CN1120803C - 碱渣、钾长石制氯化钾的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种碱渣、钾长石制氯化钾的工艺方法，其特征在于以钾长石和碱渣为原料，钾长石∶碱渣＝1∶0.5～5，还可添加钾长石重量0～80%的苦卤，这些物料经生料浆、焙烧、浸取工序，浸取液提取氯化钾、氯化钠、氯化钙，浸取渣经洗涤压滤后得制造多种产品如工程用土和建筑制品原料的固体渣，该工艺方法既可大量处理碱渣，又可得到国内急需的氯化钾产品，所有物料循环使用，原料的所有成分几乎全部转化为附加值高的工业产品，无三废排放，工艺流程合理。
Description
本发明属于氨碱法生产纯碱过程中排放废渣的综合利用和与钾长石制造氯化钾领域。
氨碱法生产纯碱过程中排放的大量废渣常年堆积，既占去大量土地，又污染环境，已有的废渣综合利用方法很多，如“碱渣制建筑胶泥的制造方法”(CN871082)，“氯碱废渣制水泥的方法”(CN89108216)，这两种方法已尝试将碱渣变成有用的产品，但实施较为困难，成本也高，还有许多方法也因为各种原因而大规模工业化存在一定缺陷，CN95106293.X“碱渣制工程土的方法”，此方法的实施已通过天津市建委和科委联合组织的鉴定，该法用搅拌方法改变了碱渣结构，使之易干脱水，常规晾晒后作工程用土，性能极好，为大规模工业化治理碱渣开辟了道路，但是所得产品只做工程用土，经济除加值较低，所以该方法较偏重于处理碱渣，并不能将碱渣中的有用成分充分的全部利用起来；目前我国的钾肥奇缺，我国的钾肥产量只占世界总产量的0.34％，这个量只能满足国内钾肥需求的10％左右，我国利用含钾岩石生产钾肥，存在着重大缺陷，主要是生产钾肥所需处理的矿石量大，据有关资料介绍，生产一吨硫化钾需处理矿石8.33吨，能耗高、物耗大，副产品多，分离工艺复杂，产品不具竞争力，特别是用含钾岩石添加NaCl或CaCl2的焙烧法生产钾肥的方法，由于焙烧后熟料产生玻璃体结晶(通称结瘤)，不利于浸取，因此该方法至今难以工业化大量生产。
本分明目的是提供一种克服上述缺陷的，既能大量治理碱渣，充分利用碱渣中的有用成分，又能得到国内急需钾肥的“碱渣、钾长石制氯化钾的工艺方法”，该方法在含钾岩石和碱渣等原料的反应中，所有成分几乎全部转化为经济附加值较高的工业产品，工艺过程中所有物料循环使用，无废液、废气、废物排放，工艺流程合理。
本发明是这样实现的，参照图1，它是用氨碱法生产纯碱过程中排放的废渣液长年堆积的碱渣或直接排放的废渣液经压滤后的湿渣或废渣液经预碳化、压滤后的湿渣作为原料与钾长石配料，将磨细的钾长石(1)和碱渣(2)以钾长石∶碱渣＝1∶0.5～5的比例加入生料浆工序(3)，加入提氯化钙过程中的钙母液(31)，物料在生料浆工序经混合搅抖均匀后进入焙烧工序(7)，焙烧后的熟料进入粉碎工序(8)，粉碎后的熟料进入浸取工序(9)，从浸取工序出来的浸取液(10)通过蒸发浓缩(11)，离心分离(12)，冷却结晶(13)，离心分离(14)，粗钾洗涤(15)，离心分离(16)得纯度为90％的氯化钾产品(17)；从离心分离(12)出来的粗盐(18)进入粗盐洗涤(19)，再经离心分离(20)，热风干燥(21)得纯度为96％的氯化钠产品(22)，离心分离(20)出来的洗盐液(23)送至粗盐洗涤工序(19)和蒸发浓缩工序(11)循环使用；从离心分离(14)出来的滤钾液(24)经蒸发浓缩(25)，澄清分离(26)，蒸发