专利名称：一种用微波技术提取秸秆中钾的方法
技术领域：
农作物生长过程中从土壤中吸取的钾肥，很大比例存在秸秆中。而秸秆作为农业生产的 一种废料，其中含有大量的钾资源有必要回收利用。本发明涉及的是对农作物废料秸秆中钾的回收方法。即在微波处理下秸秆中的r溶于溶浸液中，用离子交换树脂或无机离子交换剂吸 附提取液中的钾，选用盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等溶液淋洗解脱树脂或离子交换剂上的钾， 蒸发浓縮解脱液，结晶得到各种钾盐产品。本方法既可用于稻草、玉米、小麦秸秆中钾的提 取，又可用于竹子、树木类物质中钾的提取，同时用于造纸行业中，回收造纸所用木材、竹子、 秸秆等原料中的钾。
背景技术：
我国是个农业大国同时又是一个钾资源匮乏的国家,每年工农业生产所需的钾产品近500 万吨，其中50%从盐卤中提取，约一半需从国外进口。与此同时，施入土壤的钾肥被作物吸 收后，大部分富集在作物秸秆中，随着农作物的收割不断的被带走，造成土壤钾素逐渐亏缺， 施肥需求越来越大，已经成为限制我国农业生产持续稳定发展的重要因素之一。农作物秸秆，是常见的农业废弃物，具有分布广、资源量大的特点。具资料报道，稻秆、 麦秆和油菜秆中钾含量分别达到1.89%、 1.18 %和1.94%,甘薯、马铃薯秸秆含钾量可达3% 以上。目前秸秆中钾的回收利用技术主要有两种， 一种是燃烧后还田，虽能解决钾资源的回 收问题，但同时造成严重的环境污染；另一种是直接还田，由于秸秆中钾析出速度缓慢使得 其中钾不能很好被植物吸收，同时大量的秸秆直接还田，对土壤带来不良影响。有资料报道 将秸秆用作燃料的热化学转化中，秸秆中的钾、钠等碱金属将热解析出，造成受热面玷污、 污染以及炉内结渣、聚团等--系列问题，事先分离提取其中的钾等碱金属元素，对秸杆热化 学转化也是有利的。然而，从秸秆中提取钾技术未见报道。从秸秆的组织结构分析可知，秸秆中纤维素和木质素构成的复杂结构与纤维素和纤维素 之间形成的结晶性纤维素使得秸秆的破坏有一定难度。秸秆提钾技术的关键在f寻找有效的 处理秸秆的方法，最大限度合理有效的溶解秸秆中所含的钾。然而，在现有的国内外文献中 尚未见相关报道。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种能对秸秆中钾进行有效溶浸提取的方法。该方 法既可用于稻草、玉米、小麦秸秆中钾的提取，又可用于竹子、树木类物质中钾的浸提。对于由纤维素和木质素以及纤维素和纤维素之间形成的结晶性纤维素构成的结构相当稳 定秸秆，除可经常规的高温灰化处理使其结构破坏得到相应的无机金属离子外，试验显示， 通过一定的溶浸剂以微波消解形式，促使秸秆中钾溶解在溶浸剂中，可以达到破坏其原有组 织结构，从而使本发明所需的钾盐被溶解于溶浸液中而达到回收目的。溶浸剂可以是水或含 有无机酸或盐、有机试剂的水溶液。因此本发明采用能破坏秸秆结构的微波消解方法使其中钾溶于溶浸剂而达到提取钾的目的。可以实现本发明上述目的的而作为溶浸剂的无机盐或酸和/或有机类化合物成分很多，选 择时除考虑经济因素外，还以尽量避免或减少对环境造成污染的化合物为优选。本发明通过实验考察了水、硝酸、盐酸、高氯酸、等溶液对秸秆的增溶作用，本发明所 说的溶浸剂，对上述可供选用的多种溶浸剂成分，既可以只采用单--成分的组成形式，也可 以采用两种或多种成分混合组成的形式，可以根据秸秆具体成分和情况而定。试验显示，不 同的溶浸剂成分的溶浸效果上表现有所不同。水、硝酸、盐酸、等若干无机溶液对成都东郊 的稻草秸秆的增溶作用的试验显示，钾的溶出率均可达到85%以上，其中以水、硝酸的增溶 效果最好，分别达到89%和92%。由于硝酸具有氧化性，会加速植物纤维氧化溶解在溶浸剂中， 增加后期分离难度，且易腐蚀设备，对水而言，除具有良好的溶解性能外，还具有无毒、价 廉、对秸秆后期处理影响小的特点，是优良的溶浸剂。