CN102557050A - 钾长石综合利用新工艺 - Google Patents

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Abstract

钾长石综合利用新工艺，是在钾长石中配入碳酸钾或碳酸钠进行一段烧结，烧结熟料于氢氧化钾和碳酸钾混合液中浸出后过滤，所得滤渣为二段烧结的原料，所得滤液碳分后过滤，滤渣回收部分二氧化硅生产白碳黑，滤液部分生产钾盐，部分返回一段浸出工序。二段烧结是在一段烧结熟料浸出渣中配入石灰石及碳酸钾进行烧结，烧结熟料于氢氧化钾和碳酸钾混合液中浸出后过滤，滤渣作为水泥生产原料，滤液加入氧化钙进行加压脱硅处理，脱硅后溶液碳分后过滤，滤渣回收氢氧化铝，生产多品种氧化铝。一段烧结和二段烧结过程中，碳分后过滤所得滤液经脱硅、浓缩等工艺可回收碳酸钾。本工艺可实现钾长石有价资源的最大化利用，碳酸钾可循环利用，对环境无污染。

Description

钾长石综合利用新工艺
技术领域
本发明涉及一种钾长石综合利用新工艺。
背景技术
我国钾长石资源储量极其丰富，主要分布在安徽、内蒙古、黑龙江、新疆、四川、山西等23个省区，分布十分广泛。钾长石矿是含钾量较高、分布最广、储量最大的非水溶性钾资源。
我国在综合利用钾长石方面，做了许多研究工作，在化肥、陶瓷、白碳黑、分子筛等方面取得了不少成果。国内外从20世纪初就开始利用钾长石制钾肥的研究，先后进行了数十种工艺研究，综合起来可分为：高炉冶炼法、压热法、敞开浸取和封闭恒温法、热分解水浸法、热法制枸溶性钾、酸分解法、烧结法、低温分解法、微生物法等。上述方法各有其缺点，如产品碳酸钾质量不高、钾长石铝和硅资源利用率低、容易造成一定的环境污染等。因此有必要开发一种能更有效利用钾长石中有用资源的新工艺。
发明内容
本发明提供一种钾长石综合利用新工艺，该工艺主要回收钾长石中的钾、铝、硅，生产碳酸钾、氧化铝、白碳黑、水泥原料等产品，实现钾长石处理的价值最大化，产品市场最大化，能耗最小化。
本发明所采用的技术方案为：
一种钾长石综合利用新工艺，其特征在于步骤如下：
(1)在钾长石中配入碳酸钾或碳酸钠进行一段烧结，烧结熟料磨细至一定粒度，用氢氧化钾和碳酸钾混合液进行浸出后过滤，所得滤液经碳分工艺回收氧化硅，滤渣作为二段烧结的原料；
(2)上一步骤所得滤渣配入一定粒度的石灰石及碳酸钾进行二段烧结，烧结熟料磨细至一定粒度，用氢氧化钾和碳酸钾混合液进行浸出后过滤，所得滤液加入一定量氧化钙进行加压脱硅处理，加压脱硅后溶液经碳分和过滤回收氢氧化铝，滤渣用于生产水泥；
一段烧结和二段烧结后，碳分、过滤后所得滤液经常规浓缩工艺回收碳酸钾。
所述步骤1)中的钾长石粒度为-160～-320目，碳酸钾的配入量按配好的混合料中碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为0.4～1.5进行计算，碳酸钠的配入量按摩尔比碳酸钠与碳酸钾的比例为0～4∶6计算，一段烧结温度为600～1000℃，烧结时间为20～60min。
所述步骤1)中，一段烧结熟料磨细至粒度为-80～-260目，用20～150g/L氢氧化钾和20～150g/L碳酸钾混合液进行浸出，浸出温度40～90℃，浸出时间20～60min，混合液与烧结熟料的液固比按液体体积(mL)与固体质量(g)之为2～5∶1。
所述步骤1)中，对滤液进行碳分的条件为40～90℃，终点pH值8～10；碳分时气体CO2浓度为20～50％(V/V)。
所述步骤2)中，一段烧结浸出滤渣磨细至-120～-320目作为二段烧结的原料，配入的石灰石粒度为-160～-320目，配入量按配好后的混合料中钙比(CaO(长石+石灰石)/SiO2(长石+石灰石))为1.9～2.1进行计算，碳酸钾的配入量按配好的混合料中碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为0.4～1.5计算，烧结温度为1200～1450℃，烧结时间为20～60min。
所述步骤2)中，二段烧结熟料磨细至-80～-260目，用20～150g/L氢氧化钾和20～150g/L碳酸钾混合液进行浸出，浸出温度40～90℃，浸出时间20～60min，混合液与烧结熟料的液固比按液体体积(mL)与固体质量(g)之为2～5∶1。
所述步骤2)中，熟料浸出后过滤所得滤液进行加压脱硅，加压脱硅条件为：脱硅温度140～200℃，脱硅时间20～60min，氧化钙添加量2～10g/L。
所述步骤2)中，加压脱硅后的溶液进行碳分提取氢氧化铝，碳分条件为：温度40～90℃，终点pH值8～10。碳分时气体CO2浓度为20～50％(V/V)。
