专利名称：一种从伴生明矾石矿尾矿提取铝钾产品的方法
技术领域：
本发明属资源领域，针对我国钾资源一方面比较贫乏，而另一方面有些企业却存有大量含钾伴生明矾石矿尾矿遭闲置这一矛盾，提出了一种新型的酸熔-水浸处理工艺，大幅提高了 Al和K的浸取率。并通过分步结晶法，分别得到了纯度较高的水合硫酸铝和明矾晶体，实现了铝、钾产品的初步分 离。
背景技术：
我国的钾资源比较贫乏(仅为世界资源总量的5%)，而其中的可溶性钾资源更是严重短缺。多年来，由于可溶性钾资源相对较低的开采成本而导致的大量开发，已造成我国可溶性钾资源日渐枯竭，因此，加大不溶性钾资源的开发力度，已刻不容缓。明矾石是一种重要的不溶性钾盐矿物，不溶于水，亦几乎不溶于盐酸、硝酸、氢氟酸和氨水，但能溶解于氢氧化钠、氢氧化钾和浓热的硫酸或高氯酸中。在我国，明矾石以共、伴生的形式赋存于多种矿物中。目前，国内有关原生明矾石矿的研究报导较多且有的已得到工业化应用，但对伴生明矾石矿尾矿开发利用的报导还较少。与明矾石矿的碱法工艺相比，其酸法工艺具有不存在铝硅分离、工艺简单、钾和铝可一起溶出、钾盐和铝盐易形成明矾从溶液中结晶出来以及结晶明矾的母液可循环使用等优点，更符合当前有关环保法规的要求。基于此点，再结合伴生明矾石矿尾矿通常硅含量较高的特性，本发明，提出了一种新型酸熔-水浸工艺处理伴生明矾石矿尾矿，大幅提高了 Al和K的浸取率。经低温酸强化焙烧，90°C水浸处理后，Al和K的浸取率分别达到了 94. 6%和92. 9%。该结果优于常规焙烧-酸浸工艺，且降低了能耗和酸耗。另外，本发明还通过分步结晶法分别得到了纯度较高的水合硫酸铝和明矾晶体，初步实现了铝、钾分离。
发明内容
本发明针对国内伴生明矾石矿尾矿凾需高值化利用这一重大需求，提出了一种利用酸熔-水浸工艺从伴生明矾石矿尾矿提取铝钾产品的新方法。该方法的工艺路线如下将伴生明矾石尾矿与低浓度酸溶液(酸浓度< 35% )在磁舟中以低液固比(彡5 I)混合均匀，放入马弗炉中低温下((3600C )焙烧相应时间(彡6小时)。取出自然冷却至室温，然后加入与焙烧前矿样按液固比I : I比例所需的去离子水，静置结晶。将沿磁舟壁生长的结晶体(一次结晶，高纯度水合硫酸铝)收集后，将剩余的渣，按一定液固比12 : I)与去离子水混合，90°C水浴中搅拌处理后，过滤。分析滤渣中钾、铝的含量，计算浸取率。将酸熔-水浸处理后所得滤液倒入结晶器中，室温静置结晶，取出晶体后(二次结晶，高纯度明矾)，将剩余母液倒入烧杯中，蒸发到一定体积，再转入结晶器中，室温静置结晶(三次结晶，主要成分为水合硫酸铝)。上本发明的优选工艺参数如下(I)酸熔焙烧时酸的浓度为10% -35%(2)酸熔焙烧温度为260_360°C，时间为1_6小时
(3)酸熔焙烧时液固比为I : 1-5 : I(4)酸熔焙烧后、加水第一次析晶后所剩的渣，水浸处理时的液固比为5 1-12 I(5)室温静置结晶时间一般为12-48小时(6)水浸处理完，二次析晶后的母液，蒸发结晶时，所留溶液体积按与原矿液固比I 1-4 I 处理本发明的更优选工艺参数如下(I)酸熔焙烧时酸的浓度为15% -30% (2)酸熔焙烧温度为280_320°C，时间为3-5小时(3)酸熔焙烧时液固比为I : 1-3 : I(4)第一次析晶后所剩渣，90°C水浸处理时的液固比为6 1-10 I(5)室温静置结晶时间为24-36小时结晶体样品的分析结果表明第一次结晶样品的X光衍射图(XRD)仅出现Al2(SO4)3* 17H20晶体的衍射峰。同时，其X射线荧光光谱分析结果显示，该样品的K含量很低。因此，第一次结晶体应为纯度较高的Al2(SO4)3 · 17H20样品。第二次结晶样品的XRD谱图中Al (SO4)2 ·12(Η20)晶体的衍射峰很强。同时，其X射线荧光光谱分析结果显示，该样品的Α1、Κ含量接近。因此，第二次结晶体应为纯度较高的KAl (SO4)2 · 12 (H2O)样品。第三次结晶样品的XRD谱图中Al2(SO4)3 · 17Η20晶体的衍射峰很明显，同时，KAl (SO4)2 · 12 (H2O)晶体的衍射峰也可观察到，该样品X射线荧光光谱分析结果显示，该样品的Al含量较前两次要低，但K含量较第一次结晶的要高。因此，该结晶体应为含有少量明矾的水合硫酸铝样品O
图I是伴生明矾石矿尾矿X光衍射图(XRD)。图2是第一次结晶体X光衍射图(XRD)图3是第一次结晶体实物照片图4是第二次结晶体X光衍射图(XRD)图5是第二次结晶体实物照片图6是第三次结晶体X光衍射图(XRD)图7第三次结晶体实物照片