通过进一步实验室实验，提出了微波消解秸秆和离子交换提取钾技术路线及工艺条件，即 以水为溶浸剂，微波消解秸秆，阳离子交换树脂或无机离子交换剂提取钾。采用溶浸法提取秸秆钾时，温度(T)、秸秆破碎粒径、溶浸剂量、消解时间等条件均与秸 秆中钾溶解率有关。实验表明，随着温度升高，消解时间的增长，可以增大秸秆中钾的浸出 速度和浸出率，但同时也加大了秸秆中的纤维类物质溶出，这给后续的钾分离带来难度。适 宜温度和时间与秸秆组成及存放时间有关，对于稻草秸秆的消解，适宜消解条件为温度控制 在40 80'C，时间在2-IO分钟。可以理解，秸杆粉碎粒径对钾溶出影响较大，随着秸秆破 碎粒径降低，溶解速率与溶解率均提高。溶浸剂量-般控制在固液比l: 20至1: 80之间， 其中以l: 25效果最佳。溶浸剂量过低，钾浸出率降低，并且得到的浸出液中纤维类物质浓 度较大，导致液相粘度过大，对后续离子交换吸附分离不利；溶浸剂量过多，增加了离子交 换吸附处理量。实验显示，本发明的溶浸方法在上述条件范围内，秸秆中钾的浸出率达90% 以上，提取液经树脂分离富集后结晶得到的钾盐产品中K20含量达45M以上。
说明书附图为用微波法提取秸秆中钾的工艺流程图。提取液经交换吸附分离、浓縮结晶、 分离制得钾产品。液相2根据其中钾浓度高低可以分别返回到淋洗工序和浓缩结晶工序。
具体实施例方式卖例l本例用成都东郊秸秆为原料，秸秆中K含量为3.2。/。。取秸秆100g,粉碎至200目，加蒸 馏水2500ml微波消解，消解时间3分钟，消解液中钾浸出率卯.6%。提取液经离子交换树脂 富集、蒸发浓缩、得到钾盐纯度为45.3% (K20)。实例2本例用成都西郊秸秆为原料，秸秆中K含量为2.8。/。。取秸秆200g，粉碎至120目，加蒸 馏水5000ml微波消解，消解时间3分钟，消解液中钾含量89.3%。提取液经离子交换树脂富 集、蒸发浓縮、得到钾盐纯度为45.1% (K20)。
权利要求
1. 对秸秆中钾的微波消解溶浸析出方法，对破碎后的秸秆用溶浸剂进行溶浸处理后，用阳离子交换树脂或无机离子交换剂富集分离其中的钾，并用含有Cl-、或NO3-、SO42-的水溶液淋洗解脱，解脱液经蒸发浓缩结晶得到KCl、KNO3或K2SO4产品。
2. 如权利要求1所述的对秸秆中钾的溶浸析出方法，其特征溶浸剂为水溶液，采用方法为 微波消解。
3. 如权利要求2所述的对秸秆中钾的溶浸析出方法，其特征是说微波消解时间为2-30分钟。
4. 如权利要求2所述的对秸秆中钾的溶浸析出方法，其特征是说秸秆与水的固液比为1: 20 1: 80。
5. 如权利要求1至5所述的对秸秆中钾的溶浸析出方法，其特征是说先对秸秆粉碎至40-200 目，再用水微波消解。
6. 如权利要求i所述的对树脂吸附的钾采用5y。-2on/。含有cr、或No:r、 so42—的水溶液解脱。
7. 如权利要求1至6所述的对秸秆中钾的溶浸析出方法，其特征是说对溶浸液用阳离子交 换树脂或无机离子交换剂吸附分离富集其中的钾。
全文摘要
本发明涉及的是一种从秸秆中提取钾的方法，采用水为溶浸剂，利用微波技术破坏秸秆纤维组织结构，使秸秆中钾以离子形式析出，用阳离子交换树脂或沸石等离子交换剂吸附分离浸出溶液中的钾，采用盐酸、硫酸或硝酸等溶液解脱，解脱液经蒸发浓缩结晶得到相应的氯化钾、硫酸钾、硝酸钾等钾盐产品。实验结果显示秸秆中钾的提取率可达70％以上，溶浸液中钾的浓度可达3.6g/l，本方法也适用于小麦、玉米、竹子、树木等类似物质中钾的提取。
文档编号C01D13/00GK101229922SQ20071004831
公开日2008年7月30日 申请日期2007年1月23日 优先权日2007年1月23日
发明者毅 冯, 唐明林, 安莲英 申请人:成都理工大学