專利名稱：低溫濕法分解鉀長石礦的方法
技術領域：
本發明涉及一種分解鉀長石礦的方法。
背景技術：
鉀長石(Potash feldspar)是一種含有K2O、Al2O3、SiO2并含有Fe2O3等雜質的天然礦物，分子式為K2O·Al2O3·6SiO2。鉀長石是陶瓷工業制造瓷器釉藥的主要原料；是玻璃混合料的一種。能增加搪瓷的粘性和化學穩定性，還可用于制作琺瑯原料，也可用作絕緣電瓷材料；也是制作鉀肥的原料。還有不少國家把鉀長石作為水泥原料的配料，并可回收得K2SO4副產品(王箴主編.化工詞典(第三版)[M].北京化學工業出版社.1992.602)。國內最早開發利用鉀長石生產白水泥是由山西省喜聞鉀肥廠在1980年進行的，該廠采用高溫熱法將鉀長石分解，K2O以蒸氣形式逸出，在隧道窯中冷卻回收固體K2O，并制成碳酸鉀，燒成物則用于加工成白水泥(劉光龍，楊國蘭，任志學，鉀長石制碳酸鉀聯產白色熔融水泥[J]，無機鹽工業，1988(62)15-19)。另外，長沙化學礦山設計研究院于1996年申請發明專利，先將鉀長石與無機酸和氟化物在常壓低溫下反應，之后將固體物料經500-750℃下高溫熔燒1-3小時，再經產品化工后制出了硫酸鉀銨，活性SiO2和氧化鋁，鉀長石分解率為93％(鉀長石礦濕法分解方法，專利公開號CN1138567)。
目前，國外在鉀長石礦綜合利用方面的研究報導較少。國內，雖然不少人進行了開發研究工作，但制備過程中能源消耗較高，尤其是含氟化物用量較高，資源綜合利用不夠理想，不同程度的排放了較多的“三廢”物質，給環境或大氣造成了較大的污染。
發明內容
本發明的目的在于提供一種低溫濕法分解鉀長石礦的方法，該方法全程低溫、生產成本低、資源得到充分利用。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是低溫濕法分解鉀長石礦的方法，其特征在于它包括如下步驟1)、將鉀長石粉碎至≤200目，加入重量濃度為30％的鹽酸和水于50-60℃下進行攪拌反應，鉀長石粉∶鹽酸的重量比為1∶0.18-0.35，鉀長石粉∶水的重量比為1∶0.9-1.1，反應1-2小時后進行過濾，洗滌，得母液A和濾餅A；母液A加入氨水中和至pH＝9.5-10，在常溫下鼓入空氣氧化，氧化反應1.5-2.5小時，將氧化所得產物過濾，并用去離子水洗滌，得廢液B和濾餅B，將濾餅B于120-125℃干燥2-3h，再在650-670℃煅燒1h，冷卻至室溫后，粉碎即得到氧化鐵紅；2)、將步驟1)得到的濾餅A與氟化物礦物添加劑、水混合，制漿，濾餅A的干物料∶氟化物礦物添加劑的重量比為1∶2.40-2.50，濾餅A的干物料∶水的重量比為1∶1.8-2.2，得漿料；漿料加到反應器中，加入重量濃度為95-98％的硫酸，按濾餅A的干物料∶硫酸的重量比為1∶3.5-3.6選取硫酸，反應1-3小時，反應溫度為85-95℃，反應逸出SiF4氣體用NH4F溶液吸收形成(NH4)2SiF6溶液，(NH4)2SiF6溶液加氨水調節PH＝8.5-9.0，沉淀出SiO2·nH2O，洗滌3-5次，過濾，同后續制得的SiO2·nH2O混合后干燥，粉碎，得白炭黑；將反應器中反應生成物加水，水的加入量按濾餅A的干物料∶水的重量比為1∶1.5-1.6，在60-65℃，陳化2小時后，過濾得濾液C和出白色沉淀物，白色沉淀物為CaSO4·2H2O；3)、將濾液C用氨水調節PH值至8.5-9.5，進行真空過濾分離，得到濾餅D和母液D；將母液D真空濃縮，冷卻結晶，離心脫水得硫酸鉀