利用微波/超声波辅助低温浸出磷钾伴生矿中钾的方法

摘要

本发明涉及一种利用微波/超声波辅助低温浸出磷钾伴生矿中钾的方法，包括有以下步骤：1)配料：取磷钾伴生矿矿粉和助剂萤石混合均匀，然后加入磷酸浸泡，得到混合物；2)微波超声波浸出；3)得到一次滤渣和一次滤液；4)得二次滤渣和二次滤液；5)混合浸出液：将所得一次滤液和所得二次滤液混合，即得含钾的浸出液。本发明的有益效果是：大幅缩短了热传导时间，而且不会出现传统加热方式中加热不均的弊端；微波加热高效节能，加热过程中除了被加热物料升温外，几乎无其它损耗；超声波的空化作用使液体出现膨胀、压缩、溃陷等一些列动作，所产生化学效应和机械效应能够改善反应条件，加快反应速度。

说明书

技术领域

本发明属于磷钾复合肥生产技术领域，涉及一种低品位磷钾伴生矿中钾的提取方法，具体地是指一种利用微波/超声波辅助低温浸出磷钾伴生矿中钾的方法。

背景技术

从上世纪七十年代起，全国各地（四川汉源、内蒙鸡西、湖北宜昌等）陆续发现了一系列的磷钾伴生矿，储量大但磷钾品位低。该磷钾伴生矿具有天然的磷钾共生的优良特性，若能合理地利用其生产国内短缺的磷钾复合肥，可以缓解我国磷钾肥供需矛盾。因此，合理开发这一磷钾伴生矿资源，对于提升我国磷钾伴生矿资源综合利用率以及减少钾资源对外依存度有着重大意义。

磷钾伴生矿主要由胶磷矿、钾长石、白云石、石英、黄铁矿和云母等组成，该矿石矿物种类较多，粒度微细，彼此间镶嵌不规则，胶磷矿晶化程度低且包含多种包裹体。磷钾伴生矿综合利用的主要技术难点在于从磷钾伴生矿中高效、环保、经济地提取可溶性钾。

目前，钾长石提取钾的主要方法四大类：一类是高温挥发法，即将钾长石、石灰石、白云石、萤石和焦炭等按比例配料高温反应，挥发出来的K₂O和炉内的CO₂生成K₂CO₃，但是该方法能耗高、钾收率低；第二类是高温烧结法，是将钾长石、添加剂混合后熔融焙烧，此方法也是能耗特别大，而且烧结后难以处理；第三类是氟分解法，是用含氟助剂在无机酸下，于200℃以下分解钾长石，此类方法对设备耐腐蚀性能要求高；最后一类是微生物分解法，是用微生物细菌等代谢物与钾长石发生生化反应，该方法流程简单且无三废排出问题，但菌种的选育困难，驯化难度大。

考虑到磷钾伴生矿中的胶磷矿含有Ca，若能以其置换钾长石中的K，可省去从钾长石中置换钾所需额外加入的钠盐或钙盐，提高磷钾伴生矿利用的经济效益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种利用微波/超声波辅助低温浸出磷钾伴生矿中钾的方法，实现磷钾伴生矿的综合利用，该方法经济环保，可高效地浸出磷钾伴生矿中的钾。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：利用微波/超声波辅助低温浸出磷钾伴生矿中钾的方法，包括有以下步骤：

1)   配料：取干燥的-180目磷钾伴生矿矿粉和助剂萤石混合均匀，然后加入磷酸浸泡，萤石的加入量为磷钾伴生矿矿粉质量的28%~30%，磷酸质量百分比浓度为45~65%，其加入量为5~15mL/g磷钾伴生矿矿粉，得到混合物；

2)   微波超声波浸出：将步骤1）所得混合物采用微波处理或者超声波处理；

3)   一次过滤：将步骤2）所得的熟料取出，过滤得到一次滤渣和一次滤液；

4)   二次过滤：向步骤3）所得一次滤渣中加水煮沸10~30min，冷却后过滤，得二次滤渣和二次滤液；

5)   混合浸出液：将步骤3）所得一次滤液和步骤4）所得二次滤液混合，即得含钾的浸出液。

按上述方案，步骤2)所述的微波处理方法是：将混合物置于微波反应器中，采用2450MHz或916MHz的微波辐照加热，微波总功率为400~1000W，同时补充水至原体积，反应时间1~24h。

按上述方案，步骤2)所述的超声波处理方法是：将混合物通过电加热套加热，温度设为90~150℃，采用22~40kHz的超声波处理，超声波功率为100~1000W，同时补充水至原体积，反应时间1~24h。

