鉀長石的利用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鉀長石的利用方法，該方法不僅能夠利用鉀長石制取磷酸氫二鉀，而且還可同時(shí)制取到其他的有價(jià)副產(chǎn)品。該方法步驟包括：1）將含有鉀長石、磷礦石、石灰石、白云石和焦炭的原料破碎并混合后投入電爐進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的鉀的碳酸鹽伴隨黃磷氣體從電爐排出；2）將上述爐氣保持在黃磷露點(diǎn)溫度以上、碳酸鉀沸點(diǎn)溫度以下進(jìn)行收塵，氣固分離出的黃磷氣體進(jìn)入后續(xù)的磷酸制取工序；3）將上述電爐產(chǎn)生的爐渣、回收的鉀的碳酸鹽以及制取的磷酸分別傳送至同一反應(yīng)容器內(nèi)攪拌混合反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)后的液相進(jìn)行濃縮過濾，然后再將濾液結(jié)晶并脫液得到磷酸氫二鉀產(chǎn)品，對(duì)反應(yīng)后的下部漿體脫液制得含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的復(fù)合物。
【專利說明】鉀長石的利用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦石資源的利用方法，尤其涉及一種鉀長石的利用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國的鉀資源貧乏，鉀鹽儲(chǔ)量僅占世界探明儲(chǔ)量的0.09%，但我國有豐富且分布極廣的鉀長石礦源，如能夠?qū)@些鉀長石進(jìn)行利用，可彌補(bǔ)我國鉀資源的嚴(yán)重不足。但由于鉀長石中氧化鉀含量低，加工利用難度大，所以一直并沒有得到很好的開發(fā)利用。目前，國內(nèi)外對(duì)從鉀長石中提取鉀先后進(jìn)行了多種工藝研究，綜合起來可分為:高爐冶煉法、熱壓法、敞開浸取和封閉恒溫法、熱分解水浸法、燒結(jié)法、低溫分解法和微生物法等等。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鉀長石的利用方法，該方法不僅能夠利用鉀長石制取磷酸氫二鉀，而且還可同時(shí)制取到其他的有價(jià)副產(chǎn)品。
[0004]本發(fā)明鉀長石的利用方法的步驟包括:1)將含有鉀長石、磷礦石、石灰石、白云石和焦炭的原料破碎并混合后投入電爐進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過程中鉀長石中的鉀轉(zhuǎn)變?yōu)殁浀奶妓猁}形式存在，并伴隨由磷礦石中的磷轉(zhuǎn)變而成的黃磷氣體從電爐排出；2)將上述爐氣保持在黃磷露點(diǎn)溫度以上、碳酸鉀沸點(diǎn)溫度以下進(jìn)行收塵，從而使黃磷氣體與鉀的碳酸鹽實(shí)現(xiàn)氣固分離，氣固分離出的黃磷氣體進(jìn)入后續(xù)的磷酸制取工序，而鉀的碳酸鹽則回收待用；3)將上述電爐產(chǎn)生的爐渣、回收的鉀的碳酸鹽以及制取的磷酸分別傳送至同一反應(yīng)容器內(nèi)攪拌混合反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)后的液相進(jìn)行濃縮過濾，然后再將濾液結(jié)晶并脫液得到磷酸氫二鉀產(chǎn)品，對(duì)反應(yīng)后的下部漿體脫液制得含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的復(fù)合物。