銨；4)、將步驟3)的濾餅D加水漿化，并加重量濃度為15-18％的硫酸，攪拌5-10分鐘，濾餅D的干物料∶水的重量比為1∶2.3-3.0，濾餅D的干物料∶硫酸的質量比為1∶0.18-0.23，過濾，得濾餅E和濾液E，濾餅E同步驟2)制成SiO2·nH2O混合均勻，然后干燥、粉碎、得到白炭黑；5)、將步驟4)過濾得到的濾液E加氨水調節PH＝8.5-9.5后，在60-70℃下慢速攪拌陳化1-2小時，經過濾，洗滌，得濾餅F和濾液F，濾餅F在105-110℃下干燥1-2小時，粉碎，即制成阻燃劑氫氧化鋁；濾液F與步驟3)的母液D混合真空濃縮，冷卻結晶出硫酸鉀銨。
所述的氟化物礦物添加劑為螢石礦粉，含CaF260-80％。
第一制備時只加螢石礦粉(循環制備)，后續制備則用氟化銨部分代替螢石礦粉。
本發明的具有如下特點(1)全低溫(95℃以下)濕法分解鉀長石礦粉，主要原料含氟化物可循環使用，能耗低，制備成本低；(2)資源得到充分利用，一次性制備出5種產品(硫酸鉀銨、白炭黑、氫氧化鋁、氧化鐵紅和建材用石膏)，“三廢”排放少；(3)所制的產品市場情況好，尤其是農用硫酸鉀銨，其中K2O含量平均為21.26％，是一種很好的鉀氮復合肥料；(4)各種產品質量均達到國家相關質量標準要求。
圖1是本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式
為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。
實施本發明的原材料及規格(1)鉀長石KAlSi3O8或K2O·Al2O3·6SiO2(粉碎至-200目)，組成K2O 平均為10.5％，SiO2≥66％，Al2O3≥15％，Fe2O3≥3.8％。
(2)螢石(CaF2)(粉碎至-200目)，
CaF2含量≥70％。
(3)硫酸(H2SO4)98％。
(4)氨水(NH3·H2O)，氮含量≥25％。
(5)鹽酸(HCl)，HCl含量30％。
實施例1如圖1所示，低溫濕法分解鉀長石礦的方法，它包括如下步驟1)、稱取100g鉀長石粉(-200目)，加水100ml，加重量濃度為30％的鹽酸18-20ml，于60℃下攪拌1小時，過濾、洗滌(除Cl-)，得母液A和濾餅A；母液A用于制備氧化鐵紅，母液A加入重量濃度為30％的氨水中和至pH＝9.5-10，在常溫下鼓入空氣氧化，氧化反應1.5-2.5小時，將氧化所得產物過濾，并用去離子水洗滌至無Cl-(一般為3-4次)，得液B和濾餅B，將濾餅B于120-125℃干燥2-3h，再在650-670℃煅燒1h，冷卻至室溫后，粉碎即得到氧化鐵紅(Fe2O3)3.426g。
2)、取步驟1)的120g濾餅A(濾餅A中含有水分，濾餅A的干物料為96.574g)同240g螢石礦粉(CaF2含量為70％)混合后，加入到反應器中，加200ml水攪拌均勻后，逐漸加入186ml重量濃度為98％H2SO4，反應2小時，維持反應在90℃進行，逸出SiF4氣體在文氏管吸收器用NH4F溶液吸收形成(NH4)2SiF6溶液，(NH4)2SiF6溶液加氨水調節PH＝8.5-9.0，沉淀出SiO2·nH2O，在65℃下慢速攪拌熟化2小時，這樣可以保證粒子大小均勻，雜質含量少，易于洗滌和過濾；洗滌3-5次，過濾，同后續制得的SiO2·nH2O混合后干燥，粉碎，得白炭黑；將反應器中反應生成物加適量水，水的加入量按濾餅A的干物料∶水的重量比為1∶1.5-1.6，維持物料在60-65℃，陳化2小時后，過濾得濾液C和白色沉淀物，白色沉淀物為CaSO4·2H2O(可作建材石膏使用)。