本发明的有益效果是：采用两段烧结工艺处理钾长石，分别回收钾长石中的钾、铝、硅资源。钾长石配入碳酸钾和碳酸钠进行一段烧结，烧结熟料用碳酸钾和氢氧化钾混合液浸出后过滤，所得滤渣作为二段烧结原料，所得滤液碳分后过滤回收二氧化硅，生产白碳黑，碳分过滤后滤液部分回收钾盐产品，部分返回浸出工序。一段烧结熟料浸出后过滤所得滤渣配入石灰石和碳酸钾进行二段烧结，熟料用碳酸钾和氢氧化钾混合液浸出后过滤，滤渣作水泥生产原料，所得滤液配入氧化钙进行加压脱硅，脱硅后溶液经碳分回收氢氧化铝。一段烧结和二段烧结碳分后过滤所得溶液经脱硅、浓缩等工艺提取碳酸钾。
经两段烧结工艺，钾长石采用碳酸钾配料低温烧成脱硅，实现40～42％的部分硅形成白炭黑或高纯二氧化硅产品，提升硅资源价值，也减少了钾长石氧化铝、碳酸钾***高温烧成的物料流量、制碱***直接蒸发浓缩获得合格的碳酸钾产品；脱硅后的浸出渣再采用烧结法工艺生产氧化铝、碳酸钾和硅酸二钙渣，为水泥生产的原料。
从经济的角度来看，采用脱硅技术，可以实现硅资源价值最大化，使处理同样量的钾长石时产品产值增加20～30％，而生产成本增加不大，实现了资源价值的最大化。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下的实施例可以使本领域专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明，本发明的内容完全不局限于此。
在以下的所有实施例中，使用的原料为国内东北某地产的钾长石和石灰石，其化学成分如表1及表2所示。
表1 钾长石的化学分析结果
  组分   K2O   Na2O   Al2O3   CaO   MgO   SiO2   Fe2O3   V   Ni   Cu  Ga   合计
  含量/％   14.64   0.16   22.46   0.093   0.097   56.96   3.10   0.049   0.0016   0.003  ＜0.001   97.56
表2 石灰石矿的化学分析结果
  组分   Mn   Pb   Al2O3   CaO   MgO   SiO2   Fe2O3   Zn   Ni   Cu
  含量(％)   0.022   0.018   0.75   50.64   0.76   4.10   0.66   0.044   ＜0.005   ＜0.005
实施例1：
钾长石磨细至-320目，配入粉状或粒状碳酸钾，其用量按碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为1.25计算，将两者混匀造粒后，于850℃烧结20min，所得熟料磨细至-80目，于KOH：60g/L，K2CO3：60g/L的混合液中浸出后过滤，浸出温度为60℃，时间为20min，以滤渣质量成分计算钾长石钾中钾、铝、硅的浸出率分别为：81.5％、14.3、41.2％。
滤液于60℃碳分至pH值为7～8，滤液硅的沉淀率可达98％以上。
将滤渣洗净磨细至-200目，配入粉状或粒状碳酸钾和-320目石灰石，其配入量按碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为1.25，钙比CaO(长石+石灰石)/SiO2(长 石+石灰石)为1.8计算，将三者混匀造粒后，于1350℃烧结20min，所得熟料磨细至-120目，于KOH：50g/L，K2CO3：50g/L的混合液中浸出后过滤，浸出温度为80℃，时间为20min，按滤渣成分计算钾长石钾中钾、铝的浸出率分别为：94.9％、71.9％。
所得滤渣用于生产水泥，所得滤液加入3g/L氧化钙，经160℃加压脱硅60min后，脱硅率可达93％以上，溶液中的硅含量可降低至0.2g/L。
脱硅后溶液于40℃，CO2浓度为15％，碳分至pH值为10，滤液铝的沉淀率可达98％。
实施例2：
钾长石磨细至-320目，配入粉状或粒状碳酸钾，其用量按碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为1.25计算，将两者混匀造粒后，于850℃烧结20min，所得熟料磨细至-120目，于KOH：80g/L，K2CO3：80g/L的混合液中浸出后过滤，浸出温度为60℃，时间为20min，以滤渣成分计算钾长石钾中钾、铝、硅的浸出率分别为：83.8％、13.1％、41.7％。
滤液于80℃碳分至pH值为7～8，滤液硅的沉淀率可达95％。
将滤渣洗净磨细至-200目，配入粉状或粒状碳酸钾和-260目石灰石，其配入量按碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为1.20，钙比CaO(长石+石灰石)/SiO2(长 石+石灰石)为1.8计算，将三者混匀造粒后，于1200℃烧结40min，所得熟料磨细至-120目，于KOH：70g/L，K2CO3：70g/L的混合液中浸出后过滤，浸出温度为80℃，时间为20min，按滤渣成分计算钾长石钾中钾、铝的浸出率分别为：92.6％、84.4％。