[0005]上述步驟I)中，鉀長石、磷礦石、石灰石、白云石和焦炭中以焦炭為燃料，入爐后，在爐內(nèi)下降并逐漸加熱，使物料中的水份先蒸發(fā)，當(dāng)爐料溫度在910°C以上時(shí)，石灰石、白云石將發(fā)生分解:CaC03 — CaO + CO2丨、CaCO3.MgCO3 — CaO + MgO + 2C0丨；電爐采取全密閉運(yùn)行方式，電極可采取三相電極(三根或六根)在其額定功率左右工作，使進(jìn)入電爐的混合料在溫度至1300°C左右時(shí)開始軟化，溫度繼續(xù)升高，爐料開始熔融形成半流動(dòng)的糊狀物；當(dāng)溫度高達(dá)1500°C左右時(shí)，這種半流動(dòng)的糊狀物完全熔化，成了流動(dòng)性良好的熔體，由于CaO、MgO等堿性氧化物的作用，這時(shí)鉀長石失掉在晶格鍵位上的SiO2,從而鉀長石的礦化結(jié)構(gòu)被破壞，氧化鉀揮發(fā)，并與爐氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鉀，在水蒸氣及大量CO2存在的情況下，生成的碳酸鉀部分轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀；而磷礦石則在1400— 1500°C下發(fā)生以下還原反應(yīng):4Ca5F (PO4) 3 + 21Si02 + 30C — 3Ρ4 ? + 30C0 ? + SiF4 ? + 20CaSi03，生成的高溫黃磷氣體上升，并攜帶鉀的碳酸鹽(包括碳酸鉀和碳酸氫鉀)從電爐排出。進(jìn)入步驟2)后，應(yīng)將上述爐氣保持在黃磷露點(diǎn)溫度(B卩187°C)以上、碳酸鉀沸點(diǎn)溫度(即333°C)以下進(jìn)行收塵，這樣即可避免黃磷結(jié)露影響收塵效率且降低黃磷回收率，同時(shí)也可保證對(duì)鉀的碳酸鹽的回收效率。氣固分離出的黃磷氣體進(jìn)入后續(xù)的磷酸制取工序，利用黃磷氣體制取磷酸的工藝為目前成熟的工業(yè)化技術(shù)，大致上為:黃磷氣體通過導(dǎo)氣管進(jìn)入串聯(lián)的多個(gè)洗磷吸收塔，經(jīng)濁度較低、溫度和壓力適宜的循環(huán)水噴淋冷卻，黃磷凝聚成液滴進(jìn)入塔底受磷槽中，受磷槽中通入蒸汽加熱，保證黃磷熔融態(tài)，熔融態(tài)的黃磷通過泵輸送到黃磷燃燒器，黃磷轉(zhuǎn)化為五氧化二磷，燃燒器通入壓縮空氣和二次空氣保證黃磷充分轉(zhuǎn)化為五氧化二磷，五氧化二磷進(jìn)入水噴淋塔，進(jìn)行水吸收生產(chǎn)磷酸，磷酸進(jìn)入磷酸接收槽。進(jìn)入步驟3)后，把上述電爐產(chǎn)生的爐渣、回收的鉀的碳酸鹽以及制取的磷酸分別傳送至同一反應(yīng)容器內(nèi)攪拌混合反應(yīng)，主要的反應(yīng)方程式為:k2co3+h3po4 — k2hpo4+h2o+co2 ?，反應(yīng)生成的磷酸氫二鉀進(jìn)入液相，并通過濃縮過濾以及對(duì)濾液結(jié)晶并脫液制得磷酸氫二鉀產(chǎn)品，對(duì)反應(yīng)后的下部漿體脫液可制得磷酸氫鈣和磷酸氫鎂復(fù)合物。反應(yīng)容器內(nèi)攪拌混合反應(yīng)時(shí)，最好是將反應(yīng)容器內(nèi)反應(yīng)終點(diǎn)時(shí)液相的#值控制在8.5 - 9，溫度控制在120 - 124°C，這時(shí)磷酸氫二鉀的產(chǎn)率更高?？梢?，上述鉀長石的利用方法將鉀長石的利用與黃磷、磷酸生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合后，既能夠利用鉀長石制取磷酸氫二鉀，而且還可同時(shí)制取到含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的復(fù)合物，甚至還能夠輸出部分黃磷(即用部分黃磷氣生產(chǎn)磷酸，其余黃磷輸出)，從而有效利用了鉀長石礦產(chǎn)資源。磷酸氫二鉀在主要用于:1、醫(yī)藥(青霉素、鏈霉素的培養(yǎng)劑)工業(yè)，還可用作滑石粉的脫鐵劑、pH調(diào)節(jié)劑；2、用作水質(zhì)處理劑，微生物、菌類培養(yǎng)劑；3、食品工業(yè)用作配制面食制品用堿水的原料、發(fā)酵用劑、調(diào)味劑、膨松劑、乳制品的溫和堿性劑、酵母食料，有時(shí)會(huì)被加入到奶茶粉中，也可用作飼料添加劑；4、在化學(xué)分析中用作緩沖劑，用于金屬的磷化處理中以及用作電鍍添加劑。含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的復(fù)合物可作為復(fù)合磷肥廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。 [0006]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明、本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明鉀長石利用方法的涉及及工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]如圖1所示，實(shí)施本發(fā)明的鉀長石利用方法的設(shè)備包括電爐100、收塵系統(tǒng)200、磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)300、反應(yīng)容器400 (帶攪拌裝置)、脫液裝置500、錯(cuò)流過濾系統(tǒng)600、結(jié)晶釜700和脫液裝置800。收塵系統(tǒng)200可以采用機(jī)械除塵器(如重力除塵器、旋風(fēng)除塵器)、電除塵器，但建議采用氣體除塵過濾器210，并且該氣體除塵過濾器210使用燒結(jié)金屬多孔材料過濾元件或燒結(jié)陶瓷多孔材料過濾元件，其過濾精度滿足將過濾后的氣體含塵量降低至10 - 20mg/m3以下，這樣既能夠確保氣體除塵過濾器210中過濾元件的耐高溫性能，而且對(duì)爐氣中粉塵的除塵效率也比機(jī)械除塵器和電除塵器高。當(dāng)然，最好是將收塵系統(tǒng)200設(shè)置為二級(jí)收塵形式，前一級(jí)采用機(jī)械除塵器，后一級(jí)再采用上述氣體除塵過濾器210，這樣可以降低氣體除塵過濾器210的工作負(fù)荷，避免處理的灰塵量過大而頻繁反吹。上述氣體除塵過濾器210采用了帶有加熱器的反吹裝置211，氣體除塵過濾器210開車時(shí)可通過該反吹裝置211向氣體除塵過濾器210中注入惰性預(yù)熱氣體(優(yōu)選氮?dú)?從而將其過濾元件預(yù)熱至187 °C以上(即黃磷的露點(diǎn)溫度，這樣可避免過濾時(shí)黃磷結(jié)露)，啟動(dòng)反吹時(shí)該反吹裝置211向氣體除塵過濾器210中注入溫度為187°C以上、壓力為0.2-1.0MPa的惰性反吹氣體(優(yōu)選氮?dú)?，氣體除塵過濾器210停車時(shí)(例如設(shè)備檢修時(shí))向氣體除塵過濾器210中注入溫度為187°C以上的惰性置換氣體(優(yōu)選氮?dú)?。磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)300屬于現(xiàn)有設(shè)備，主要包括洗磷吸收塔、黃磷燃燒器、水噴淋塔以及磷酸接收槽310 (圖1中僅示出了磷酸接收槽310)，其工作原理為:黃磷氣體通過導(dǎo)氣管進(jìn)入串聯(lián)的多個(gè)洗磷吸收塔，經(jīng)濁度較低、溫度和壓力適宜的循環(huán)水噴淋冷卻，黃磷凝聚成液滴進(jìn)入塔底受磷槽中，受磷槽中通入蒸汽加熱，保證黃磷熔融態(tài)，熔融態(tài)的黃磷通過泵輸送到黃磷燃燒器，黃磷轉(zhuǎn)化為五氧化二磷，燃燒器通入壓縮空氣和二次空氣保證黃磷充分轉(zhuǎn)化為五氧化二磷，五氧化二磷進(jìn)入水噴淋塔，進(jìn)行水吸收生產(chǎn)磷酸，磷酸進(jìn)入磷酸接收槽310。脫液裝置500和脫液裝置800均可以采用板框壓濾機(jī)或離心機(jī)，實(shí)現(xiàn)液固分離。錯(cuò)流過濾系統(tǒng)600包括錯(cuò)流過濾器630、連接在反應(yīng)容器400與錯(cuò)流過濾器630之間的循環(huán)管路610以及設(shè)置在循環(huán)管路610上的循環(huán)泵620，其中，錯(cuò)流過濾器630使用燒結(jié)金屬多孔材料過濾元件或燒結(jié)陶瓷多孔材料過濾元件，其過濾精度滿足將過濾后的濾液固含量降低至5 — 10mg/L以下，這樣既能夠確保錯(cuò)流過濾器630中過濾元件的耐酸腐蝕性能，且過濾精度也很高。