3)、再將濾液C用重量濃度為25％氨水調節PH值至9.5，過濾分離，得到濾餅D{含有SiO2·nH2O和Al(OH)3，}和母液D{含有KNH4SO4}；將母液D真空濃縮，冷卻結晶出硫酸鉀銨48g(K2O為21.26％)；4)、將125g濾餅D(濾餅D中含有水分，濾餅D的干物料為85g)用200g水再漿化，并加重量濃度為15-18％的105g硫酸，攪拌5-10分鐘，使Al(OH)3轉化為Al2(SO4)3，而SiO2·nH2O不溶解，經過濾并洗至無SO42-，得濾餅E和濾液E，濾餅E同前面制成SiO2·nH2O混合均勻，然后干燥、粉碎、得到65g白炭黑；5)、再將過濾得到的濾液E加氨水調節PH＝9±0.5后，在60-70℃下慢速攪拌熟化2小時，同時進行均勻慢速攪拌，這樣可以保證粒子大小均勻，雜質含量少，易于洗滌和過濾；經過濾，洗至無SO42-后，得濾餅F和濾液F，濾餅F在105-110℃下干燥2小時，粉碎，即制成阻燃劑氫氧化鋁19.26g；濾液F與步驟3)的母液D混合真空濃縮，冷卻結晶出硫酸鉀銨。鉀長石有效分解利用率達到95％。
白炭黑質量指標見表1，氫氧化鋁質量指標見表2，氧化鐵紅質量指標見表3。
實施例2
稱取100g鉀長石，經鹽酸除雜后同10g螢石混合，加入含氟化銨回收液(NH4F含量為20％)250ml，再加入160ml硫酸反應1.5小時，其它過程同實施例1，分別制成氧化鐵紅3.506g，白炭黑64.82g，阻燃劑氫氧化鋁19.08g和硫酸鉀銨52g(K2O為20.83％)。
實施例3稱取100g鉀長石粉，經鹽酸處理除雜后，加入5g螢石礦粉和260ml(NH4F為19.5％)，混合均勻后再加入165ml硫酸，其它操作步驟不變，分別制成氧化鐵紅3.61g，白炭黑66.25g，氫氧化鋁19.42g，硫酸鉀銨53.06g(K2O為20.53％)。
由上述三例可知，鉀長石礦粉無論是用螢石加硫酸分解還是用NH4F同硫酸分解，礦石的分解利用率均達到95％，說明本發明具有較好的工業化利用前景。
表1.由本發明制備的白炭黑質量指標
表2.由本發明制備阻燃劑氫氧化鋁質量指標
主要用塑料和橡膠制品中作阻燃，抑煙作用。
表3.由本發明制備的氧化鐵紅質量指標
實施例4低溫濕法分解鉀長石礦的方法，它包括如下步驟1)、將鉀長石粉碎至≤200目，加入重量濃度為30％的鹽酸和水于50℃下進行攪拌反應(除鐵等有色金屬的氧化物雜質)，鉀長石粉∶鹽酸的重量比為1∶0.18，鉀長石粉∶水的重量比為1∶0.9，反應1小時后進行過濾，洗滌(除Cl-)，得母液A和濾餅A；母液A用于制備氧化鐵紅，母液A加入重量濃度為30％的氨水中和至pH＝9.5，在常溫下鼓入空氣氧化，氧化反應1.5小時，將氧化所得產物過濾，并用去離子水洗滌至無Cl-(一般為3-4次)，得廢液B和濾餅B，將濾餅B于120℃干燥2h，再在650℃煅燒1h，冷卻至室溫后，粉碎即得到氧化鐵紅；2)、將步驟1)得到的濾餅A與氟化物礦物添加劑、水混合，制漿，所述的氟化物礦物添加劑為螢石礦粉，含CaF260-80％，濾餅A的干物料∶氟化物礦物添加劑的重量比為1∶2.40，濾餅A的干物料∶水的重量比為1∶1.8，得漿料；漿料加到耐腐蝕攪拌反應器中，加入重量濃度為95％的硫酸，按濾餅A的干物料∶硫酸的重量比為1∶3.5選取硫酸，反應1小時，反應溫度為85℃，反應逸出SiF4氣體用NH4F溶液吸收形成(NH4)2SiF6溶液，