專利名稱：利用鈉硝石與富鉀母液制取農用硝酸鉀的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用鈉硝石與非水溶性富鉀巖石制取農用硝酸鉀的方法。
背景技術：
我國是個農業大國，非氯基鉀肥硝酸鉀需求量大。國內水溶性鉀礦資源極缺，硝酸鉀主要生產原料氯化鉀嚴重依賴進口，而另一主要原料硝酸銨由于被列入嚴格管理的危爆物品，使其供應受到嚴格限制，嚴重制約了硝酸鉀的生產發展。同時我國農業深層次改革已經開始，農產品結構的調整，對硝酸鉀產品的質與量提出了更高要求，國內硝酸鉀發展前景廣闊。而我國非水溶性鉀礦資源豐富，種類繁多，主要有鉀長石、白榴石、伊利石、富鉀頁巖、 富鉀火山巖、霞石正長巖、偉晶巖和富鉀板巖等。據統計，全國非水溶性鉀礦資源總量至少達約200億噸。而國內于2006年前后先后于新疆等地發現了儲量豐富純度較高的鈉硝石礦，提供了穩定的硝酸鈉原料來源。因此，綜合利用非水溶性鉀礦與鈉硝石制備農用硝酸鉀具有重要的戰略地位和應用價值。
發明內容
本發明的目的是提供一種產品成本低、原料來源廣泛、便于實施推廣的利用鈉硝石與富鉀巖石制取農用硝酸鉀的方法。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案利用鈉硝石與富鉀母液制取農用硝酸鉀的方法，包括以下步驟(1)原料液制備步驟鈉硝石礦粉經水萃取后濃縮得到硝酸鈉溶液，同以富鉀巖石經破碎、粉磨后制得的原礦粉體經燒結、水浸、脫硅和除鈉后得到的主要成份為碳酸鉀的富鉀母液混合，制得原料液。(2)原料液蒸發結晶步驟原料液經蒸發濃縮結晶，離心分離，得碳酸鈉濾餅I，濾液為硝酸鉀母液。(3)碳酸鈉濾餅I重結晶步驟將碳酸鈉濾餅I溶解，經蒸發結晶，離心分離，得碳酸鈉濾餅II，水洗并煅燒干燥后得工業合格碳酸鈉產品，濾液返回原料液循環利用。(4)硝酸鉀母液結晶步驟硝酸鉀母液降溫結晶，離心分離，得硝酸鉀濾餅，干燥得農業優等硝酸鉀產品。濾液為鉀鈉混鹽溶液，返回到原料液循環利用。在本發明的方法的步驟(1)中，富鉀母液的制備方法請參見專利權人為中國地質大學(北京)，專利號為ZL 03100563. 2的專利文件。在本發明的方法的步驟(1)中，所使用的鈉硝石礦是我國新疆等地開采的氧化鈉含量> 32%的鈉硝石礦。在本發明的方法的步驟(1)中，所述的硝酸鈉溶液同主要成份為碳酸鉀的富鉀母液混合，是按照碳酸鉀與硝酸鈉的質量比為0.7 1 0.9 1混合配成原料液，所配成原料液的溶液密度為1. 15 1. 35kg/L。在本發明的方法的步驟(1)中，鈉硝石礦粉粒度為-200目。
在本發明的方法的步驟(1)中，硝酸鈉溶液主要成份為硝酸鈉，其中硝酸鈉與雜質質量比> 19 1，硝酸鈉濃度> 200g/L，溶液密度> 1. 15kg/L。在本發明的方法的步驟(1)中，富鉀母液主要成份為碳酸鉀(質量百分含量彡95%)，雜質為碳酸鈉(其中碳酸鈉與碳酸鉀質量比< (1 19))，碳酸鉀濃度彡200g/ L，密度彡 1. 15kg/L。在本發明的方法中，步驟(1) 中所使用的水均為普通自來水。在本發明的方法中，步驟O)中原料液蒸發結晶溫度為104 110°C，蒸發時間為 1 2小時，經離心分離碳酸鈉濾餅I后溶液密度為1. 45 1. 60kg/L。在本發明的方法中，步驟(3)中碳酸鈉濾餅I用水溶解后密度為1. 1 1. 3kg/L， 蒸發溫度為60 80°C，真空度為-0. 07 -0. 09MPa，蒸發時間為0. 5 1小時，結晶終點溶液密度為1. 45 1. 60kg/L。碳酸鈉濾餅II煅燒溫度為200 300°C，煅燒時間為0. 5 1小時。煅燒后為工業優等碳酸鈉產品。在本發明的方法中，步驟C3)選用的蒸發方式為真空蒸發，也可選用普通蒸發方式。每種方式均可設計為多效蒸發。在本發明的方法中，步驟(4)中硝酸鉀母液降溫至為0 20°C，過濾硝酸鉀濾餅后濾液密度為1. 45 1. 55kg/L。硝酸鉀濾餅干燥溫度為120 200°C，干燥時間為0. 5 1 小時。干燥后即為農用優級硝酸鉀產品。