本发明利用被处理物质吸收微波或者超声波产生分子共振升温迅速且均匀，以及超声波空化、冲击和微射流作用极大加速传质效果等优点，在较低温度下即可协同助剂促进磷钾伴生矿中胶磷矿与磷酸发生酸解反应，促进钙离子与钾长石发生离子交换反应，以及HF分解钾长石，生成可溶性钾，从而达到经济环保高效地提取钾的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)  本发明中微波处理的方法，能使物质分子发生高频振动，不仅产生了热量，促使温度升高，加热快速，而且增强了物质传递，也降低了反应活化能；

(2)  微波加热是基于分子振动，因此矿粉和溶液内外加热一致，大幅缩短了热传导时间，而且不会出现传统加热方式中加热不均的弊端；

(3)  微波加热高效节能，加热过程中除了被加热物料升温外，几乎无其它损耗；

(4) 超声波的空化作用使液体出现膨胀、压缩、溃陷等一些列动作，所产生化学效应和机械效应能够改善反应条件, 加快反应速度；

(5)  微波超声波能的产生和关闭是瞬时的，没有热惯性，安全可靠，便于自动化控制；

(6)  相比传统加热方式的酸浸反应，微波超声波条件下浸出时间更短，钾的浸出率得到提高。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明，但是此说明不会构成对本发明的限制。

实施例1

本发明实施例中的矿石是来自湖北宜昌夷陵地区的胶磷矿与钾长石共生的磷钾伴生矿，含K₂O 8.63%、P₂O₅ 6.63%、SiO₂ 55.48%、Al₂O₃ 13.42%、CaO 5.46%、Fe₂O₃ 3.84%、Na₂O 1.34%、MgO 1.13%规格的磷钾伴生矿。

1)   配料：取干燥的-180目磷钾伴生矿矿粉和助剂萤石混合均匀，然后加入磷酸浸泡，萤石的加入量为磷钾伴生矿矿粉质量的29%，磷酸质量百分比浓度为60%，其加入量为9mL/g磷钾伴生矿矿粉，得到混合物；

2)   微波浸出：将步骤1）混合均匀的混合物置于微波反应器中，采用2450MHz的微波辐照加热，微波总功率为440W，每隔30min补充水至原体积，反应时间6h，反应过程中测得反应温度为92~150℃；

3)   一次过滤：将步骤2）中获得的熟料取出，过滤得到一次滤渣和一次滤液； 

4)   水煮二次过滤：向步骤3）所得一次滤渣中加100mL水煮沸20min，冷却后过滤，得二次滤渣和二次滤液；

5)   混合浸出液：将步骤3）所得一次滤液和步骤4）所得二次滤液混合，即得含钾的浸出液。

检测结果表明，反应后钾的浸出率为97%；当采用常规加热方法，其他条件不变时，钾的浸出率只能达到40%，若需到达同等浸出效果，需要延长反应时间至2d。

实施例2

实施例中的矿石是来自湖北宜昌夷陵地区的胶磷矿与钾长石共生的磷钾伴生矿，含K₂O 8.63%、P₂O₅ 6.63%、SiO₂ 55.48%、Al₂O₃ 13.42%、CaO 5.46%、Fe₂O₃ 3.84%、Na₂O 1.34%、MgO 1.13%规格的磷钾伴生矿。

1)   配料：取干燥的-180目磷钾伴生矿矿粉和助剂萤石混合均匀，然后加入磷酸浸泡，萤石的加入量为磷钾伴生矿矿粉质量的29%，磷酸质量百分比浓度为60%，加入量为9mL/g磷钾伴生矿矿粉，得到混合物；

2)   超声波浸出：将步骤1）混合均匀的混合物置于电加热套加热，温度设为120℃，采用40kHz的超声波处理，超声波功率为500W，每隔30min添水，反应时间6h；

3)   一次过滤：将步骤2）中获得的熟料取出，过滤得到一次滤渣和一次滤液； 

4)   水煮二次过滤：向步骤3）所得一次滤渣中加100mL水煮沸20min，冷却后过滤，得二次滤渣和二次滤液；

5)   混合浸出液：将步骤3）所得一次滤液和步骤4）所得二次滤液混合，即得含钾的浸出液。

检测结果表明，反应后钾的浸出率为85%；当仅采用加热方法，其他条件不变时，钾的浸出率只能达到40%。

 

实施例3

本发明实施例中的矿石是来自湖北宜昌夷陵地区的胶磷矿与钾长石共生的磷钾伴生矿，含K₂O 8.63%、P₂O₅ 6.63%、SiO₂ 55.48%、Al₂O₃ 13.42%、CaO 5.46%、Fe₂O₃ 3.84%、Na₂O 1.34%、MgO 1.13%规格的磷钾伴生矿。

1)   配料：取干燥的-180目磷钾伴生矿矿粉和助剂萤石混合均匀，然后加入磷酸浸泡，萤石的加入量为磷钾伴生矿矿粉质量的30%，磷酸质量百分比浓度为65%，其加入量为15mL/g磷钾伴生矿矿粉，得到混合物；

