一种利用富钾板岩与脱硫石膏制备硫酸钾的方法.pdf

本发明涉及一种富钾板岩与脱硫石膏制备硫酸钾的方法，涉及环保领域，属于固体废弃物处理技术。该方法将富钾板岩、脱硫石膏、碳酸钙和煤粉按一定配比配料并粉碎至一定后加少量自来水进行湿混，混合完全后将混合物进行压块，将压好的样品送往焙烧工序；在指定温度下焙烧一定时间后取出样品，空冷至室温，得到含硫酸钾的焙烧物，将焙烧物粉碎后送往浸出工序；在一定液固比下浸出，过滤收集滤液并沉淀除杂，收集清液；将清液蒸发浓缩，冷却结晶得到硫酸钾。本发明充分利用富钾板岩中的高钾特性，合理利用包钢脱硫石膏，在一定程度上可以弥补我国钾资源短缺的现状，同时避免了脱硫石膏堆积对环境的污染。

权利要求书
1.  一种利用富钾板岩与脱硫石膏制备硫酸钾的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤（1）球磨工序：
将富钾板岩、脱硫石膏及碳酸钙按配比配料后粉碎，研磨至100-250目筛，备用；
步骤（2）湿混工序：
将步骤（1）得到的混合物中添加0.05%~0.10%(质量分数)的自来水进行湿混，充分搅拌，混匀；
步骤（3）压块工序：
往步骤（2）得到的所述混合物在2MPa~10MPa压力下进行压块，得到样品，备用；
步骤（4）焙烧工序：
将步骤（3）得到的所述样品在进行焙烧，得到焙烧物送往粉碎工序；
步骤（5）粉碎工序：
将步骤（4）得到的所述焙烧物送入在磨样机内进行粉碎至过80-250目筛，得到含硫酸钾的粉料，备用；
步骤（6）浸出工序：
将步骤（5）得到的所述含硫酸钾的粉料与自来水进行混合搅拌浸出，浸出0.5~2小时，得到混合液，备用；
步骤（7）过滤工序：
将步骤（6）得到的所述混合液送入过滤工序进行过滤，将得到浸出渣和浸出液，得到的所述浸出渣用作水泥基材料，得到的所述浸出液送往除杂工序；
步骤（8）沉淀除杂工序：
将步骤（7）得到的所述浸出液在除杂工序中以0.5~2g/L的量加入沉淀剂进行沉淀除杂，沉淀完全后，静置分层或者过滤，收集清液；
步骤（9）蒸发结晶工序：
将步骤（8）得到的所述清液进入蒸发结晶工序，对清液进行蒸发浓缩结晶操作，蒸发浓缩至原体积的2/5~3/5，冷却结晶，离心分离后得到结晶物硫酸钾；其中结晶母液返回步骤（6）的浸出工序。

2.  根据权利要求1所述的利用白云鄂博富钾板岩热分解生成硫酸钾的方法，其特征在于：所述的富钾板岩、脱硫石膏、碳酸钙的配加质量比为1：(0.5~1)：(1.5~2.5)。

3.  根据权利要求1所述的利用富钾板岩与脱硫石膏制备硫酸钾的方法，其特征在于：所述步骤（1）还添加有煤粉，所述煤粉的加入量为质量分数3%~7%。

4.  根据权利要求1所述的利用富钾板岩与脱硫石膏制备硫酸钾的方法，其特征在于：所述步骤（4）的焙烧温度为1323K~1433K，焙烧时间为30min~60min。