(NH4)2SiF6溶液加氨水調節PH＝8.5，沉淀出SiO2·nH2O，在65℃下慢速攪拌熟化2小時，這樣可以保證粒子大小均勻，雜質含量少，易于洗滌和過濾；洗滌3次，過濾，同后續制得的SiO2·nH2O混合后干燥，粉碎，得白炭黑；將耐腐蝕攪拌反應器中反應生成物加水，水的加入量按濾餅A的干物料∶水的重量比為1∶1.5，在60℃，陳化2小時后，過濾得濾液C和出白色沉淀物，白色沉淀物為CaSO4·2H2O(可作建材石膏使用)；3)、將濾液C用氨水調節PH值至8.5，進行真空過濾分離，得到濾餅D{含有SiO2·nH2O和Al(OH)3，}和母液D{含有KNH4SO4}；將母液D真空濃縮，冷卻結晶，離心脫水得硫酸鉀銨；4)、將步驟3)的濾餅D加水漿化，并加重量濃度為15％的硫酸，攪拌5-10分鐘，濾餅D的干物料∶水的重量比為1∶2.3，濾餅D的干物料∶硫酸的質量比為1∶0.18，過濾，得濾餅E和濾液E，濾餅E同步驟2)制成SiO2·nH2O混合均勻，然后干燥、粉碎、得到白炭黑；5)、將步驟4)過濾得到的濾液E加氨水調節PH＝8.5后，在60℃下慢速攪拌陳化1小時，經過濾，洗滌至無SO42-后，得濾餅F和濾液F，濾餅F在105℃下干燥1小時，粉碎，即制成阻燃劑氫氧化鋁；濾液F與步驟3)的母液D混合真空濃縮，冷卻結晶出硫酸鉀銨。
實施例5低溫濕法分解鉀長石礦的方法，它包括如下步驟1)、將鉀長石粉碎至≤200目，加入重量濃度為30％的鹽酸和水于60℃下進行攪拌反應(除鐵等有色金屬的氧化物雜質)，鉀長石粉∶鹽酸的重量比為1∶0.35，鉀長石粉∶水的重量比為1∶1.1，反應2小時后進行過濾，洗滌(除Cl-)，得母液A和濾餅A；母液A用于制備氧化鐵紅，母液A加入重量濃度為30％的氨水中和至pH＝10，在常溫下鼓入空氣氧化，氧化反應2.5小時，將氧化所得產物過濾，并用去離子水洗滌至無Cl-(一般為3-4次)，得廢液B和濾餅B，將濾餅B于125℃干燥3h，再在670℃煅燒1h，冷卻至室溫后，粉碎即得到氧化鐵紅；2)、將步驟1)得到的濾餅A與氟化物礦物添加劑、水混合，制漿，所述的氟化物礦物添加劑為螢石礦粉，含CaF260-80％，濾餅A的干物料∶氟化物礦物添加劑的重量比為1∶2.50，濾餅A的干物料∶水的重量比為1∶2.2，得漿料；漿料加到耐腐蝕攪拌反應器中，加入重量濃度為98％的硫酸，按濾餅A的干物料∶硫酸的重量比為1∶3.6選取硫酸，反應3小時，反應溫度為95℃，反應逸出SiF4氣體用NH4F溶液吸收形成(NH4)2SiF6溶液，(NH4)2SiF6溶液加氨水調節PH＝9.0，沉淀出SiO2·nH2O，在65℃下慢速攪拌熟化2小時，這樣可以保證粒子大小均勻，雜質含量少，易于洗滌和過濾；洗滌5次，過濾，同后續制得的SiO2·nH2O混合后干燥，粉碎，得白炭黑；將耐腐蝕攪拌反應器中反應生成物加水，水的加入量按濾餅A的干物料∶水的重量比為1∶1.6，在65℃，陳化2小時后，過濾得濾液C和出白色沉淀物，白色沉淀物為CaSO4·2H2O(可作建材石膏使用)；3)、將濾液C用氨水調節PH值至9.5，進行真空過濾分離，得到濾餅D{含有SiO2·nH2O和Al(OH)3，}和母液D{含有KNH4S04}；將母液D真空濃縮，冷卻結晶，離心脫水得硫酸鉀銨；4)、將步驟3)的濾餅D加水漿化，并加重量濃度為18％的硫酸，攪拌10分鐘，濾餅D的干物料∶水的重量比為1∶3.0，濾餅D的干物料∶硫酸的質量比為1∶0.23，過濾，得濾餅E和濾液E，濾餅E同步驟2)制成SiO2·nH2O混合均勻，然后干燥、粉碎、得到白炭黑；5)、將步驟4)過濾得到的濾液E加氨水調節PH＝9.5后，在70℃下慢速攪拌陳化2小時，經過濾，洗滌至無SO42-后，得濾餅F和濾液F，濾餅F在110℃下干燥2小時，粉碎，即制成阻燃劑氫氧化鋁；濾液F與步驟3)的母液D混合真空濃縮，冷卻結晶出硫酸鉀銨。