2)   微波浸出：将步骤1）混合均匀的混合物置于微波反应器中，采用916MHz的微波辐照加热，微波总功率为900W，每隔30min补充水至原体积，反应时间20h，反应过程中测得反应温度为127℃；

3)   一次过滤：将步骤2）中获得的熟料取出，过滤得到一次滤渣和一次滤液； 

4)   水煮二次过滤：向步骤3）所得一次滤渣中加100mL水煮沸25min，冷却后过滤，得二次滤渣和二次滤液；

5)   混合浸出液：将步骤3）所得一次滤液和步骤4）所得二次滤液混合，即得含钾的浸出液。

检测结果表明，反应后钾的浸出率为97%。

 

实施例4：

实施例中的矿石是来自湖北宜昌夷陵地区的胶磷矿与钾长石共生的磷钾伴生矿，含K₂O 8.63%、P₂O₅ 6.63%、SiO₂ 55.48%、Al₂O₃ 13.42%、CaO 5.46%、Fe₂O₃ 3.84%、Na₂O 1.34%、MgO 1.13%规格的磷钾伴生矿。

1)   配料：取干燥的-180目磷钾伴生矿矿粉和助剂萤石混合均匀，然后加入磷酸浸泡，萤石的加入量为磷钾伴生矿矿粉质量的30%，磷酸质量百分比浓度为65%，加入量为15mL/g磷钾伴生矿矿粉，得到混合物；

2)   超声波浸出：将步骤1）混合均匀的混合物置于电加热套加热，温度设为127℃，采用22kHz的超声波处理，超声波功率为900W，每隔30min添水，反应时间20h；

3)   一次过滤：将步骤2）中获得的熟料取出，过滤得到一次滤渣和一次滤液； 

4)   水煮二次过滤：向步骤3）所得一次滤渣中加100mL水煮沸20min，冷却后过滤，得二次滤渣和二次滤液；

5)   混合浸出液：将步骤3）所得一次滤液和步骤4）所得二次滤液混合，即得含钾的浸出液。

检测结果表明，反应后钾的浸出率为88%。

 

实施例5

本发明实施例中的矿石是来自湖北宜昌夷陵地区的胶磷矿与钾长石共生的磷钾伴生矿，含K₂O 8.63%、P₂O₅ 6.63%、SiO₂ 55.48%、Al₂O₃ 13.42%、CaO 5.46%、Fe₂O₃ 3.84%、Na₂O 1.34%、MgO 1.13%规格的磷钾伴生矿。

1)   配料：取干燥的-180目磷钾伴生矿矿粉和助剂萤石混合均匀，然后加入磷酸浸泡，萤石的加入量为磷钾伴生矿矿粉质量的30%，磷酸质量百分比浓度为60%，其加入量为15mL/g磷钾伴生矿矿粉，得到混合物；

2)   微波浸出：将步骤1）混合均匀的混合物置于微波反应器中，采用916MHz的微波辐照加热，微波总功率为700W，每隔30min补充水至原体积，反应时间20h，反应过程中测得反应温度为120℃；

3)   一次过滤：将步骤2）中获得的熟料取出，过滤得到一次滤渣和一次滤液； 

4)   水煮二次过滤：向步骤3）所得一次滤渣中加100mL水煮沸25min，冷却后过滤，得二次滤渣和二次滤液；

5)   混合浸出液：将步骤3）所得一次滤液和步骤4）所得二次滤液混合，即得含钾的浸出液。

检测结果表明，反应后钾的浸出率为96%。

 

实施例6

实施例中的矿石是来自湖北宜昌夷陵地区的胶磷矿与钾长石共生的磷钾伴生矿，含K₂O 8.63%、P₂O₅ 6.63%、SiO₂ 55.48%、Al₂O₃ 13.42%、CaO 5.46%、Fe₂O₃ 3.84%、Na₂O 1.34%、MgO 1.13%规格的磷钾伴生矿。

1)   配料：取干燥的-180目磷钾伴生矿矿粉和助剂萤石混合均匀，然后加入磷酸浸泡，萤石的加入量为磷钾伴生矿矿粉质量的30%，磷酸质量百分比浓度为65%，加入量为15mL/g磷钾伴生矿矿粉，得到混合物；

2)   超声波浸出：将步骤1）混合均匀的混合物置于电加热套加热，温度设为90℃，采用30kHz的超声波处理，超声波功率为200W，每隔30min添水，反应时间24h；

3)   一次过滤：将步骤2）中获得的熟料取出，过滤得到一次滤渣和一次滤液； 

4)   水煮二次过滤：向步骤3）所得一次滤渣中加100mL水煮沸20min，冷却后过滤，得二次滤渣和二次滤液；

5)   混合浸出液：将步骤3）所得一次滤液和步骤4）所得二次滤液混合，即得含钾的浸出液。

检测结果表明，反应后钾的浸出率为80%。