所得滤渣用于生产水泥，所得滤液加入3g/L氧化钙，经180℃加压脱硅20min后，脱硅率可达93％以上，溶液中的硅含量可降低至0.1g/L以下。
脱硅后溶液于60℃，CO2浓度为15％，碳分至pH值为9，滤液铝的沉淀率可达99％。
实施例3
钾长石磨细至-200目，配入粉状或粒状碳酸钾，其用量按碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为1.05计算，将两者混匀造粒后，于810℃烧结40min，所得熟料磨细至-160目，于KOH：50g/L，K2CO3：50g/L的混合液中浸出后过滤，浸出温度为60℃，时间为20min，以滤渣成分计算钾长石钾中钾、铝、硅的浸出率分别为：79.6％、11.9％、39.8％。
滤液于60℃碳分至pH值为8，滤液硅的沉淀率可达98％以上。
将滤渣洗净磨细至-320目，配入粉状或粒状碳酸钾和-200目石灰石，其配入量按碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为1.25，钙比CaO(长石+石灰石)/SiO2(长 石+石灰石)为2.0计算，将三者混匀造粒后，于1200℃烧结60min，所得熟料磨细至-160目，于KOH：90g/L，K2CO3：90g/L的混合液中浸出后过滤，浸出温度为70℃，时间为20min，按滤渣成分计算钾长石钾中钾、铝的浸出率分别为：89.6％、68.5％。
所得滤渣用于生产水泥，所得滤液加入5g/L氧化钙，经140℃加压脱硅40min后，脱硅率可达93％以上，溶液中的硅含量可降低至0.1g/L以下。
脱硅后溶液于60℃，CO2浓度为25％，碳分至pH值为9，滤液铝的沉淀率可达97.4％。
实施例4
钾长石磨细至-200目，配入粉状或粒状碳酸钾，其用量按碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为1.05计算，将两者混匀造粒后，于850℃烧结20min，所得熟料磨细至-200目，于KOH：100g/L，K2CO3：100g/L的混合液中浸出后过滤，浸出温度为80℃，时间为20min，以滤渣成分计算钾长石钾中钾、铝、硅的浸出率分别为：83.5％、13.9、38.4％。
滤液于60℃碳分至pH值为9，滤液硅的沉淀率可达96.3％。
将滤渣洗净磨细至-320目，配入粉状或粒状碳酸钾和-160目石灰石，其配入量按碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为1.05，钙比CaO(长石+石灰石)/SiO2(长 石+石灰石)为2.0计算，将三者混匀造粒后，于1400℃烧结20min，所得熟料磨细至-160目，于KOH：100g/L，K2CO3：100g/L的混合液中浸出后过滤，浸出温度为70℃，时间为20min，按滤渣成分计算钾长石钾中钾、铝的浸出率分别为：95.7％、72.6％。
所得滤渣用于生产水泥，所得滤液加入5g/L氧化钙，经160℃加压脱硅40min后，脱硅率可达93％以上，溶液中的硅含量可降低至0.1g/L以下。
脱硅后溶液于60℃，CO2浓度为25％，碳分至pH值为10，滤液铝的沉淀率可达98.5％。
实施例5
钾长石磨细至-160目，配入粉状或粒状碳酸钾，其用量按碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为0.4计算，其中20％碳酸钾用碳酸钠进行等摩尔量替换，即碳酸钠与碳酸钾的摩尔比为1∶4，将三者混匀造粒后，于850℃烧结20min，所得熟料磨细至-200目，于KOH：60g/L，K2CO3：60g/L的混合液中浸出后过滤，浸出温度为80℃，时间为20min，以滤渣成分计算钾长石钾中钾、铝、硅的浸出率分别为：69.8％、3.8％、42.5％。
滤液于80℃碳分至pH值为10，滤液硅的沉淀率可达95.4％以上。
将滤渣洗净磨细至-320目，配入粉状或粒状碳酸钾和-200目石灰石，其配入量按碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为1.25，钙比CaO(长石+石灰石)/SiO2(长 石+石灰石)为2.2计算，将三者混匀造粒后，于1300℃烧结60min，所得熟料磨细至-260目，于KOH：80g/L，K2CO3：80g/L的混合液中浸出后过滤，浸出温度为60℃，时间为20min，按滤渣成分计算钾长石钾中钾、铝的浸出率分别为：88.3％、68.0％。
所得滤渣用于生产水泥，所得滤液加入8g/L氧化钙，经150℃加压脱硅50min后，脱硅率可达96％，溶液中的硅含量可降低至0.1g/L以下。
脱硅后溶液于80℃，CO2浓度为15％，碳分至pH值为10，滤液铝的沉淀率可达98％。
实施例6