浓缩(27)，澄清分离(28)，蒸发浓缩(29)得纯度为70％的氯化钙产品(30)，从澄清分离(28)出来的钙母液(31)回到蒸发浓缩工序(25)中或作为补充料加入生料浆工序(3)中循环使用，从澄清分离(26)出来的混合盐(32)和从澄清分离(28)出来的复盐(33)回到蒸发浓缩工序(11)循环使用；从浸取工序出来的浸取渣(34)经洗涤压滤工序(35)处理后可得作为工程用土和建筑制品原料的固体渣(39)，洗涤压滤后的洗涤液(36)回到浸取工序(9)以减少用水量和提高浸取率，从焙烧工序出来的尾气用引风机(37)输送至蒸发浓缩工序(11)用以回收余热提高蒸发效率。
所述原料配比中还可添加选择成分钾长石重量0～80％的苦卤(38)、苦卤本来就是制氯化钾的重要原料，使用苦卤还可解决盐场废料。
所述浸取工序，可以采用多级螺旋浸取器，也可采用常规浸取设备。
生料浆工序以物料混合搅抖均匀为宜，钾长石的细度100～300目即可，钾长石越细，焙烧越好。
焙烧设备可选用卧式旋转窑、隧道窑、滚道窑或立式旋转炉，焙烧温度750～900℃，焙烧时间35～90分钟；粉碎设备可采用辊扛，目的是为了加大焙烧后熟料细度以提高下工序的浸取效率；浸取工序采用多级螺旋浸取器时采用逆流浸取，可节约用水，提高浸取率，浸取温度控制在80±5℃为好；浸取渣的处理可采用板框压滤机洗涤压滤，真空过滤或直接堆存，或加进大颗粒物料搅抖或抖匀后自然堆存，以达到固液分离目的，分离出的液体回到浸取工序，所得固体渣可作为工程用土和建筑制品原料如工程用土、绿化用土、制砖、砌块、墙体材料，也可作水泥、粘结剂的原料等。
由浸取液提取生成物KCL、NaCL、CaCL2是常规工艺，工艺条件不再细述。
本发明碱渣、钾长石制氯化钾的工艺方法的反应机理探讨，碱渣化学成分含量(％)(取自老渣场)：CaCO336～61、H2O50～64、CaO6～15、CaCL25～16、Mg(OH)24～13、CaSO41～6、NaCL0.4～7、Fe2O30.4～1、SiO25～10、AL2O32～4，碱渣与钾长石的反应大致如下：
从反应式看，碱渣中的CaCL2、NaCL是从钾长石中提钾较为理想的转化剂，由于用NaCL和CaCL2直接与钾长石焙烧制取KCL熟料易形成结瘤玻璃体，不利下工序的浸取，致使用含钾岩石与NaCL、CaCL2的反应制KCL的工业化生产未能实现。
本发明碱渣、钾长石制氯化钾的工艺方法，由于原料碱渣成分主要是CaCO3和NaCL、CaCL2，这些成分与含钾岩石中的含钾复盐反应生成CO2，使焙烧后的熟料多孔、松散、流动度好，这是充分利用了碱渣特征的结果，说明了用钾长石制氯化钾必须加碱渣才能使生产工业化，在配料过程中还可以加入提CaCL2过程中的钙母液(4)或添加氯化纳(5)或氯化钙(6)，根据碱渣中氯根和钾长石成分分析，以确定NaCL或CaCL2的量补充氯根。
由于本发明方法大量使用碱渣，为氨碱法的生存开辟了巨大的经济空间，众所周知，氨碱法的碱渣排放历来是制约纯碱生产的重大关键问题，可以说，使碱渣不但不再是氨碱法的沉重负担，碱渣形成的高附加值产品KCl、NaCl、CaCl2又是化肥工业急需产品，因此该方法的实施对于举步艰难，市场竞争激烈的氨碱厂无疑是摆脱困境的重要途径，特别是我国化学工业中的钾肥工业十分薄弱，其生产能力远不能满足国内需求，近年来我国已成为世界上最大的钾肥进口国，年进口量达400-500万吨，本发明工艺方法的实施可填补钾肥工业的空白。
