CN103288102A - 焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的方法，包括以下步骤：一）以氯化物和钙质原料作为水不溶性钾矿的助剂，分别破碎后进行配料，以得到生料；二）将得到的生料粉磨至80μm方孔筛筛余为10%～40%；三）将得到的生料粉送入回转窑焙烧，烧成带温度为750～1000°C，物料在窑内的停留时间为40～80分钟；四）冷却焙烧产物；五）将冷却后的焙烧产物用水溶浸，溶液经过蒸发、结晶分离得到纯度大于95%的氯化钾产品。本发明还公开了采用上述方法的装置。本发明工艺流程简单，能耗低，生产成本低。

Description

焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种利用水不溶性钾矿生产钾肥的方法及装置，特别涉及一种焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的方法及装置。
背景技术
我国钾肥对外依存度达到60%以上，已经危及到我国粮食安全。我国可溶性钾矿资源极为短缺，保有储量4.57亿吨，仅占世界储量的2.6%；然而水不溶性钾矿资源却非常丰富，总储量在100亿吨以上。加快研究含钾岩石中钾的提取技术，开发利用水不溶性钾矿制造钾肥，对于提高我国钾肥自给率有重大意义。
我国水不溶性含钾岩矿包括硅酸盐矿物和硫酸盐矿物两类，常见水不溶性含钾矿物多为钾铝硅酸盐矿物，主要有钾长石、海绿石、白榴石、霞石、金云母、白云母和黑云母等。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。
国内外利用钾长石提钾大致有以下几种方法：高炉冶炼法、热分解水浸法、热法制枸溶性钾肥、低温分解法、压热法和微生物分解法等。高炉冶炼法曾于上世纪八十年代中期在山西省闻喜县投入生产，开创了我国综合利用钾长石资源并实现产业化生产的首例，但存在能量消耗大、白色水泥质量难以过关等问题，后期被迫转产。热法制枸溶性钾肥这一方法所需炉温过高，能耗大，且仅能制得钾含量低的枸溶性复合肥，难过经济关。低温分解法可在低温下分解钾长石，虽然降低了能耗，但钾分解率低，并且该法会造成环境污染和设备严重腐蚀，技术难以推广。压热法压力太高，设备投资大，至今尚无工业生产。微生物分解法具有工艺流程短、能耗低、污染小等特点，但其突出缺点是菌种的生存能力较弱、菌种培养的周期太长、分解速率过慢、钾溶出率过低，使得该方法应用于规模化工业生产还不够成熟。
热分解法一般需添加分解助剂进行，有效助剂有多种，如NaOH，K2CO3，CaSO4，CaCO3，CaCl2和NaCl等。NaOH和K2CO3的分解效果较好，但价格昂贵且腐蚀性强；而CaSO4和CaCO3的分解效果相对较差；CaCl2和NaCl的价格较低，工业原料可从纯碱行业的废渣和废液中获取，对设备的腐蚀性小，获得的分解率相对较高。国内合肥工业大学的韩效钊等研究了不同助剂（NaCl、CaCl2等）对钾长石提取率的影响；吉首大学的彭清静等也研究了NaCl和CaCl2作助剂时钾长石的提钾过程；华东理工大学的胡天喜等研究了CaCl2和NaCl作混合助剂分解钾长石的实验研究。但所有这些研究都仅仅停留在实验室阶段，离工业化生产还有一定距离。采用低成本助剂，并开发出一种流程简单、能耗较低、环境友好的从水不溶性钾矿提取可溶性钾的方法，在工业上实现钾长石提钾并获得较高的钾提取率，对于综合利用我国水不溶性钾矿有着重要意义。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种在工业上实现从水不溶性钾矿中提钾并获得较高钾提取率的焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的方法及装置。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的一个技术方案是：一种焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的方法，包括以下步骤：
一）以氯化物和钙质原料作为水不溶性钾矿的助剂，分别破碎后进行配料，以得到生料；配料时，水不溶性钾矿中的钾折合成K+表示，氯化物助剂折合成Cl-表示，钙质原料助剂折合成Ca2+表示，以物质的量计，K+：Cl-：Ca2+=1：（2～6）：（0.2～2.5）；