具体实施例方式下面通过实施例进一步描述本发明的特征。实施例I :将伴生明矾石尾矿与20%硫酸溶液按液固比2 I混合，放入马弗炉中300°C焙烧3h。取出自然冷却至室温后，加入与焙烧前矿样按液固比I : I比例所需的去离子水，静置结晶36h。将得到的结晶体(其XRD谱图、实物照片及XRF分析结果分别见图2、图3及表一)收集后，将剩余的渣，按液固比8 I的比例与去离子水混合，90°C水浴中搅拌处理3h，过滤。将酸熔-水浸处理后所得滤液倒入结晶器中，室温静置结晶24h，取出晶体(其XRD谱图、实物照片及XRF分析结果分别见图4、图5及表一)后，将剩余母液倒入烧杯中，蒸发到一定体积，再转入结晶器中，室温静置结晶。结晶体的XRD谱图、实物照片及XRF分析结果分别见图6、图7及表一。实施例2 同实例1，将 20%硫酸溶液换为30%硫酸溶液，也可分三步得到与实施例I类似的三种晶体。同时，Al和K的浸取率均略有提高。实施例3:同实例1，将酸熔焙烧温度由300°C降到280°C，与实施例I相比，第一次结晶体重量降低10%，二、三次也结晶重量无明显差异。同时，Al浸取率不变，K浸取率略有降低。实施例4 同实例1，将第一次结晶收集后剩余渣进行水浸处理时液固比由8 : I降为6 : I后，与实施例I相比，第二次结晶重量降低了 15%，第三次结晶体重量无明显差异。同时，Al、K浸取率均略有降低。表一、不同结晶体X射线荧光光谱(XRF)分析结果
I笛_■半夕士曰I 笛—JKZcb曰笛二半社曰
^口日曰$_口日日口日日
Al2 ( S O4 )317 H2 OKAl ( SO4 )2 12 ( H2O )Al2 ( S O4 )3 17 H2 O
ICAl(SO4)2 12 (II2O)
Al2O3 22.5020.8616.96
K2O (U820.79L50
SO3 74.2155.8474.50
SiO2 0.0850.102QM
Fe2O3 L470923^84
CaO 023032040
"Others 1.03— 1.1682.24—
权利要求
1.一种从伴生明矾石矿尾矿提取铝钾产品的方法，其特征在于以现有大量闲置伴生明矾石矿尾矿为矿源，通过低能耗的酸熔-水浸工艺及分步结晶工艺，高效、清洁提取其中高价值铝钾产品，以< 35%的低浓度酸，在< 360°C的低温下酸强化焙烧矿样，冷却至室温后，加入去离子水，静置结晶，将所得高纯度水合硫酸铝晶体收集后，剩余渣相，在60-90°C水浸处理，然后过滤、水洗，所得滤液转入结晶器中，静置结晶，取出高纯度明矾晶体后，将剩余母液倒入烧杯中，蒸发到一定体积，再转入结晶器中，静置结晶，得到主要成分为水合硫酸招的晶体。
2.根据权利要求I所述一种从伴生明矾石矿尾矿提取铝钾产品的方法，其特征在于酸熔焙烧时酸的浓度为15% -30%。
3.根据权利要求I所述一种从伴生明矾石矿尾矿提取铝钾产品的方法，其特征在于酸熔焙烧温度为280-320°C，时间为3-5小时。
4.根据权利要求I所述一种从伴生明矾石矿尾矿提取铝钾产品的方法，其特征在于酸熔焙烧时液固比为I : 1-3 : I。
5.根据权利要求I所述一种从伴生明矾石矿尾矿提取铝钾产品的方法，其特征在于酸熔焙烧后、取出水合硫酸铝晶体后，所剩的渣，水浸处理时的液固比为6 1-10 I。
6.根据权利要求I所述一种从伴生明矾石矿尾矿提取铝钾产品的方法，其特征在于室温静置结晶时间一般为24-36小时。
7.根据权利要求I所述一种从伴生明矾石矿尾矿提取铝钾产品的方法，其特征在于水浸处理完，取出明矾晶体后，所剩结晶母液，蒸发结晶时，所留溶液体积按与原矿液固比1:1-3:1 处理。
8.根据权利要求I所述一种从伴生明矾石矿尾矿提取铝钾产品的方法，其特征在于酸熔焙烧时所用酸为硫酸。
全文摘要
本发明针对国内企业伴生明矾石矿尾矿铝钾含量较高，物相组成简单，且主要杂质为SiO2的特点，提出了一种新型酸熔-水浸方法处理该矿以提取高价值铝钾产品。矿样经低温酸强化焙烧、90℃水浸处理后，Al和K的浸取率分别达到了94.6％和92.9％，显示了较好的工业应用前景。并通过分步结晶法，分别得到了纯度较高的水合硫酸铝和明矾晶体，实现了铝、钾产品的初步分离。
文档编号C01F7/76GK102659156SQ20121011650
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者余志辉, 初景龙, 曲景奎, 王丽娜, 秦鸣, 薛天艳, 赵伟, 黎少华, 齐涛 申请人:中国科学院过程工程研究所