从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法

摘要

本发明涉及一种从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法，包括以下步骤：将含铷云母矿与浓硫酸混合后进行熟化反应，得到熟化物料；对熟化物料进行还原焙烧，得到焙砂和烟气；采用水对焙砂进行浸出处理，得到含有铷钾的浸出液和浸出渣；采用碱性水溶液对浸出渣进行浸出处理，得到含有铷钾铝的浸出液。本发明的方法能够实现钾、铝、铷的协同提取，具有酸/碱试剂消耗少、能耗低、废渣产出量少、对环境影响小等有益效果。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其是从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法。

背景技术

铷是一种极为重要的稀有金属资源，它不仅在电子器件、光电池、催化剂、特种玻璃、生物化学及医疗等领域中有着重要用途，而且在磁流体发电、激光转换电能装置等方面也显示出很重要的作用。然而，由于铷是一种典型的分散元素，在地壳中尚未发现铷的独立矿物，因此对于铷的提取非常困难，从提取铯、锂等金属产出的副产物和盐湖卤水中提取铷是铷的主要来源。全球总储量90％以上的铷均赋存于盐湖中，但由于盐湖卤水的成分很复杂、且铷在盐湖中的含量较低，因此从盐湖中分离提取铷的成本很高。以矿石形式存在的铷则主要是以类质同像的形式置换钾而存在于长石、白云母、黑云母和绢云母中，从这些矿石中提取铷也很困难。

在现有技术中，通常是首先采用浮选技术生产出含铷云母矿以实现铷的初步富集，然后再从含铷云母矿中提取铷。目前，为了破坏含铷云母矿中的类质同像矿物结构，以实现从含铷云母矿中提取铷的目的，最常用的冶金方法是氯化焙烧方法。氯化焙烧方法是利用碱金属氯化物在高温下与矿物中的硅、铝、铁等酸性或两性氧化物以及水的作用下发生分解反应产出氯化氢气体，高活性的氯化氢气体再与云母中的钾、铝、铷等碱性或两性氧化物反应，分别转化为酸溶性的KCl、AlCl₃和RbCl；为保证铷的转化解离和溶出效果，同时避免硅的溶出，一般使用CaCl₂做氯化剂，添加量通常为矿物量的60％，焙烧温度也通常控制在800℃～850℃之间；为了脱除浸出液中的钙离子以利于铷的浸出及回收，后续酸浸通常加入较为廉价的硫酸，加入量通常为焙砂量的150％～250％，由于焙砂显热和反应放热，酸浸温度通常会保持在近沸腾状态(105℃)，使进入浸出液中的氯根再以盐酸形态挥发脱除；在硫酸盐介质的中和除杂工序，被浸出的钾、铝将和铁一起以钾铁铝矾盐的形态和硫酸钙一起沉淀。

但是采用上述氯化焙烧方法存在诸多问题：(1)由于云母矿中的钾、铝不能回收，因此导致资源浪费、资源利用率低下；(2)由于提取铷的过程中需要使用大量的氯化钙、硫酸、碳酸钠以及氢氧化钠等试剂，因此对于试剂消耗很大，导致成本较高；(3)在氯化焙烧方法中会产生大量三废，对环境污染严重，如总渣量约为铷精矿量的3～5倍，焙烧与酸浸过程会产生高盐废水以及氯化氢废气。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种能协同提取铷钾铝、降低试剂消耗成本、满足清洁生产要求的从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法，包括以下步骤：

步骤一：将含铷云母矿与浓硫酸混合后进行熟化反应，得到熟化物料；

步骤二：对所述熟化物料进行还原焙烧，得到焙砂和烟气；

步骤三：采用水对所述焙砂进行浸出处理，得到含有铷钾的浸出液和浸出渣；

步骤四：采用碱性水溶液对所述浸出渣进行浸出处理，得到含有铷钾铝的浸出液。

进一步地，所述从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法还包括步骤五：将氢氧化铝晶种加入所述含有铷钾铝的浸出液进行晶种分解，得到氢氧化铝和含有铷钾的母液。

进一步地，所述从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法还包括步骤六：对所述含有铷钾的母液进行回收铷钾处理，得到处理后的母液。

可以理解的是，步骤六中对所述含有铷钾的母液进行回收铷钾处理可以采用现有技术的方法进行回收铷钾处理，例如采用萃取方法进行回收铷钾处理。

进一步地，所述从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法还包括步骤七：将所述处理后的母液作为浸出剂投入到所述步骤四的碱性溶液中进行再次利用。