二）将得到的生料粉磨至80μm方孔筛筛余为10%～40%；
三）将得到的生料粉送入回转窑焙烧，烧成带温度为750～1000°C，物料在窑内的停留时间为40～80分钟；
四）冷却焙烧产物；
五）将冷却后的焙烧产物用水溶浸，溶液经过蒸发、结晶分离得到纯度大于95%的氯化钾产品，用于生产钾肥。
所述步骤三），将得到的生料粉先预热再送入回转窑焙烧。
所述氯化物助剂为NaCl、CaCl2和MgCl2中的任意一种或者至少两种的混合物，或者是有效成分为NaCl、CaCl2和MgCl2中的一种或者至少两种的一种或至少两种的矿物。
所述钙质原料助剂为石灰石或者是煅烧后的石灰石或者是CaCO3或者是CaO。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的另一个技术方案是：一种采用上述方法焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的装置，包括顺次相连的回转窑和冷却装置。
所述回转窑的尾部与窑尾烟室连接，所述窑尾烟室与预热器***连接，所述预热器***设有至少一级旋风筒。
所述窑尾烟室与所述预热器***的末级旋风筒的进口风管连接。
所述冷却装置通过窑头罩与所述回转窑相连。
本发明具有的优点和积极效果是：
1）以氯化物和钙质原料作为水不溶性钾矿的助剂，采用预热器预热和回转窑煅烧的工艺，用较少的助剂，较低的焙烧温度，就能够获得较高的钾提取率，生产成本较低。2）充分利用出预热器***的一级旋风筒废气和冷却装置内升温空气的热焓，达到***节能的目的。3）本发明的工艺设计合理，工艺流程简单。
附图说明
图1是本发明焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的装置之一的结构示意图；
图2是本发明焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的装置之二的结构示意图。
图中：1是分料装置，2是预热器***的一级旋风筒，3是预热器***的二级旋风筒，4是窑尾烟室，5是回转窑，6是窑头罩，7是燃烧器，8是篦式冷却机，9是收尘器，10是气力提升泵，11是冷却风机，81是旋风冷却器的一级旋风筒，82是旋风冷却器的二级旋风筒，83是旋风冷却器的三级旋风筒。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
本发明一种焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的方法，包括以下步骤：
一）以氯化物和钙质原料作为水不溶性钾矿的助剂，分别破碎后进行配料，以得到生料；配料时，水不溶性钾矿中的钾折合成K+表示，氯化物助剂折合成Cl-表示，钙质原料助剂折合成Ca2+表示，以物质的量计，K+：Cl-：Ca2+=1：（2～6）：（0.2～2.5）；
二）将得到的生料粉磨至80μm方孔筛筛余为10%～40%；
三）将得到的生料粉送入回转窑焙烧，烧成带温度为750～1000°C，物料在窑内的停留时间为40～80分钟；
四）冷却焙烧产物；
五）将冷却后的焙烧产物用水溶浸，溶液经过蒸发、结晶分离得到纯度大于95%的氯化钾产品，用于生产钾肥。
所述氯化物助剂为NaCl、CaCl2和MgCl2中的任意一种或者至少两种的混合物，或者是有效成分为NaCl、CaCl2和MgCl2中的一种或者至少两种的一种或至少两种的矿物。
所述钙质原料助剂为石灰石或者是煅烧后的石灰石或者是CaCO3或者是CaO。
实施例1-4：
1）原料的选择
使用具有表1所示化学成分的钾铝硅酸盐矿物。
表1原料的化学成分(%)
LOSS SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O Cl
钾矿 3.89 56.88 16.62 7.51 0.14 2.10 9.47 0.18 0.008
石盐 N/A 0.21 0.14 0 0.04 0.06 0.04 48.00 52.625
石灰石 43.02 1.70 0.20 0.10 54.28 0.32 0.04 0.04 0.009
2）生料的制备
