利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸钾的方法

专利名称：利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸钾的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸钾的方法。
背景技术：
我国的水溶性钾盐资源十分缺乏，为了解决农用钾肥严重不足的问 题，国家重点开发青海察尔汉盐湖的水溶性钾盐，每年还要从国外进口 大量的氯化钾，但仍然不能完全满足国内需求。而我国的非水溶性钾矿 资源丰富，富钾岩石种类主要有正长岩、霞石正长岩、富钾火山岩、伟 晶岩、富钾页岩、富钾板岩等。据估计，全国非水溶性钾矿资源总量超
过200亿吨。因此，利用富钾岩石制取农用矿物基硝酸钾技术实现工业 化生产，必将会对我国农业的可持续发展产生深远影响。
国外发达国家(如加拿大、法国、德国等)的水溶性钾盐资源丰富， 因而对利用非水溶性钾矿制取钾肥的研究鲜见报道。日本曾采用高温高 压碱溶法分解钾长石，印度也曾采用高温焙烧硫酸法分解钾长石制取硫 酸钾，但都未实现工业化生产。迄今只有俄罗斯(前苏联)成功地开发出 利用霞石精矿生产氧化铝，副产硅酸盐水泥和碳酸钾工艺，并实现了规 模化工业生产。
我国利用非水溶性钾矿提取钾盐的研究始于上世纪五十年代末，近 十余年来相关的研究工作日益受到关注。目前，国内利用非水溶性钾矿 制取钾肥或钾盐主要采用煅烧法或烧结法、水热化学法等。
1、 煅烧法或烧结法
该法研究是将富钾岩石与其它配料在高温下煅烧，使钾长石结构破 坏而生成水溶性钾盐。其中碱溶法占主导地位，是用钾长石类矿物与碱 (NaOH,Na2C03)或CaC03在高温下共熔，熔渣用水浸，溶解出的偏铝酸 钾，经碳化反应而制得K2C03和Al(OH)3。
化工部矿山设计研究院曾采用钾长石与石灰石混合，在133(TC下 熔融，熟料磨细后浸取含钾溶液制取K2C03，剩余废渣用于制水泥。也 有人将钾长石、石灰石或白云石、萤石、焦炭混合，在1200 1300°C
下熔融，制得钙镁磷钾肥。
2、 水热化学法
基本原理是采用酸碱在溶液中分解钾长石，使其中的钾转化为水溶性钾盐。长沙化工矿山设计研究院曾采用H2S04和助剂，在10(TC下分
解钾长石，提取硫酸钾，助剂回收后重复利用。也有采用强酸浸取法，
在H^04存在下，利用HF将钾长石中的钾溶出，制取钾盐。

发明内容
本发明的目的是提供一种产品加工成本低、原料来源广泛、便于实 施推广的利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸钾的方法。该方法是采用水 热法工艺，可使钾长石等非水溶性钾矿中的钾转变为水溶性钾，制成硝 酸钾，再与水热合成的雪硅钙石粉体进行化学复合，制取农用矿物基硝 酸钾。其工艺过程可实现钾长石资源全部利用，将为缓解我国水溶性钾 盐资源严重短缺的问题提供新的技术途径。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案。
1、 一种利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸钾的方法，该方法包括
下列步骤
第一步骤，富钾岩石经破碎、选矿除杂后粉磨，制得粒度为-300目 >卯％粒级的钾长石粉体；
第二步骤，按钾长石粉体石灰质量比为1: 0.80 0.85的比例配料， 放入高压釜中，加入水，使固液质量比在l: 15 25，并搅拌混合均匀；
第三步骤，将反应釜密封，形成密闭环境，在180 25(TC并在搅拌
条件下进行水热反应，恒温5 10小时；
第四步骤，反应产物经过滤分离，液相为KOH溶液，固相为雪硅钙 石滤饼；
第五步骤，以所制得的KOH溶液与硝酸中和，制备硝酸钾； 第六步骤，将制备的硝酸钾溶液浓縮，与第四步骤得到的雪硅钙石均 匀混合；或者将制备的硝酸钾溶液浓縮，外加硝酸钾饱和溶液，与第四 步骤得到的雪硅钙石进行化学复合，以调控最终产品的KNCb养分含量 的质量的百分比在22.0 58.6%范围；
第七步骤，所得浆料经蒸发水分后，添加粘结剂造粒后干燥，即制 得农用矿物基硝酸钾产品。