[0009]使用上述設(shè)備的鉀長石利用方法，步驟包括:1)將含有鉀長石、磷礦石、石灰石、白云石和焦炭的原料破碎并混合后投入電爐100進(jìn)行反應(yīng)，原料入爐后，在爐內(nèi)下降并逐漸加熱，物料中的水份先備蒸發(fā)，當(dāng)爐料溫度在910°c以上時(shí)，石灰石、白云石將發(fā)生分解:CaCO3 — CaO + CO2 丨、CaCO3.MgCO3 — CaO + MgO + 2C0 丨，混合料在溫度至 1300°C左右時(shí)開始軟化，溫度繼續(xù)升高，爐料開始熔融形成半流動(dòng)的糊狀物，當(dāng)溫度高達(dá)1500°C左右時(shí)，這種半流動(dòng)的糊狀物完全熔化，成了流動(dòng)性良好的熔體，由于CaO、MgO等堿性氧化物的作用，這時(shí)鉀長石失掉在晶格鍵位上的SiO2，從而鉀長石的礦化結(jié)構(gòu)被破壞，氧化鉀揮發(fā)，并與爐氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鉀，在水蒸氣及大量CO2存在的情況下，生成的碳酸鉀部分轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀，磷礦石在1400— 1500°C下發(fā)生以下還原反應(yīng):4Ca5F(PO4)3 +21Si02 + 30C — 3P4丨+ 30C0丨+ SiF4丨+ 20CaSi03，該反應(yīng)中的SiO2主要來自于磷礦石中，生成的高溫黃磷氣體上升，并攜帶鉀的碳酸鹽(包括碳酸鉀和碳酸氫鉀)從電爐排出。
2)將上述爐氣保持在200 - 333°C進(jìn)入收塵系統(tǒng)200 (注意應(yīng)先向氣體除塵過濾器210中注入高溫氮?dú)鈴亩鴮⑵溥^濾元件預(yù)熱至187°C以上)，在200°C以上時(shí)，碳酸氫鉀完全轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕洠?33°C以下時(shí)，碳酸鉀為固體，這樣，通過收塵系統(tǒng)200收下的塵幾乎都是碳酸鉀和灰分，在氣體除塵過濾器210的運(yùn)行過程中，間隔的啟動(dòng)反吹時(shí)該反吹裝置211向氣體除塵過濾器210中注入溫度為187°C以上、壓力為0.2-1.0MPa的高溫氮?dú)庾鞣创禋?，從而使過濾元件得以反復(fù)反吹再生，由于使用了高溫氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)熱和反吹，因此過濾元件的溫度不會(huì)驟然下降而引發(fā)黃磷結(jié)露，污染過濾元件。3)把上述電爐100產(chǎn)生的爐渣、收塵系統(tǒng)200回收的碳酸鉀以及磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)300制取的磷酸分別傳送至同一反應(yīng)容器400內(nèi)攪拌混合反應(yīng)，主要的反應(yīng)方程式為:K2C03+H3P04 — K2HP04+H20+C02 ?，反應(yīng)生成的磷酸氫二鉀進(jìn)入液相，并通過錯(cuò)流過濾系統(tǒng)600、結(jié)晶釜700和脫液裝置800分別進(jìn)行濃縮過濾、結(jié)晶和脫液后制得磷酸氫二鉀產(chǎn)品反應(yīng)容器400的下部漿體通過脫液裝置500脫液后可制得含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的復(fù)合物。
[0010]實(shí)施例1
[0011] 將鉀長石、磷礦石、石灰石、白云石和焦炭破碎，篩分粒度3 — 35mm，按鉀長石18.3% (重量)、憐礦石24.2% (重量)、石灰石16.7% (重量)、白z?石16.6% (重量)、焦炭24.2%(重量)的比例投入電爐反應(yīng)，其中磷礦石中磷的重量百分含量以P2O5計(jì)為20%左右，鉀長石中鉀的重量百分含量以K2O計(jì)為15%左右，電爐爐氣控制在220 - 250°C下進(jìn)行收塵，分離出的黃磷氣體制取磷酸，然后把電爐100產(chǎn)生的爐渣、回收的碳酸鉀以及制取的磷酸攪拌混合反應(yīng)，反應(yīng)終點(diǎn)時(shí)液相的pH值控制在8.5 - 9，溫度控制在120 - 124°C，對(duì)反應(yīng)后的液相進(jìn)行濃縮過濾，然后再將濾液結(jié) 晶并脫液得到磷酸氫二鉀產(chǎn)品，對(duì)反應(yīng)后的下部漿體脫液制得含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的復(fù)合物。該實(shí)施例對(duì)鉀長石中鉀的回收率可達(dá)到92%，磷礦石中磷的回收率達(dá)到90%。