由于本发明方法原料是利用废碱渣，成本极低廉，而合理的工艺方法其产品除了KCl、NaCl、CaCl2化工产品附加值较高外，被一般认为用含钾岩石生产钾肥处理矿石量大，副产品分离困难且又无法有效利用的难题，由本发明方法所解决，本方法合理的工艺路线，提取上述化工产品的提取效率高，所得残渣有害成分少，为这些物料的利用开辟了广阔道路，残渣中主要化学成分为SiO240～50％、Fe2O37～10％、Al2O310～15％、CaO20～25％、MgO0.5～1％、K2O2～3％、Cl-1％以下，SO4 ＝1％以下，这些物料可以做工程用土和建筑制品原料，如制砖、砌块、墙体材料、水泥和粘结剂原料等，由于充分利用了矿产资源和废渣资源，所得化工产品和众多建筑材料，使其经济效益显著，并且过程中无三废排放，成为环保治理工业中又一重大举措。
本发明工艺方法所采用的设备是当今水泥生产和澄清分离等常规设备，使工艺技术更加可靠，因此设备投资较小，投资产出比较大，使该工艺方法形成产业性规模，为我国化学工业和可持续发展经济战略作出巨大贡献。
附图说明
图1为本发明碱渣、钾长石制氯化钾的工艺方法工艺流程示意图。
本发明并不限于下列实施例，由于焙烧后的熟料浸取提氯化钾、氯化钠、氯化钙等工艺为已有技术，特别是螺旋浸取器的工业上是成熟的，因此实例只以焙烧部分给出，列于下表：
| 例号 | 配比 | 焙烧时间分 | 温度℃ | 可溶K2O％ | 总K2O％ | 转化率％ | KCl％ | 熟料松散程度 | ||
| 钾长石 | 碱渣 | 苦卤 | ||||||||
| 1 | 1 | 0.5 | 80 | 35 | 900 | 5.40 | 6.80 | 79.41 | 8.57 | 稍硬，用辊扛可压碎 |
| 45 | 500～900 | 4.97 | 6.70 | 74.18 | 7.89 | |||||
| 2 | 1 | 1 | 50 | 35 | 900 | 5.53 | 6.85 | 80.73 | 8.78 | |
| 80 | 500～900 | 5.21 | 6.74 | 77.30 | 8.27 | |||||
| 3 | 1 | 1.5 | 70 | 45 | 900 | 5.39 | 6.76 | 79.73 | 8.55 | 松散 |
| 60 | 500～900 | 5.28 | 6.67 | 79.16 | 8.39 | |||||
| 4 | 1 | 2 | 10 | 45 | 900 | 5.61 | 6.45 | 86.98 | 8.90 | 多孔、松散 |
| 5 | 1 | 2.5 | 50 | 900 | 5.41 | 6.87 | 78.75 | 8.59 | 松散 | |
| 6 | 1 | 2.7 | 55 | 900 | 5.20 | 6.25 | 83.20 | 8.25 | 松散 | |
| 7 | 1 | 2.75 | 30 | 45 | 900 | 5.29 | 6.41 | 82.53 | 8.40 | 松散 |
| 8 | 1 | 2.7 | 40 | 65 | 900 | 5.10 | 6.22 | 82.00 | 8.09 | 松散 |
| 9 | 1 | 3 | 50 | 48 | 900 | 3.72 | 6.30 | 59.05 | 5.90 | 松散 |
| 10 | 1 | 4 | 80 | 900 | 3.02 | 6.23 | 48.49 | 4.79 | 松散 | |