在本發明的方法中，步驟C3)、步驟中碳酸鈉濾餅I重結晶后濾液及硝酸鉀濾餅過濾后鉀鈉混鹽濾液返回到原料液中循環利用。本發明中的農用優級硝酸鉀是指符合農用硝酸鉀國家標準(GB/T 20784-2006) 要求的優等品，所述的優等品中氧化鉀的質量分數>46%，氯離子質量分數<0.2%，水分的質量分數<0.5%，總氮質量分數> 13.5%。工業級優等碳酸鈉是指符合工業碳酸鈉國家標準(GB 210. 1-2004)要求的一般工業用碳酸鈉優等品，所述的優等品中干基碳酸鈉的質量分數> 99. 2，氯化鈉< 0. 7%，干基鐵質量分數< 0. 0035%，硫酸鹽(以干基的SO4的質量分數計)<0.03%，水不溶物的質量分數<0.03%，堆積密度>0.9。粒度 180ym ^ 70%。本發明的優點是本發明利用鈉硝石礦經破碎粉磨后得鈉硝石礦粉，經水萃取后濃縮得到硝酸鈉溶液，同以富鉀巖石經破碎、粉磨后制得的原礦粉體經燒結、水浸、脫硅、除鈉后得到的主要成份為碳酸鉀的富鉀母液混合，制得原料液。經過高溫蒸發結晶，降溫結晶和重結晶等工序，連續生產農用優等硝酸鉀產品和工業優等碳酸鈉產品。本發明可以充分地利用我國豐富的非水溶性鉀礦資源和鈉硝石資源。工藝設計合理，工藝流程簡單，生產過程無“三廢”排放，符合高效節能和“清潔生產”的環保要求。而且由于生產過程無氯離子介入，因此產品中氯離子含量明顯優于國標農用硝酸鉀的優等品標準。該方法原料來源廣泛，資源利用率高，產品成本低，經濟效益顯著，便于實施推廣。
圖1為利用鈉硝石與富鉀母液制取農用硝酸鉀的方法的工藝流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，鈉硝石礦經破碎粉磨后得鈉硝石礦粉，經水萃取后濃縮得到硝酸鈉溶液，同以富鉀巖石經破碎、粉磨后制得的原礦粉體經燒結、水浸、脫硅、除鈉后得到的主要成份為碳酸鉀的富鉀母液混合，制得原料液。原料液經過高溫蒸發、結晶和離心過濾后得到碳酸鈉濾餅I和硝酸鉀母液。硝酸鉀母液經冷卻降溫結晶工序制得農用優等硝酸鉀產品， 離心過濾后的濾液返回原料液循環利用。碳酸鈉濾餅I經重結晶工序，制得工業優等碳酸鈉產品，濾液返回原料液循環利用。實施例如圖1所示，要求將鈉硝石粉體粉磨至-200目，經水萃取后濃縮得到硝酸鈉濃溶液(濃度為200g/L，密度為1. 24kg/L)，富鉀母液中碳酸鉀濃度為650g/L，密度為1. 58kg/ L。將上述溶液按照碳酸鉀與硝酸鈉的質量比為0.7 1配成原料液，密度為1.3kg/L。原料液加熱蒸發至沸騰1小時，溫度為105°C，離心過濾沉淀得碳酸鈉濾餅I和硝酸鉀母液。將硝酸鉀母液放入冰水浴中冷卻結晶，離心過濾沉淀并經120°C烘干0. 5小時得硝酸鉀制品， 經分析符合農用硝酸鉀國標(GB/T20784-2006)優等品的要求(見表1)。濾液返回原料液中循環利用。碳酸鈉濾餅I重新溶解至密度為1. 2kg/L的溶液，經80°C，真空度-0. 09MPa 下，蒸發1小時，溶液密度達到1. 45kg/L時，停止加熱，過濾沉淀經200°C烘干1小時得碳酸鈉制品，經分析符合工業用碳酸鈉國標(GB 210. 1-2004)優等品的要求(見表幻。濾液返回原料液中循環利用。表1試制硝酸鉀樣品與國標(GB/T 20784-2006)標準對比
項目農用硝酸鉀試制樣品優等品一等品合格品氧化鉀質量百分數4644.54446.1總氮(N)的質量百分數13.513.7氯離子質量百分數0.21.24.50.1游離水質量百分數0.51.22.00.09 表2試制碳酸鈉樣品與國標(GB 210. 1-2004)標準對比
項目工業II類碳酸鈉試制樣品優等品一等品合格品Nii2CO3(干基)質量百分數99.298.898.099.3NaCl質量百分數0.70.91.20.09I^e(干基；)的質量百分數％$0.00350.0060.0100.003硫酸鹽(干基SO4)質量百分數％$0.03--未檢出水不溶物質量百分數％50.030.10.150.02堆積密度g/ml0.90.90.90.9粒度，篩余物質量百分數％7065607權利要求