5.  根据权利要求1所述的利用富钾板岩与脱硫石膏制备硫酸钾的方法，其特征在于：所述步骤（6）含硫酸钾粉料与自来水的混合比例为1:2~1:5 (g/ml)。

6.  根据权利要求1所述的利用富钾板岩与脱硫石膏制备硫酸钾的方法，其特征在于：所述步骤（8）中的沉淀剂为硫酸钾或者碳酸钾。

说明书一种利用富钾板岩与脱硫石膏制备硫酸钾的方法
技术领域
本发明涉及一种白云鄂博富钾板岩热分解生成硫酸钾的方法，涉及环保领域，属于固体废弃物资源化处理技术。
背景技术
我国是一个农业大国，以不到世界耕地的十分之一的土地养着超过世界20%的人口，为此我国必须不断提高粮食产量，而钾肥作为农作物必不可少的肥料对农作物的生长至关重要。然而我国的钾肥消费缺口较大，自给率仅有58%，需要大量的进口。对钾肥过分的对外依赖，这威胁着我国的粮食安全，因此，提高国家的自产钾肥产量是当务之急。
目前，我国生产钾肥的主要原料是盐湖卤水，这些盐湖卤水主要分布在西部青海、新疆罗布泊等交通不便，基础设施落后的地区，限制了企业的生产能力，更不能满足国内需求。因此，在充分开发盐湖资源和海水钾盐资源的基础上，必须进一步开发非水溶性钾资源，提高国内自产钾产量，为我国农业生产提供安全保障。
包头白云鄂博铁矿是一个以铁、稀土、铌为主的特大型矿床，其中白云岩层和板岩层分布较广，且铁、铌、稀土、钾等元素主要赋存于这两层之中。富钾板岩主要赋存于板岩层之中，分布于铁矿体上盘，其储量超过1.67亿吨，平均K2O含量超过11%。随着白云鄂博铁矿的大量开采，每年开采剥离的富钾板岩超过200万吨，而这些被剥离的富钾板岩目前还基本处于无处置的堆放阶段，占用大量土地。
富钾岩石的含钾矿物主要为钾长石，晶体化学式KAlSi3O8，理论组成为（质量分数）：SiO2%=64.7%，Al2O3%=18.4%，K2O%=16.9%。钾长石是一种非水溶性的钾盐，其化学性质稳定，其中的Al、Si、O是以稳定的四面体网状结构存在的，在常温常压下除了氢氟酸外很难被其他酸碱所溶解。富钾板岩提取钾盐的方法有很多，迄今仍具有重要影响或在持续研究中的主要有四种，一种是钾长石-碳酸钠中温烧结法，但碳酸钠价格较高且用量较大，其后续工艺过程控制精度要求较高；第二种是钾长石-氢氧化钠水热法，但该反应消耗NaOH的量较大，且该温度下强碱的存在对反应釜的要求较高，钾长石利用率较低，难以工业化应用；第三种是钾长石-硫酸-磷矿低温酸浸法，但反应中间产物HF等对反应设备及生产操作安全提出了一定要求，反应同时也产生了大量钙长石和石英尾渣；第四种是钾长石-硫酸钙-碳酸钙高温焙烧法，文献1（高等学校化工学报，1998,19(3):347）报道，按m(钾长石)：m(石膏)：m(碳酸钙)=1:1:3配料，在1323K下焙烧3.0h，钾的分解率能达到83.4%，该方法主要存在的问题是碳酸钙使用量大导致尾渣排放量大。
因此，急需开发一种成本低、物耗小、原料利用率高等优点的富钾板岩提钾技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种富钾板岩与脱硫石膏热分解制取硫酸钾的方法，以实现对富钾板岩的高效利用，同时处理一部分脱硫石膏，缓解我国钾资源短缺的现状，实现固体废弃物的资源化综合利用。
本发明的技术方案是：采用富钾板岩-脱硫石膏-碳酸钙-煤粉共焙烧热分解法制备硫酸钾，该方法具体包括以下步骤：
步骤（1）球磨工序：
将富钾板岩、脱硫石膏、碳酸钙按配比配料后粉碎，研磨至过100目筛，备用；
步骤（2）湿混工序：
将步骤（1）得到的混合物中添加0.05%~0.10%(质量分数)的自来水进行湿混，充分搅拌，混匀；
步骤（3）压块工序：
往步骤（2）得到的所述混合物在2MPa~10MPa压力下进行压块，得到样品，备用；
步骤（4）焙烧工序：
将步骤（3）得到的所述样品在一定温度下焙烧一定时间后，得到焙烧物送往粉碎工序；
步骤（5）粉碎工序：
将步骤（4）得到的所述焙烧物送入在磨样机内进行粉碎至过80目筛，得到含硫酸钾的粉料，备用；
步骤（6）浸出工序：
将步骤（5）得到的所述含硫酸钾钾粉料与自来水以一定比例进行混合搅拌浸出，浸出时间为0.5~2小时，得到混合液，备用；
步骤（7）过滤工序：
将步骤（6）得到的所述混合液送入过滤工序进行过滤，将得到浸出渣和浸出液，得到的所述浸出渣用作水泥基材料，得到的所述浸出液送往除杂工序；
步骤（8）沉淀除杂工序：
将步骤（7）得到的所述浸出液在除杂工序中以0.5~2g/L的量加入沉淀剂进行沉淀除杂，沉淀完全后，静置分层或者过滤，收集清液；
步骤（9）蒸发结晶工序：