【權(quán)利要求】
1.鉀長石的利用方法，其步驟包括: 1)將含有鉀長石、磷礦石、石灰石、白云石和焦炭的原料破碎并混合后投入電爐(100)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過程中鉀長石中的鉀轉(zhuǎn)變?yōu)殁浀奶妓猁}形式存在，并伴隨由磷礦石中的磷轉(zhuǎn)變而成的黃磷氣體從電爐(100)排出； 2)將上述爐氣保持在黃磷露點(diǎn)溫度以上、碳酸鉀沸點(diǎn)溫度以下進(jìn)行收塵，從而使黃磷氣體與鉀的碳酸鹽實(shí)現(xiàn)氣固分離，氣固分離出的黃磷氣體進(jìn)入后續(xù)的磷酸制取工序，而鉀的碳酸鹽則回收待用； 3)將上述電爐(100)產(chǎn)生的爐渣、回收的鉀的碳酸鹽以及制取的磷酸分別傳送至同一反應(yīng)容器(400)內(nèi)攪拌混合反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)后的液相進(jìn)行濃縮過濾，然后再將濾液結(jié)晶并脫液得到磷酸氫二鉀產(chǎn)品，對(duì)反應(yīng)后的下部漿體脫液制得含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的復(fù)合物。
2.如權(quán)利要求1所述的鉀長石的利用方法，其特征在于:所述步驟2)中采取將爐氣保持在200°C以上進(jìn)行收塵。
3.如權(quán)利要求1所述的鉀長石的利用方法，其特征在于:步驟2)中采用一氣體除塵過濾器(210)對(duì)所述爐氣進(jìn)行收塵，該氣體除塵過濾器(210)使用燒結(jié)金屬多孔材料過濾元件或燒結(jié)陶瓷多孔材料過濾元件，其過濾精度滿足將過濾后的氣體含塵量降低至10 -20mg/m3 以下。
4.如權(quán)利要求3所述的鉀長石的利用方法，其特征在于:對(duì)所述氣體除塵過濾器(210)執(zhí)行的操作還包括開車時(shí)向該氣體除塵過濾器(210)中注入惰性預(yù)熱氣體從而將其過濾元件預(yù)熱至187°C以上，啟動(dòng)反吹時(shí)向氣體除塵過濾器(210)中注入溫度為187°C以上、壓力為0.2 — 1.0MPa的惰 性反吹氣體，停車時(shí)向氣體除塵過濾器(210)中注入溫度為187°C以上的惰性置換氣體。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的鉀長石的利用方法，其特征在于:將步驟3)中反應(yīng)容器(400)內(nèi)反應(yīng)終點(diǎn)時(shí)液相的pH值控制在8.5 — 9，溫度控制在120 —124。。。
6.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的鉀長石的利用方法，其特征在于:步驟3)中采用一錯(cuò)流過濾系統(tǒng)(600)對(duì)反應(yīng)物中的液相進(jìn)行濃縮過濾，該錯(cuò)流過濾系統(tǒng)(600)使用燒結(jié)金屬多孔材料過濾元件或燒結(jié)陶瓷多孔材料過濾元件，其過濾精度滿足將過濾后的濾液固含量降低至5 - 10mg/L以下。
7.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的鉀長石的利用方法，其特征在于:步驟3)中采用板框壓濾機(jī)或離心機(jī)對(duì)反應(yīng)后的下部漿體進(jìn)行脫液制得含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的復(fù)合物。
8.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的鉀長石的利用方法，其特征在于:步驟3)中采用板框壓濾機(jī)或離心機(jī)對(duì)結(jié)晶后的物質(zhì)進(jìn)行脫液制得磷酸氫二鉀產(chǎn)品。
【文檔編號(hào)】C01B25/34GK103910348SQ201410127096
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】高麟, 汪濤, 樊彬 申請(qǐng)人:成都易態(tài)科技有限公司