将钾矿、石盐与石灰石分别破碎，按一定（K+：Cl-：Ca2+）物质的量之比进行配料得到生料，采用立磨将生料粉磨至80μm筛余10～40%。
3）生料的焙烧
将生料粉喂入预热器***，控制适宜的喂料量，保证适宜的窑速以及窑内通风量，烧成带温度为750～1000°C，物料在窑内的停留时间为40～80分钟；
4）焙烧产物的冷却
通过多级旋风冷却器将焙烧产物冷却到250°C以下。
5）水浸与分离
冷却后的焙烧产物用水溶浸，溶液经过蒸发、结晶分离得到纯度大于95%的氯化钾产品，用于生产钾肥。取样在实验室水浸过滤，采用原子吸收分光光度计分析滤液中钾的浓度，计算钾提取率。
水不溶性钾矿采用石盐和石灰石作为助剂，表2给出了生料采用的配比、细度、窑内物料停留时间以及获得的钾提取率。
表2参数与结果
本发明的内容并不局限在上述的实施例中，同领域内的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，例如：用主要用NaCl、CaCl2和MgCl2中的一种或者至少两种的混合物，或者是有效成分为NaCl、CaCl2和MgCl2中的一种或者至少两种的一种或至少两种矿物代替石盐，用煅烧后的石灰石或者是CaCO3或者是CaO代替石灰石，采用其它钾铝硅酸盐矿物，均能取得与上述实施例相同的结果，这样的实施例是同领域内技术人员在上述实施例的基础上容易想到的，因此这样的实施例都应包括在本发明的保护范围内。
请参见图1，采用上述方法焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的装置之一，包括粉磨***（图中未示出）、预热器***、回转窑、冷却装置、浸滤装置（图中未示出）和蒸发结晶分离装置（图中未示出），回转窑5和冷却装置顺次相连。
在本实施例中，所述回转窑5的尾部与窑尾烟室4相连，所述窑尾烟室4与预热器***连接，所述预热器***设有二级旋风筒。所述预热器***的各级所述旋风筒的进料风管分别与分料装置1连接。所述冷却装置是多级旋风冷却器。所述预热器***的一级旋风筒2设有与粉磨***连接的风管。所述多级旋风冷却器设有与所述回转窑5的窑头罩6连接的风管。所述窑头罩6与所述多级旋风冷却器通过气力提升泵10连接。所述窑尾烟室4与所述预热器***的末级旋风筒的进口风管连接。冷却风机11为多级旋风冷却器的三级旋风筒提供冷风。燃烧器7为回转窑5提供燃料。
上述生产钾肥的装置的工作原理：
将粉磨后的生料通过提升设备输送至窑尾，首先生料进入预热器***的一级旋风筒2的进口风管后经过充分分散，并与从预热器***的二级旋风筒3出来的气流进行热交换实现预热升温，然后含尘气流进入预热器***的一级旋风筒2进行气固分离，分离出的物料进入预热器***的二级旋风筒3的进口风管，分离后的气流进入废气处理环节，处理后的气体可输送至粉磨***烘干原燃料；物料进入预热器***的二级旋风筒3的进口风管后与从窑尾烟室4出来的气流进行换热，然后含尘气流进入预热器***的二级旋风筒3进行气固分离，分离出的物料进入窑尾烟室4，分离后的气流进入预热器***的一级旋风筒2；物料在经过窑尾烟室4后，进入回转窑5进行焙烧；焙烧产物通过窑头罩6落下，并由气力提升泵10提升至旋风冷却器一级旋风筒81的进口风管后经过充分分散，并与旋风冷却器二级旋风筒82出来的气流进行热交换实现降温，然后含尘气流进入旋风冷却器一级旋风筒81进行气固分离，分离出的物料进入旋风冷却器二级旋风筒82的进口风管，分离后的气流用作二次风从窑头罩6进入回转窑5；物料进入旋风冷却器二级旋风筒82的进口风管后经过充分分散，并与旋风冷却器三级旋风筒83出来的气流进行热交换实现降温，然后含尘气流进入旋风冷却器二级旋风筒82进行气固分离，分离出的物料进入旋风冷却器三级旋风筒83的进口风管，分离后的气流进入旋风冷却器一级旋风筒81；物料进入旋风冷却器三级旋风筒83的进口风管后经过充分分散，并与冷却风机11鼓入的冷空气进行热交换再次降温，然后含尘气流进入旋风冷却器三级旋风筒83进行气固分离，分离后的气流一部分进入旋风冷却器二级旋风筒82，剩下的气流进入收尘器9，收尘器9收集的物料与旋风冷却器三级旋风筒83分离出的物料合并在一起输送至焙烧产物存储车间；经过收尘器9收尘后的气体可输送至粉磨***烘干原燃料，也可以进入废气处理***。