| 11 | 1 | 5 | 20 | 70 | 900 | 4.01 | 6.28 | 63.85 | 6.36 | 松散 |
| 12 | 1 | 5 | 60 | 900 | 2.93 | 4.52 | 64.82 | 4.65 | 松散 | |
| 13 | 1 | 1.8 | 45 | 50 | 900 | 5.38 | 6.32 | 85.13 | 8.54 | 松散 |
| 14 | 1 | 2.4 | 70 | 45 | 900 | 5.27 | 6.11 | 86.25 | 8.36 | 松散 |
| 15 | 1 | 3 | 90 | 900 | 5.14 | 6.79 | 76.26 | 8.16 | 松散 | |
从众多实例中，可以看出当钾长石∶碱渣＝1∶1.6～3.0，溶出K2O多，转化率高，特别是钾长石∶碱渣＝1∶1.8～2.75，苦卤加量为钾长石重量的10％时，溶出K2O多，转化率在80％以上，高达86.98％，其次发现固定升温比连续升温焙烧效果好，焙烧时间选择35～90分钟范围可行。
最佳实施例
配料比，钾长石∶碱渣＝1∶2，加钾长石重量10％的苦卤，生料浆用搅拌方法搅匀，分析KCl8.15％，焙烧温度900℃，焙烧时间45分钟，熟料成分分析，可溶K2O5.35％，总K2O6.59％，转化率为81.18％，多级螺旋浸取器浸取温度85℃，根据计算浸取率可达85％以上，浸取渣洗涤压滤，洗涤效率可达98％以上(分析数据及计算略)，浸取液提钾过程蒸发浓缩温度120℃，离心分离保持温度100℃，冷却结晶温度30℃，粗钾洗涤加水为粗钾的60％，保持温度30±1℃，搅拌10分钟，提NaCl过程中粗盐洗涤，加水为粗盐量的50％，搅拌10分钟，在82℃离心分离；提CaCl2过程，从离心分离出来的滤钾液一级蒸发浓缩(25)控制温度125～130℃，二级蒸发浓缩(27)控制温度145～155℃，一级澄清分离(26)控制温度120～125℃，三级蒸发浓缩(29)控制温度168～170℃；浸取渣用板框压滤机洗涤压滤，压滤后的滤液回多级螺旋浸取工序，压滤后的渣自然堆存。
根据物料衡算，初步估算8吨钾长石和16吨碱渣可生产1吨纯度为90％的氯化钾，可增产1.2吨氯化钙0.50吨盐，浸出渣约有12.4吨。
Claims (3)
1.一种碱渣、钾长石制氯化钾的工艺方法，其特征在于它是用氨碱法生产纯碱过程中排放的废渣液长年堆积的碱渣或直接排放的废渣液经压滤后的湿渣或废渣液经预碳化、压滤后的湿渣作为原料与钾长石配料，将磨细的钾长石(1)和碱渣(2)以钾长石∶碱渣＝1∶0.5～5的比例加入生料浆工序(3)，加入提氯化钙过程中的钙母液(31)，物料在生料浆工序经混合搅抖均匀后进入焙烧工序(7)，焙烧后的熟料进入粉碎工序(8)，粉碎后的熟料进入浸取工序(9)，从浸取工序出来的浸取液(10)中收集生成物氯化钾、氯化钠和氯化钙，从浸取工序出来的浸取渣(34)经洗涤压滤工序(35)处理后可得作为工程用土和建筑制品原料的固体渣(39)。
2.根据权利要求1所述碱渣、钾长石制氯化钾的工艺方法，其特征在于所述原料配比中添加选择成分钾长石重量0～80％的苦卤。
3.根据权利要求1所述碱渣、钾长石制氯化钾的工艺方法，其特征在于所述焙烧工序的焙烧温度为750～900℃，焙烧时间为35～90分钟。
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