优选地，所述从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法还包括以下步骤：将所述步骤二中得到的所述烟气进行收尘并制成硫酸，所述硫酸投入到所述步骤一的熟化反应中。

优选地，所述从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法还包括以下步骤：对所述步骤三中得到的所述含有铷钾的浸出液进行回收铷钾处理。

可以理解的是，对所述步骤三中得到的所述含有铷钾的浸出液进行回收铷钾处理可以采用现有技术的方法进行回收铷钾处理，例如采用萃取方法进行回收铷钾处理。

优选地，在所述步骤一中，所述浓硫酸的质量或者体积占所述含铷云母矿质量的30％～50％；熟化反应的温度为100℃～350℃，熟化反应的时间为1h～48h。

在本发明所述从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法中，所述浓硫酸的质量占所述含铷云母矿质量的30％～50％包括了该数值范围内的任一点值，例如所述浓硫酸的质量或者体积占所述含铷云母矿质量的30％、35％、40％、42％、45％或50％。熟化反应的温度为100℃～350℃包括了该数值范围内的任一点值，例如熟化反应的温度为100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、310℃或350℃。熟化反应的时间为1h～48h包括了该时间范围内的任一点值，例如熟化反应的时间为1h、2h、3h、4h、5h、8h、10h、15h、20h、24h、28h、32h、35h、40h、45h或48h。

进一步地，在所述步骤二中，对所述熟化物料进行还原焙烧是先对所述熟化物料进行磨细处理，将粉煤与磨细后的所述熟化物料混匀，再进行还原焙烧；其中，所述粉煤占磨细后的所述熟化物料的质量分数的3％～15％，还原焙烧的温度为600℃～900℃，还原焙烧的时间为5min～30min。在本发明中，为了对所述熟化物料进行快速还原焙烧，故还原焙烧的时间仅为5min～30min，所述熟化物料磨细后的粒度为20-200目。

在本发明所述从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法中，所述粉煤占磨细后的所述熟化物料的质量分数的3％～15％包括了该数值范围内的任一点值，例如所述粉煤占磨细后的所述熟化物料的质量分数的3％、6％、7％、10％、12％或15％。还原焙烧的温度为600℃～900℃包括了该温度范围内的任一点值，例如还原焙烧的温度为600℃、700℃、770℃、800℃、900℃。还原焙烧的时间为5min～30min包括了该时间范围内的任一点值，例如还原焙烧的时间为5min、7min、10min、15min、20min、25min或30min。所述熟化物料磨细后的粒度为20-200目包括了该数值范围内的任一点值，例如所述熟化物料磨细后的粒度为20目、40目、50目、60目、80目、100目、120目、150目、180目或200目。

进一步地，在所述步骤三中，采用水对所述焙砂进行浸出处理时，水与所述焙砂的液固比mL/g为1:1～5:1，浸出温度为20℃～100℃，浸出时间为0.5h～3h。

在本发明所述从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法中，在所述步骤三中，水与所述焙砂的液固比mL/g为1:1～5:1包括了该固液比数值范围内的任一点值，例如水与所述焙砂的液固比mL/g为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、2.5:1或3.5:1。浸出温度为20℃～100℃包括了该数值范围内的任一点值，例如浸出温度为20℃、25℃、50℃、70℃、80℃、90℃、95℃或100℃。浸出时间为0.5h～3h包括了该时间范围内的任一点值，例如浸出时间为0.5h、0.8h、1h、2h、2.5h或3h。

进一步地，在所述步骤四中，采用碱性水溶液对所述浸出渣进行浸出处理时，所述碱性水溶液为氢氧化钠水溶液，所述碱性水溶液与所述浸出渣的液固比mL/g为2:1～10:1，所述碱性水溶液的浓度为100g/L～300g/L，浸出温度为120℃～200℃，浸出时间为0.5h～3h。

在本发明所述从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法中，在所述步骤四中，所述碱性水溶液与所述浸出渣的液固比mL/g为2:1～10:1包括了该液固比数值范围内的任一点值，例如所述碱性水溶液与所述浸出渣的液固比mL/g为2:1、3:1、5:1、7:1、7.5:1、8:1或10:1。浸出温度为120℃～200℃包括了该数值范围内的任一点值，例如浸出温度为120℃、150℃、155℃、160℃、170℃、190℃或200℃。浸出时间为0.5h～3h包括了该时间范围内的任一点值，例如浸出时间为0.5h、0.8h、1h、2h、2.5h或3h。