1.利用鈉硝石與富鉀母液制取農用硝酸鉀的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)原料液制備步驟鈉硝石礦粉經水萃取后濃縮得到硝酸鈉溶液，同以富鉀巖石經破碎和粉磨后制得的原礦粉體經燒結、水浸、脫硅和除鈉后得到的主要成份為碳酸鉀的富鉀母液混合，制得原料液；(2)原料液蒸發結晶步驟原料液經蒸發濃縮結晶，離心分離，得碳酸鈉濾餅I，濾液為硝酸鉀母液；(3)碳酸鈉濾餅I重結晶步驟將碳酸鈉濾餅I溶解，經蒸發結晶，離心分離，得碳酸鈉濾餅II，水洗并煅燒干燥后得工業優等碳酸鈉產品；(4)硝酸鉀母液結晶步驟硝酸鉀母液降溫結晶，離心分離，得硝酸鉀濾餅，干燥得農業優等硝酸鉀產品。
2.根據權利要求1所述的利用鈉硝石與富鉀母液制取農用硝酸鉀的方法，其特征在于在所述的步驟(1)中，所述的硝酸鈉溶液同主要成份為碳酸鉀的富鉀母液混合，是按照碳酸鉀與硝酸鈉的質量比為0.7 1 0.9 1混合配成原料液，所配成原料液的溶液密度為 1. 15 1. 35kg/L0
3.根據權利要求1或2所述的利用鈉硝石與富鉀母液制取農用硝酸鉀的方法，其特征在于在所述的步驟(1)中，富鉀母液主要成份為碳酸鉀，雜質為碳酸鈉，其中碳酸鈉與碳酸鉀質量比彡1 19，碳酸鉀濃度彡200g/L，溶液密度彡1. 15kg/L。
4.根據權利要求1所述的利用鈉硝石與富鉀母液制取農用硝酸鉀的方法，其特征在于在所述的步驟(1)中，硝酸鈉溶液主要成份為硝酸鈉，其中硝酸鈉與雜質質量比彡19 1，硝酸鈉濃度彡200g/L，溶液密度彡1. 15kg/L。
5.根據權利要求1或2所述的利用鈉硝石與富鉀母液制取農用硝酸鉀的方法，其特征在于在所述的步驟(1)中，鈉硝石礦粉為-200目，其氧化鈉含量> 32%。
6.根據權利要求1或2所述的利用鈉硝石與富鉀母液制取農用硝酸鉀的方法，其特征在于在所述的步驟⑵中，原料液蒸發結晶溫度為104 110°C，蒸發時間控制為1 2小時，經分離碳酸鈉濾餅I后溶液密度為1. 45 1. 60kg/L。
7.根據權利要求1或2所述的利用鈉硝石與富鉀母液制取農用硝酸鉀的方法，其特征在于在所述的步驟(3)中，碳酸鈉濾餅I用水溶解后密度為1. 1 1. 3kg/L，蒸發溫度為 60 80°C，真空度為-0. 07 -0. 09MPa，蒸發時間為0. 5 1小時，結晶終點溶液密度為 1. 45 1. 60kg/L，碳酸鈉濾餅II煅燒溫度為200 300°C，時間為0. 5 1小時。
8.根據權利要求1或2所述的利用鈉硝石與富鉀母液制取農用硝酸鉀的方法，其特征在于在所述的步驟(4)中，硝酸鉀母液降溫至為0 20°C，過濾硝酸鉀濾餅后濾液密度為 1. 45 1. 55kg/L，硝酸鉀濾餅干燥溫度為120 200°C，干燥時間為0. 5 1小時。
9.根據權利要求1或2所述的利用鈉硝石與富鉀母液制取農用硝酸鉀的方法，其特征在于在所述的步驟(3)中，碳酸鈉濾餅I重結晶后離心分離的濾液返回原料液循環利用。
10.根據權利要求1或2所述的利用鈉硝石與富鉀母液制取農用硝酸鉀的方法，其特征在于在所述的步驟中，硝酸鉀濾餅離心分離后的濾液為鉀鈉混鹽溶液，該濾液返回原料液循環利用。
全文摘要
本發明公開了一種利用鈉硝石與富鉀巖石提鉀母液制取農用硝酸鉀的方法。該工藝是以富鉀巖石經破碎、粉磨后制得的原礦粉體經燒結、水浸、脫硅、除鈉后得到的主要成份為碳酸鉀的富鉀母液，與鈉硝石礦粉經水萃取后濃縮得到的硝酸鈉溶液混合得原料液，經高溫蒸發結晶，形成富鉀溶液和碳酸鈉濾餅，過濾分離后，將碳酸鈉濾餅重結晶，過濾沉淀經烘干得工業優等碳酸鈉產品，重結晶濾液回原料液循環利用。富鉀溶液降溫結晶析出硝酸鉀晶體，經離心烘干為農用優等硝酸鉀產品。剩余降溫結晶溶液回原料液循環利用。
文檔編號C01D9/02GK102372294SQ20101025877
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月20日 優先權日2010年8月20日
發明者劉梅堂, 劉艷紅, 馬鴻文 申請人:中國地質大學(北京)