權利要求
1.低溫濕法分解鉀長石礦的方法，其特征在于它包括如下步驟1)、將鉀長石粉碎至≤200目，加入重量濃度為30％的鹽酸和水于50-60℃下進行攪拌反應，鉀長石粉∶鹽酸的重量比為1∶0.18-0.35，鉀長石粉∶水的重量比為1∶0.9-1.1，反應1-2小時后進行過濾，洗滌，得母液A和濾餅A；母液A加入氨水中和至pH＝9.5-10，在常溫下鼓入空氣氧化，氧化反應1.5-2.5小時，將氧化所得產物過濾，并用去離子水洗滌，得廢液B和濾餅B，將濾餅B于120-125℃干燥2-3h，再在650-670℃煅燒1h，冷卻至室溫后，粉碎即得到氧化鐵紅；2)、將步驟1)得到的濾餅A與氟化物礦物添加劑、水混合，制漿，濾餅A的干物料∶氟化物礦物添加劑的重量比為1∶2.40-2.50，濾餅A的干物料∶水的重量比為1∶1.8-2.2，得漿料；漿料加到反應器中，加入重量濃度為95-98％的硫酸，按濾餅A的干物料∶硫酸的重量比為1∶3.5-3.6選取硫酸，反應1-3小時，反應溫度為85-95℃，反應逸出SiF4氣體用NH4F溶液吸收形成(NH4)2SiF6溶液，(NH4)2SiF6溶液加氨水調節PH＝8.5-9.0，沉淀出SiO2·nH2O，洗滌3-5次，過濾，同后續制得的SiO2·nH2O混合后干燥，粉碎，得白炭黑；將反應器中反應生成物加水，水的加入量按濾餅A的干物料∶水的重量比為1∶1.5-1.6，在60-65℃，陳化2小時后，過濾得濾液C和出白色沉淀物，白色沉淀物為CaSO4·2H2O；3)、將濾液C用氨水調節PH值至8.5-9.5，進行真空過濾分離，得到濾餅D和母液D；將母液D真空濃縮，冷卻結晶，離心脫水得硫酸鉀銨；4)、將步驟3)的濾餅D加水漿化，并加重量濃度為15-18％的硫酸，攪拌5-10分鐘，濾餅D的干物料∶水的重量比為1∶2.3-3.0，濾餅D的干物料∶硫酸的質量比為1∶0.18-0.23，過濾，得濾餅E和濾液E，濾餅E同步驟2)制成SiO2·nH2O混合均勻，然后干燥、粉碎、得到白炭黑；5)、將步驟4)過濾得到的濾液E加氨水調節PH＝8.5-9.5后，在60-70℃下慢速攪拌陳化1-2小時，經過濾，洗滌，得濾餅F和濾液F，濾餅F在105-110℃下干燥1-2小時，粉碎，即制成阻燃劑氫氧化鋁；濾液F與步驟3)的母液D混合真空濃縮，冷卻結晶出硫酸鉀銨。
2.根據權利要求1所述的低溫濕法分解鉀長石礦的方法，其特征在于所述的氟化物礦物添加劑為螢石礦粉，含CaF260-80％。
全文摘要
本發明涉及一種分解鉀長石礦的方法。低溫濕法分解鉀長石礦的方法，其特征在于它包括如下步驟1)將鉀長石粉碎至≤200目，加入鹽酸和水，得母液A和濾餅A；母液A制得到氧化鐵紅；2)將步驟1)得到的濾餅A與氟化物礦物添加劑、水混合，漿料加到反應器中，反應逸出SiF
文檔編號C01B17/00GK1850624SQ20061001910
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月18日 優先權日2006年5月18日
發明者徐旺生, 劉曉木, 丁一剛, 李海霞, 曹棟, 湯璐 申請人:武漢工程大學