钾长石磨细至-160目，配入粉状或粒状碳酸钾，其用量按碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为0.4计算，其中10％碳酸钾用碳酸钠进行等摩尔量替换，即碳酸钠与碳酸钾的摩尔比为1∶9，将三者混匀造粒后，于850℃烧结20min，所得熟料磨细至-120目，于KOH：80g/L，K2CO3：80g/L的混合液中浸出后过滤，浸出温度为80℃，时间为20min，以滤渣成分计算钾长石钾中钾、铝、硅的浸出率分别为：73.5％、4.6％、41.8％。
滤液于40℃碳分至pH值为10，滤液硅的沉淀率可达96％以上。
将滤渣洗净磨细至-320目，配入粉状或粒状碳酸钾和-120目石灰石，其配入量按碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为1.25，钙比CaO(长石+石灰石)/SiO2(长 石+石灰石)为2.4计算，将三者混匀造粒后，于1400℃烧结20min，所得熟料磨细至-260目，于KOH：120g/L，K2CO3：120g/L的混合液中浸出后过滤，浸出温度为60℃，时间为20min，按滤渣成分计算钾长石钾中钾、铝的浸出率分别为：86.5％、71.7％。
所得滤渣用于生产水泥，所得滤液加入8g/L氧化钙，经170℃加压脱硅20min后，脱硅率可达95％，溶液中的硅含量可降低至0.1g/L以下。
脱硅后溶液于60℃，CO2浓度为15％，碳分至pH值为9，滤液铝的沉淀率可达99.8％以上。

Claims (8)

1.钾长石综合利用新工艺，其特征在于步骤如下：
(1)在钾长石中配入碳酸钾或碳酸钠进行一段烧结，烧结熟料磨细至一定粒度，用氢氧化钾和碳酸钾混合液进行浸出后过滤，所得滤液经碳分工艺回收氧化硅，滤渣作为二段烧结的原料；
(2)上一步骤所得滤渣配入一定粒度的石灰石及碳酸钾进行二段烧结，烧结熟料磨细至一定粒度，用氢氧化钾和碳酸钾混合液进行浸出后过滤，所得滤液加入一定量氧化钙进行加压脱硅处理，加压脱硅后溶液经碳分和过滤回收氢氧化铝，滤渣用于生产水泥；
一段烧结和二段烧结后，碳分、过滤后所得滤液经常规浓缩工艺回收碳酸钾。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤1)中的钾长石粒度为-160～-320目，碳酸钾的配入量按配好的混合料中碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为0.4～1.5进行计算，碳酸钠的配入量按摩尔比碳酸钠与碳酸钾的比例为0～4∶6计算，一段烧结温度为600～1000℃，烧结时间为20～60min。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤1)中，一段烧结熟料磨细至粒度为-80～-260目，用20～150g/L氢氧化钾和20～150g/L碳酸钾混合液进行浸出，浸出温度40～90℃，浸出时间20～60min，混合液与烧结熟料的液固比按液体体积(mL)与固体质量(g)之为2～5∶1。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤1)中，对滤液进行碳分的条件为40～90℃，终点pH值8～10；碳分时气体CO2浓度为20～50％(V/V)。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤2)中，一段烧结浸出滤渣磨细至-120～-320目作为二段烧结的原料，配入的石灰石粒度为-160～-320目，配入量按配好后的混合料中钙比(CaO(长 石+石灰石)/SiO2(长石+石灰石))为1.9～2.1进行计算，碳酸钾的配入量按配好的混合料中碱比(K2O总+Na2O总)/(Al2O3总+Fe2O3总)为0.4～1.5计算，烧结温度为1200～1450℃，烧结时间为20～60min。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤2)中，二段烧结熟料磨细至-80～-260目，用20～150g/L氢氧化钾和20～150g/L碳酸钾混合液进行浸出，浸出温度40～90℃，浸出时间20～60min，混合液与烧结熟料的液固比按液体体积(mL)与固体质量(g)之为2～5∶1。
7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤2)中，熟料浸出后过滤所得滤液进行加压脱硅，加压脱硅条件为：脱硅温度140～200℃，脱硅时间20～60min，氧化钙添加量2～10g/L。
8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤2)中，加压脱硅后的溶液进行碳分提取氢氧化铝，碳分条件为：温度40～90℃，终点pH值8～10。碳分时气体CO2浓度为20～50％(V/V)。
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