进一步地，在所述步骤五中，将氢氧化铝晶种加入所述含有铷钾铝的浸出液进行晶种分解是在晶种分解温度下将氢氧化铝晶种加入所述含有铷钾铝的浸出液并对所述含有铷钾铝的浸出液进行搅拌，使氢氧化铝结晶析出；其中，晶种分解初始温度为70℃～80℃，晶种分解终点温度为50℃，晶种分解时间为12h～48h，搅拌速度为105r/min～200r/min。

在本发明所述从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法中，晶种分解初始温度为70℃～80℃包括了该数值范围内的任一点值，例如种分解初始温度为70℃、72℃、75℃、78℃或80℃。晶种分解时间为12h～48h包括了该数值范围内的任一点值，例如晶种分解时间为12h、15h、18h、24h、30h、36h或48h。搅拌速度为105r/min～200r/min包括了该数值范围内的任一点值，例如搅拌速度为105r/min、110r/min、120r/min、150r/min、180r/min、200r/min。

进一步地，所述含铷云母矿中铷的质量分数为0.05％～1％，所述含铷云母矿中氧化铝的质量分数为15％～35％，所述含铷云母矿中氧化钾的质量分数为5％～25％。

在本发明所述从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法中，所述含铷云母矿中铷的质量分数为0.05％～1％包括了该数值范围内的任一点值，例如所述含铷云母矿中铷的质量分数为0.05％、0.1％、0.15％、0.3％、0.5％、0.75％或1％。所述含铷云母矿中氧化铝的质量分数为15％～35％包括了该数值范围内的任一点值，例如所述含铷云母矿中氧化铝的质量分数为15％、17％、21％、25％、30％或35％。所述含铷云母矿中氧化钾的质量分数为5％～25％包括了该数值范围内的任一点值，例如所述含铷云母矿中氧化钾的质量分数为5％、6％、7.5％、10％、15％、20％、24％或25％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)利用本发明的方法能够实现铷、钾、铝的协同提取，使含铷云母矿中的钾和铝也得以回收，提高了矿产资源的利用率。

(2)在本发明的方法中，中间过程产生的烟气能够被回收处理并再次作为硫酸应用在本发明的方法步骤中，实现硫酸的循环使用；同时对含有铷钾的母液进行回收铷钾处理后，该母液也能够被再次应用于本发明的方法步骤中，实现碱性水溶液的循环使用。这一方面可以提高硫酸或碱性水溶液的利用率、减少试剂消耗、降低成本，另一方面能够有效降低废气、废液的产生，利于节能减排、使本发明的方法对环境更加友好。此外，在本发明的方法中，含铷云母矿经过充分的浸出处理，最终废渣产出量少，也有利于减轻本发明方法对环境的影响。

(3)在本发明的方法中，还原焙烧的时间较短、对焙砂或浸出渣进行浸出处理时的浸出温度较低，这些并不苛刻的工艺条件也有助于降低生产能耗、节约生产成本。

(4)由于本发明方法能够从含铷云母矿中高效的提取出铷、钾、铝，这有利于对处理后的云母矿中的硅进行利用。

附图说明

图1是本发明实施例的工艺流程图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明。

实施例一

一种从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法，包括以下步骤：

步骤一：将30g含铷云母矿与浓硫酸混合后进行熟化反应，得到熟化物料。其中，含铷云母矿中铷的质量分数为0.1％、氧化铝的质量分数为21％、氧化钾的质量分数为7.5％，浓硫酸的质量或者体积占含铷云母矿质量的40％；熟化反应的温度为300℃，熟化反应的时间为3h。

步骤二：先对步骤一中得到的熟化物料进行磨细处理，将粉煤与磨细后的熟化物料混匀，再进行还原焙烧，得到焙砂和烟气。其中，粉煤占磨细后的熟化物料的质量分数的6％，还原焙烧的温度为750℃，还原焙烧的时间为10min，磨细后的熟化物料的粒度为100目。此外，在步骤二中得到的烟气经收尘并制成硫酸，该硫酸投入到上述步骤一的熟化反应中，实现硫酸的循环利用。

步骤三：采用水对步骤二中得到的焙砂进行浸出处理，得到含有铷钾的浸出液和浸出渣。其中，水与焙砂的液固比mL/g为5:1，浸出温度为95℃，浸出时间为2h。在步骤三的浸出过程中，钾的浸出率为52％、铷的浸出率为24％、铝的浸出率为5％。此外，对步骤三中得到的含有铷钾的浸出液进行回收铷钾处理。

