩石原矿及尾渣的X射线荧光光谱(XRF)分析结果

实施例2

将钾含量为8.47％的非水溶性含钾岩石粉碎至74微米(200目)以下，然后与助剂CaCl₂、Na₂CO₃按1:0.4:0.05的质量比充分混合，在800℃的条件下焙烧4小时，焙烧后的产物用水浸出，在80℃条件下以液固比1:1进行磁力搅拌2小时，然后过滤，滤液经蒸发、结晶分离得到钾盐产品。本实例钾的浸出率为90.1％。渣量与原矿的质量比为1.15：1。

实施例3

将钾含量为7.96％的非水溶性含钾岩石粉碎至149微米(100目)以下，然后与助剂CaCl₂、Na₂CO₃按1:0.6:0.05的质量比充分混合，在900℃的条件下焙烧4小时，焙烧后的产物用水浸出，在80℃条件下以液固比3:1进行磁力搅拌2小时，然后过滤，滤液经蒸发、结晶分离得到钾盐产品。本实例钾的浸出率为96.1％。渣量与原矿的质量比为1：1。

实施例4

将钾含量为7.96％的非水溶性含钾岩石粉碎至149微米(100目)以下，然后与助剂CaCl₂、Na₂CO₃按1:0.7:0.05的质量比充分混合，在850℃的条件下焙烧4小时，焙烧后的产物用水浸出，在70℃条件下以液固比2:1进行磁力搅拌3小时，然后过滤，滤液经蒸发、结晶分离得到钾盐产品。本实例钾的浸出率为92.6％。渣量与 原矿的质量比为1.1：1。

实施例5

将钾含量为8.34％的非水溶性含钾岩石粉碎至74微米(200目)以下，然后与助剂CaCl₂、Na₂CO₃按1:0.4:0.1的质量比充分混合，在800℃的条件下焙烧4小时，焙烧后的产物用水浸出，在90℃条件下以液固比1:1进行磁力搅拌2小时，然后过滤，滤液经蒸发、结晶分离得到钾盐产品。本实例钾的浸出率为91.6％。渣量与原矿的质量比为1.15：1。

实施例6

将钾含量为8.34％的非水溶性含钾岩石粉碎至149微米(100目)以下，然后与助剂CaCl₂、Na₂CO₃按1:0.5:0.05的质量比充分混合，在800℃的条件下焙烧5小时，焙烧后的产物用水浸出，在85℃条件下以液固比0.5:1进行磁力搅拌4小时，然后过滤，向滤液中通入CO₂沉淀钙后再次过滤，将二次滤液经蒸发结晶分离得到钾盐产品。本实例钾的浸出率为90.5％。渣量与原矿的质量比为1.2：1。

实施例7

将钾含量为8.54％的非水溶性含钾岩石粉碎至74微米(200目)以下，然后与助剂CaCl₂、Na₂CO₃按1:0.5:0.2的质量比充分混合，在950℃的条件下焙烧3小时，焙烧后的产物用水浸出，在80℃条件下以液固比4:1进行磁力搅拌2小时，然后过滤，向滤液中通入CO₂沉淀钙后再次过滤，将二次滤液经蒸发、结晶分离得到钾盐产品。本实例钾的浸出率为98.3％。渣量与原矿的质量比为1：1。

实施例8

将钾含量为7.96％的非水溶性含钾岩石粉碎至149微米(100目)以下，然后与助剂CaCl₂、Na₂CO₃按1:0.4:0.3的质量比充分混合，在900℃的条件下焙烧3小时，焙烧后的产物用水浸出，在80℃条件下以液固比4:1进行磁力搅拌2小时，然后过滤，滤液经蒸发、结晶分离得到钾盐产品。本实例钾的浸出率为90.8％。渣量与原矿的质量比为1.15：1。

当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。