本发明中的富钾岩石为富含钾长石的各类岩石，包括正长岩、霞石 正长岩、伟晶岩、富钾火山岩、富钾页岩、富钾板岩等。富钾岩石破碎 后，采用常规方法如磁选、摇床重选等方法选矿，得到以钾长石为主要 物相的粉体，要求粉体粒度为-300目>卯％。
在本发明的方法中，所述的原料石灰为工业级石灰；硝酸为工业级硝酸，浓度为65-85% (质量百分比)；硅酸钾为工业级硅酸钾。 在所述第三步骤中，搅拌速率为300 400r/min。 在所述第五步骤中，KOH溶液与硝酸中和至溶液pH值达到中性。 在所述第四步骤中，将固液分离得到的雪硅钙石滤饼进行洗涤，洗
涤至洗涤液的pH值为9.5 9.0。
在所述第七步骤中，所添加粘结剂为硅酸钾，其用量占浆料蒸发水
分后的固体总质量的1-2%;干燥温度为11(TC。 本发明的方法具有以下特点
(1) 日本曾有人采用NaOH-Ca(OH)2混合液高压萃取钾长石中的钾， 虽然可获得较高的K20溶出率，但因反应后滤液中含有大量Na+，为 了制得钾盐产品，必须进行钾钠分离，工艺复杂，且成本较高。本工艺 中配料只采用石灰(CaO)，不仅可使分离提纯工序得到简化，易获得较 纯的钾盐产品，且工艺流程简单，生产成本显著降低。
(2) 国内前人也曾采用石灰水热法在130 25(TC下反应分解富钾岩 石，虽然不用搅拌，但需要不断向高压釜中通入高压蒸气，且氧化钾的 溶出率平均只有约62%，反应后产生的大量废渣无法利用。本工艺中 氧化钾的溶出率平均达90%以上。
(3) 本工艺的固相反应产物是由雪硅钙石晶体形成的纤维状空心球 形团聚体，可作为无机缓释剂载体材料，与钾盐复合后制成农用矿物基 硝酸钾，对钾、氮等养分可起到明显的吸附缓释作用。
(3)本发明是一种钾氮硅钙高效复合肥生产工艺，富钾岩石分解后 的硅铝组分直接制成无机缓释剂载体材料，对钾氮养分可以起到缓释作 用，达到肥料的高效利用。且钾资源利用率高，工艺过程无"三废"排放， 符合"清洁生产"要求。


图1为利用富钾岩石制取农用矿物基硝酸钾的工艺流程图。
具体实施例方式
利用富钾岩石制取农用矿物基硝酸钾的工艺流程如图1所示。 实施例1
富钾岩石原料河南卢氏县某地白云母正长岩，化学成分如下(％):
Si02 Ti02 A1203 Fe203 FeO MnO MgO CaO Na20 K20 P205 烧失量总量 58.01 0.93 17.87 3.93 0.32 0.02 0.30 1.06 0.28 14.69 0.09 1.82 99.32 按照全岩化学成分与X射线粉晶衍射分析结果，该白云母正长岩
的物相组成为微斜长石85.5%，白云母7.6%，榍石2.4%,磁铁矿1.1%，赤铁矿2.7%，磷灰石0.2%。
实验过程如下
(1) 将白云母正长岩粉磨至-300目>卯％粒级，按照钾长石粉体石
灰为1: 0.83的质量比配料，取钾长石粉体300g，石灰249g，按水固
质量比20: l加入到反应釜中，充分搅拌均匀；
(2) 将反应釜密封，以400r/min的速率搅拌，升温至23(TC恒温，
进行水热分解-合成反应，反应时间8h;
(3) 待反应釜冷却后，将料浆取出，并清洗釜壁。然后将产物置于 真空抽滤机上进行固液分离，获得滤液9.17L。固相为雪硅钙石滤饼， 并将雪硅钙石滤饼洗涤至洗涤液的pH值为9.5 9.0。
(4) 用火焰光度计法测定溶液中钾的浓度，换算为K20浓度为 4.21g/L，相当于白云母正长岩矿石中K20的提取率为87.6%。
(5) 向滤液中加入工业级硝酸，至pH值为7左右，蒸发浓縮后与合 成的雪硅钙石(即第(3)步骤得到的洗涤后的雪硅钙石)复合，得到浆 料。
(6) 第(5)步骤得到的浆料经控制水分蒸发后得到粉体物料，向所得 粉体物料中添加1.5%(质量百分比)的硅酸钾粘结剂进行造粒，在110 "下干燥，制得农用矿物基硝酸钾制品600.7g。经化学成分测定，制品 中的KNOs含量为22.9% (质量百分比)。
实施例2
为了得到高含量KN03的制品，采用和实施例l相同的原料，实验 过程和实施例1的第(l涉骤-第(5)步骤相同，在完成第(5)步骤后，向步 骤(5)所得浆料加入硝酸钾饱和溶液，至雪硅钙石全部吸附为止，然后 进行和实施例1的相同的步骤(6)所述的造粒、干燥过程，制得矿物基 硝酸钾制品636.4g。经测定，所得制品中的KN03含量为58.6% (质量 百分比)。