步骤四：采用浓度为200g/L的氢氧化钠水溶液对上述步骤三中得到的浸出渣进行浸出处理，得到含有铷钾铝的浸出液。其中，氢氧化钠水溶液与浸出渣的液固比mL/g为7:1，浸出温度为150℃，浸出时间为2h。在步骤四的浸出过程中，铷、钾、铝的浸出率分别为98％、93％、80％。另外，在步骤三和步骤四两个步骤中，铷、钾、铝的总的浸出率分别为98％、96％、81％。

步骤五：在晶种分解温度下将氢氧化铝晶种加入上述步骤四得到的含有铷钾铝的浸出液并对含有铷钾铝的浸出液进行搅拌，使氢氧化铝结晶析出，得到氢氧化铝和含有铷钾的母液。其中，晶种分解初始温度为75℃，晶种分解终点温度为50℃，晶种分解时间为48h，搅拌速度为200r/min。

步骤六：对上述步骤五中得到的含有铷钾的母液进行回收铷钾处理，得到处理后的母液。

步骤七：将上述步骤六中得到的处理后的母液作为浸出剂投入到上述步骤四的氢氧化钠水溶液中进行再次利用。

实施例二

一种从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法，包括以下步骤：

步骤一：将30g含铷云母矿与浓硫酸混合后进行熟化反应，得到熟化物料。其中，含铷云母矿中铷的质量分数为0.15％、氧化铝的质量分数为17％、氧化钾的质量分数为6％，浓硫酸的质量或者体积占含铷云母矿质量的37％；熟化反应的温度为310℃，熟化反应的时间为3h。

步骤二：先对步骤一中得到的熟化物料进行磨细处理，将粉煤与磨细后的熟化物料混匀，再进行还原焙烧，得到焙砂和烟气。其中，粉煤占磨细后的熟化物料的质量分数的7％，还原焙烧的温度为770℃，还原焙烧的时间为7min，磨细后的熟化物料的粒度为100目。此外，在步骤二中得到的烟气经收尘并制成硫酸，该硫酸投入到上述步骤一的熟化反应中，实现硫酸的循环利用。

步骤三：采用水对步骤二中得到的焙砂进行浸出处理，得到含有铷钾的浸出液和浸出渣。其中，水与焙砂的液固比mL/g为4:1，浸出温度为95℃，浸出时间为2h。在步骤三的浸出过程中，钾的浸出率为50％、铷的浸出率为21％、铝的浸出率为4％。此外，对步骤三中得到的含有铷钾的浸出液进行回收铷钾处理。

步骤四：采用浓度为200g/L的氢氧化钠水溶液对上述步骤三中得到的浸出渣进行浸出处理，得到含有铷钾铝的浸出液。其中，氢氧化钠水溶液与浸出渣的液固比mL/g为8:1，浸出温度为170℃，浸出时间为2h。在步骤四的浸出过程中，铷、钾、铝的浸出率分别为98％、96％、81％。另外，在步骤三和步骤四两个步骤中，铷、钾、铝的总的浸出率分别为98.4％、98％、82％。

步骤五：在晶种分解温度下将氢氧化铝晶种加入上述步骤四得到的含有铷钾铝的浸出液并对含有铷钾铝的浸出液进行搅拌，使氢氧化铝结晶析出，得到氢氧化铝和含有铷钾的母液。其中，晶种分解初始温度为75℃，晶种分解终点温度为50℃，晶种分解时间为48h，搅拌速度为150r/min。

步骤六：对上述步骤五中得到的含有铷钾的母液进行回收铷钾处理，得到处理后的母液。

步骤七：将上述步骤六中得到的处理后的母液作为浸出剂投入到上述步骤四的氢氧化钠水溶液中进行再次利用。

实施例三

一种从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法，包括以下步骤：

步骤一：将30g含铷云母矿与浓硫酸混合后进行熟化反应，得到熟化物料。其中，含铷云母矿中铷的质量分数为0.5％、氧化铝的质量分数为35％、氧化钾的质量分数为24％，浓硫酸的质量或者体积占含铷云母矿质量的50％；熟化反应的温度为120℃，熟化反应的时间为48h。

步骤二：先对步骤一中得到的熟化物料进行磨细处理，将粉煤与磨细后的熟化物料混匀，再进行还原焙烧，得到焙砂和烟气。其中，粉煤占磨细后的熟化物料的质量分数的15％，还原焙烧的温度为900℃，还原焙烧的时间为25min，磨细后的熟化物料的粒度为40目。此外，在步骤二中得到的烟气经收尘并制成硫酸，该硫酸投入到上述步骤一的熟化反应中，实现硫酸的循环利用。