从预热器***的一级旋风筒2出来的废气可以引至原料和燃料粉磨***能够烘干原料和燃料，有效利用废气热焓；多级旋风冷却器内因为冷却焙烧产物而升温的空气一部分作为二次空气从窑头罩6进入窑内，另一部分通过收尘器9也可以引至原料和燃料粉磨***烘干原料和燃料，达到***节能的目的。
分料装置1可以灵活控制生料进入预热器***的位置。当生料全部喂入预热器***的一级旋风筒2的进口风管，实现两级换热；当生料全部喂入预热器***的二级旋风筒3的进口风管，仅发生一级换热。当然也可以直接将生料喂入回转窑进行焙烧。
在本实施例中，预热器***为二级旋风预热器，但不限于此。预热器***的级数还可以为四级、三级或者一级。
本实施例中，多级旋风冷却器由三级旋风筒组成，但不限于此。也还可以由四级或者二级旋风筒组成。收尘器9可以是旋风收尘器，也可以是袋式收尘器或者电收尘器。
请参见图2，采用上述方法焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的装置之二，与焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的装置之一的不同之处在于：用篦式冷却机8代替多级旋风冷却器。焙烧产物通过窑头罩6落入篦式冷却机8进行冷却，篦式冷却机8高温段因为冷却物料而升温的空气可以用作二次风从窑头罩6进入回转窑5，篦式冷却机8低温段的空气挟带着粉尘进入收尘器9；收尘器9收集的物料与篦式冷却机8冷却后的物料合并在一起输送至焙烧产物存储车间。
上述生产钾肥的装置所用冷却装置并不限于多级旋风冷却器和篦式冷却机，还可以采用回转冷却机，或它们三者中至少两者的组合。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
一）以氯化物和钙质原料作为水不溶性钾矿的助剂，分别破碎后进行配料，以得到生料；配料时，水不溶性钾矿中的钾折合成K+表示，氯化物助剂折合成Cl-表示，钙质原料助剂折合成Ca2+表示，以物质的量计，K+：Cl-：Ca2+=1：（2～6）：（0.2～2.5）；
二）将得到的生料粉磨至80μm方孔筛筛余为10%～40%；
三）将得到的生料粉送入回转窑焙烧，烧成带温度为750～1000°C，物料在窑内的停留时间为40～80分钟；
四）冷却焙烧产物；
五）将冷却后的焙烧产物用水溶浸，溶液经过蒸发、结晶分离得到纯度大于95%的氯化钾产品，用于生产钾肥。
2.根据权利要求1所述焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的方法，其特征在于，所述步骤三），将得到的生料粉先预热再送入回转窑焙烧。
3.根据权利要求1所述焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的方法，其特征在于，所述氯化物助剂为NaCl、CaCl2和MgCl2中的任意一种或者至少两种的混合物，或者是有效成分为NaCl、CaCl2和MgCl2中的一种或者至少两种的一种或至少两种的矿物。
4.根据权利要求1所述焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的方法，其特征在于，所述钙质原料助剂为石灰石或者是煅烧后的石灰石或者是CaCO3或者是CaO。
5.一种采用如权利要求1所述方法焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的装置，其特征在于，包括顺次相连的回转窑和冷却装置。
6.根据权利要求5所述焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的装置，其特征在于，所述回转窑的尾部与窑尾烟室连接，所述窑尾烟室与预热器***连接，所述预热器***设有至少一级旋风筒。
7.根据权利要求6所述焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的装置，其特征在于，所述窑尾烟室与所述预热器***的末级旋风筒的进口风管连接。
8.根据权利要求5所述焙烧水不溶性钾矿提取氯化钾生产钾肥的装置，其特征在于，所述冷却装置通过窑头罩与所述回转窑相连。
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