将步骤（8）得到的所述清液进入蒸发结晶工序，对清液进行负压蒸发结晶操作，蒸发浓缩至原体积的2/5~3/5，冷却结晶，离心分离后得到结晶物硫酸钾；其中结晶母液返回步骤（6）的浸出工序。
所述步骤（1）中所述富钾板岩、脱硫石膏、碳酸钙配加质量比为1：(0.5~1)：(1.5~2.5)，还可添加煤粉，所述煤粉的添加量为3%~7%（质量分数）。
所述步骤（4）中所述焙烧温度为1323K~1423K，焙烧时间为30min~60min。
所述步骤（6）中所述含钾粉料与自来水的混合比例为1:2~1:5(g/ml)。
所述步骤（7）中所述沉淀剂为硫酸钾或者碳酸钾。
本发明与现有富钾板岩制取可溶性钾盐技术相比，其优点在于：
（1）本发明中富钾板岩矿焙烧时间短，焙烧温度低分解速率快，分解率高（>90%），有利于节能减排。
（2）本发明以脱硫石膏作为分解助剂，与富钾板岩协同制取硫酸钾，大大降低原料成本，既避免脱硫石膏造成的环境污染，又实现了固体废弃物资源化综合利用。
（3）本发明设备简易、工艺流程短，具有投资低，操作简单，经济实用的特点。
本发明充分利用富钾板岩中的高钾特性，合理利用包钢脱硫石膏，变废为宝，在一定程度上可以弥补我国钾资源短缺的现状，为生产钾肥提供原料，同时避免了富钾板岩、脱硫石膏堆积占用大量土地和对环境的污染。
附图说明
图1为白云鄂博富钾板岩热分解生成硫酸钾的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
参见图1，本发明所述的白云鄂博热分解制取硫酸钾的方法，操作如下：
Ⅰ）按富钾板岩、脱硫石膏、碳酸钙质量比为1:0.5:1.5配料，同时添加3%的煤粉，并将原料球磨至过100目筛。然后将球磨工序的混合物送往湿混工序，添加0.05%的自来水进行湿混。
Ⅱ）在压块工序，在2MPa的压力下将样品压成块，将压好的样品送往焙烧工序，在1323K下焙烧30min，反应转化率为85.45%。
Ⅲ）达到焙烧时间后，取出样品送往粉碎攻速冷粉碎至过80目筛。然后将粉碎后的含钾粉料送往浸出工序，含钾粉料与自来水1：2的比例混合，搅拌浸出0.5小时。
Ⅳ）达到搅拌浸出时间后，将混合液送入过滤工序进行过滤，浸出渣用作水泥基材料，浸出液送入沉淀除杂工序。
Ⅴ）浸出液进入沉淀除杂工序后，以0.5g/L的量添加碳酸钾进行沉淀除杂，时间为半小时，然后静置分层，收集清液。
Ⅵ）将沉淀除杂工序的上层清液送入蒸发结晶工序，清液经蒸发2/5体积后，冷却结晶得到硫酸钾(90.7%)，母液返回与自来水合并作为初始浸出液。
实施例2
参见图1，本发明所述的白云鄂博热分解制取硫酸钾的方法，操作如下：
Ⅰ）按富钾板岩、脱硫石膏、碳酸钙质量比为1:1:2.5配料，同时添加7%的煤粉，并将原料球磨至过100目筛。然后将球磨工序的混合物送往湿混工序，添加0.10%的自来水进行湿混。
Ⅱ）在压块工序，在10MPa的压力下将样品压成块，将压好的样品送往焙烧工序，在1423K下焙烧60min，反应转化率为96.77%。
Ⅲ）达到焙烧时间后，取出样品送往粉碎攻速冷粉碎至过80目筛。然后将粉碎后的含钾粉料送往浸出工序，含钾粉料与自来水1:5的比例混合，搅拌浸出2小时。
Ⅳ）达到搅拌浸出时间后，将混合液送入过滤工序进行过滤，浸出渣用作水泥基材料，浸出液送入沉淀除杂工序。
Ⅴ）浸出液进入沉淀除杂工序后，以2g/L的量添加硫酸钾进行沉淀除杂，时间为半小时，然后静置分层, 收集清液。
Ⅵ）将沉淀除杂工序的上层清液送入蒸发结晶工序，清液经蒸发3/5体积后，冷却结晶得到硫酸钾(94%)，母液返回与自来水合并作为初始浸出液。
实施例3
参见图1，本发明所述的白云鄂博热分解制取硫酸钾的方法，操作如下：
Ⅰ）按富钾板岩、脱硫石膏、碳酸钙质量比为1:0.8:2配料，同时添加5%的煤粉，并将原料球磨至过100目筛。然后将球磨工序的混合物送往湿混工序，添加0.08%的自来水进行湿混。
Ⅱ）在压块工序，在8MPa的压力下将样品压成块，将压好的样品送往焙烧工序，在1373K下焙烧40min，反应转化率为93.35%。
Ⅲ）达到焙烧时间后，取出样品送往粉碎攻速冷粉碎至过80目筛。然后将粉碎后的含钾粉料送往浸出工序，含钾粉料与自来水1:3的比例混合，搅拌浸出1小时。
Ⅳ）达到搅拌浸出时间后，将混合液送入过滤工序进行过滤，浸出渣用作水泥基材料，浸出液送入沉淀除杂工序。
Ⅴ）浸出液进入沉淀除杂工序后，以1g/L的量添加硫酸钾进行沉淀除杂，时间为半小时，然后静置分层, 收集清液。
Ⅵ）将沉淀除杂工序的上层清液送入蒸发结晶工序，清液经蒸发3/5体积后，冷却结晶得到硫酸钾(92%)，母液返回与自来水合并作为初始浸出液。