步骤三：采用水对步骤二中得到的焙砂进行浸出处理，得到含有铷钾的浸出液和浸出渣。其中，水与焙砂的液固比mL/g为1:1，浸出温度为50℃，浸出时间为3h。在步骤三的浸出过程中，钾的浸出率为48％、铷的浸出率为20％、铝的浸出率为3％。此外，对步骤三中得到的含有铷钾的浸出液进行回收铷钾处理。

步骤四：采用浓度为300g/L的氢氧化钠水溶液对上述步骤三中得到的浸出渣进行浸出处理，得到含有铷钾铝的浸出液。其中，氢氧化钠水溶液与浸出渣的液固比mL/g为10:1，浸出温度为120℃，浸出时间为3h。在步骤四的浸出过程中，铷、钾、铝的浸出率分别为96％、93％、78％。另外，在步骤三和步骤四两个步骤中，铷、钾、铝的总的浸出率分别为96％、95％、79％。

步骤五：在晶种分解温度下将氢氧化铝晶种加入上述步骤四得到的含有铷钾铝的浸出液并对含有铷钾铝的浸出液进行搅拌，使氢氧化铝结晶析出，得到氢氧化铝和含有铷钾的母液。其中，晶种分解初始温度为80℃，晶种分解终点温度为50℃，晶种分解时间为30h，搅拌速度为110r/min。

步骤六：对上述步骤五中得到的含有铷钾的母液进行回收铷钾处理，得到处理后的母液。

步骤七：将上述步骤六中得到的处理后的母液作为浸出剂投入到上述步骤四的氢氧化钠水溶液中进行再次利用。

实施例四

一种从含铷云母矿中浸出铷钾铝的方法，包括以下步骤：

步骤一：将30g含铷云母矿与浓硫酸混合后进行熟化反应，得到熟化物料。其中，含铷云母矿中铷的质量分数为1％、氧化铝的质量分数为15％、氧化钾的质量分数为15％，浓硫酸的质量或者体积占含铷云母矿质量的30％；熟化反应的温度为200℃，熟化反应的时间为24h。

步骤二：先对步骤一中得到的熟化物料进行磨细处理，将粉煤与磨细后的熟化物料混匀，再进行还原焙烧，得到焙砂和烟气。其中，粉煤占磨细后的熟化物料的质量分数的10％，还原焙烧的温度为600℃，还原焙烧的时间为15min，磨细后的熟化物料的粒度为200目。此外，在步骤二中得到的烟气经收尘并制成硫酸，该硫酸投入到上述步骤一的熟化反应中，实现硫酸的循环利用。

步骤三：采用水对步骤二中得到的焙砂进行浸出处理，得到含有铷钾的浸出液和浸出渣。其中，水与焙砂的液固比mL/g为3:1，浸出温度为25℃，浸出时间为0.8h。在步骤三的浸出过程中，钾的浸出率为44％、铷的浸出率为18％、铝的浸出率为3％。此外，对步骤三中得到的含有铷钾的浸出液进行回收铷钾处理。

步骤四：采用浓度为100g/L的氢氧化钠水溶液对上述步骤三中得到的浸出渣进行浸出处理，得到含有铷钾铝的浸出液。其中，氢氧化钠水溶液与浸出渣的液固比mL/g为3:1，浸出温度为200℃，浸出时间为0.5h。在步骤四的浸出过程中，铷、钾、铝的浸出率分别为92％、90％、75％。另外，在步骤三和步骤四两个步骤中，铷、钾、铝的总的浸出率分别为92.4％、91％、76％。

步骤五：在晶种分解温度下将氢氧化铝晶种加入上述步骤四得到的含有铷钾铝的浸出液并对含有铷钾铝的浸出液进行搅拌，使氢氧化铝结晶析出，得到氢氧化铝和含有铷钾的母液。其中，晶种分解初始温度为70℃，晶种分解终点温度为50℃，晶种分解时间为15h，搅拌速度为150r/min。

步骤六：对上述步骤五中得到的含有铷钾的母液进行回收铷钾处理，得到处理后的母液。

步骤七：将上述步骤六中得到的处理后的母液作为浸出剂投入到上述步骤四的氢氧化钠水溶液中进行再次利用。

应当理解，上述实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。