权利要求
1、一种利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸钾的方法，其特征在于该方法包括下列步骤第一步骤，富钾岩石经破碎、选矿除杂后粉磨，制得粒度为-300目>90％粒级的钾长石粉体；第二步骤，按钾长石粉体石灰质量比为10.80～0.85的比例配料，放入高压釜中，加入水，使固液质量比在115～25，并搅拌混合均匀；第三步骤，将反应釜密封，形成密闭环境，在180～250℃并在搅拌条件下进行水热反应，恒温5～10小时；第四步骤，反应产物经过滤分离，液相为KOH溶液，固相为雪硅钙石滤饼；第五步骤，以所制得的KOH溶液与硝酸中和，制备硝酸钾；第六步骤，将制备的硝酸钾溶液浓缩，与第四步骤得到的雪硅钙石均匀混合；或者将制备的硝酸钾溶液浓缩，外加硝酸钾饱和溶液，与第四步骤得到的雪硅钙石进行化学复合，以调控最终产品的KNO3养分含量的质量的百分比在22.0～58.6％范围；第七步骤，所得浆料经蒸发水分后，添加粘结剂造粒后干燥，即制得农用矿物基硝酸钾产品。
2、 根据权利要求1所述的利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸钾的方法，其特征在于所述的富钾岩石为富含钾长石的各类岩石，是正长岩、霞石正长岩、伟晶岩、富钾火山岩、富钾页岩和富钾板岩中的一种 或几种。
3、 根据权利要求1或2所述的利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸钾的方法，其特征在于在所述的第一步骤中，所述的选矿为常规方法中的磁选或摇床重选方法。
4、 根据权利要求1或2所述的利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸钾的方法，其特征在于所述的原料石灰为工业级石灰；硝酸为65-85%的质量百分比浓度的工业级硝酸；硅酸鉀为工业级硅酸钾。
5、 根据权利要求1或2所述的利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸 钾的方法，其特征在于在所述第三步骤中，搅拌速率为300 400r/min。
6、 根据权利要求1或2所述的利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸 钾的方法，其特征在于在所述第五步骤中，KOH溶液与硝酸中和至 溶液pH值达到中性。
7、 根据权利要求1或2所述的利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸钾的方法，其特征在于在所述第四步骤中，将固液分离得到的雪硅钙石滤饼进行洗涤，洗涤至洗涤液的pH值为9.5 9.0。
8、根据权利要求1或2所述的利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸钾的方法，其特征在于在所述第七步骤中，所添加粘结剂为硅酸钾，其用量占浆料蒸发水分后的固体总质量的1-2%;干燥温度为ll(TC。
全文摘要
一种利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸钾的方法。是将富钾岩石破碎，经选矿除杂后粉磨，得到以钾长石为主要物相的粉体。按钾长石粉体∶石灰为1∶0.80～0.85的质量比混合，按固液质量比为1∶15～25加入水，将反应物料置于反应釜中搅拌混合，在180～250℃，并在搅拌条件下进行水热反应，恒温反应5～10小时，得到KOH稀溶液和雪硅钙石。以所得KOH溶液制备硝酸钾，再与雪硅钙石复合，添加粘结剂造粒、成型，即制得一种新型农用矿物基硝酸钾，其KNO₃养分的含量可在22.0～58.6％范围内调控。
文档编号C05D1/00GK101450874SQ200710178440
公开日2009年6月10日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日
发明者辉 彭, 戚洪彬, 王英滨, 红 郑, 雁 郑, 马鸿文 申请人:中国地质大学(北京)