专利名称：利用明矾石生产明矾的方法
利用明矾石生产明矾的方法技术领域
本发明属于明矾生产领域，尤其涉及一种利用明矾石生产明矾的方法。
背景技术：
明矾石是非水溶性的钾铝硫酸盐矿物，要对矿石焙烧(脱水、热解或还原热解)，使其矿石结构发生变化，提高化学反应性能，然后进行湿法加工，即矿石焙烧及熟料浸取是明矾石综合利用的各种工艺技术路线的基本加工方法。
脱水反应2KA13 (SO4)2 (OH) 6 = K2SO4 · Al2 (SO4) 3 + 2A1203 + 6H20(I) 热解反应 K2SO4 · Al2 (SO4) 3 = K2SO4 + A1203+3S03 (2) 还原反应 K2SO4 · Al2 (SO4) 3 + 3C0 = K2SO4 + Al2O3 + 3S02 + 3C02 (3) 利用明矾石生产明矾的方法，矿石焙烧脱水工艺是关键技术。
I克分子钾明矾石K2SO4 · Al2 (SO4) 3 · 4A1 (OH) 3脱水反应获得I克分子无水明矾 K2SO4 · Al2 (SO4) 3。而脱水反应产生的另外2克分子Al2O3要用硫酸法转换成硫酸铝，加入硫酸钾生成钾明矾。否则2克分子Al2O3留在浸出渣里。
现有“水浸法”生产明矾的方法，主要工序为选用明矾石块矿、矿石焙烧、泼水风化、加温溶出、明矾结晶。矿石焙烧采用立式煤窑炉焙烧，矿石品位50%左右，块矿5 — 15cm，煤炭矿石比1:20，焙烧温度550 — 700 °C，焙烧时间3— 4天。该方法存在以下主要问题(I)、矿石资源利用率低。矿石总损失率为49. 16%。
(2)、明矾产量低。明矾石矿石品位为51. 79%，用3. 32吨矿石生产I吨明矾，矿石出矾率为30. 12%，矿石品位回收率为50. 84 %。
(3)废渣废气多。生产I吨明矾，产生炉灰O. 15吨、矾浆0.82吨、矾渣I. 82吨、 帆烟O. 18万m3。
(4)明矾生产周期长、能耗高。明矾生产周期100 — 120天，其中，矿石焙烧3 — 4天,泼水风化80 — 100天，明帆结晶15 — 18天。生产I吨明帆能耗为煤炭451kg,电 241Kw · h ο
产生上述问题的主要原因一是焙烧工艺不合理(脱水率过低“夹生”、分解率偏高 “过烧”、Al2O3相变“烧死”)、矿石中Al2 O3未被充分利用、溶出率偏低。二是水解反应产生不溶物，混入矾浆、矾渣中引起Al2O3损失。三是浸出液中K2SO4Al2(SO4)3比例不平衡，影响明矾结晶率。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用明矾石矿粉生产明矾的方法，该方法能缩短明矾生产周期、提高资源利用率、降低生产成本、节能减排、保护环境，以克服现有 “水浸法”生产明矾的方法存在的上述主要问题。
本发明所采用的技术方案是采用明矾石矿粉微波焙烧脱水硫酸法生产明矾，具体包括如下实施步骤(1)、选用明矾石矿粉将明矾石矿破碎、磨细或浮选获得明矾石矿粉，矿石品位> 45%，矿粉细度80— 200目 (O.175-0. 074mm)；(2)、矿粉微波焙烧脱水将矿粉用微波热工设备焙烧脱水，矿石熟料脱水率> 90 %，分解率<5 %，Al2O3溶出率彡90% ；(3)、硫酸溶液浸取溶出，过滤分离将脱水明矾石(熟料)用硫酸溶液浸取溶出，保温过滤，固液分离，浸出渣用热水洗涤， 洗液并入浸出液，其中，液固比(硫酸溶液/脱水明矾石，重量比)为3— 8，硫酸(100%)用量为理论量的100—130%，浸取溶出温度彡90°C，浸取溶出时间彡O. 5h ；(4)浸出液蒸发浓缩，降温冷却明矾结晶将浸出液加温蒸发浓缩，降温冷却明矾结晶，结晶母液返回浸取溶出，循环利用；明矾原液温度彡80°C，明矾原液浓度彡25 %，冷却终止温度彡250C ；其中，浸出液中加入硫酸钾，全部生成钾明矾，硫酸钾用量为理论量的100 — 120% ;浸出液中不加入硫酸钾，生成钾明矾联产硫酸铝。
优选方案是所述步骤(I)中，矿石品位为50%_65% ;所述步骤(2)中，微波热工设备的微波频率为2450MHz，微波辐射时间> lOmin，矿石熟料脱水率为95 — 99 %，分解率为 2 — 5 %, Al2O3溶出率为90 — 95% ;所述步骤(3)中，浸取溶出温度为90 — 100°C，浸取溶出时间为O. 5 — 3. Oh ;所述步骤(4)中，明矾原液温度为80— 95 °C，明矾原液浓度为25— 28%，冷却终止温度为15 — 25°C。
本发明的有益效果本发明同现有“水浸法”立式煤窑炉炼矾技术比较，具有以下优点一是采用微波热工设备代替立式煤窑炉进行明矾石焙烧脱水，焙烧温度均匀，温度可调可控，焙烧时间短，明矾生产周期从现有“水浸法”的100 — 120天缩短为3 — 5天，并且可连续生产，不存在矿石脱水率过低“夹生、分解率偏高“过烧”、Al2O3相变“烧死”，提高矿石的利用率，增加明矾产量，矿石总损失率从现有“水浸法”的49 %降为29 %，矿石品位回收率从现有“水浸法”50%左右提高到70%以上。并且，微波热工设备与现有立式煤窑炉比较，节省能源，降低生产成本，减少废渣废气，保护环境。
二是合理选择脱水明矾石(熟料)的浸取介质，采用硫酸溶液浸取溶出代替“水浸法”用水浸取溶出。
首先，硫酸溶液浸取使明矾石脱水反应产生的另外2克分子Al2O3转换成硫酸铝， 矿石中的Al2O3被充分利用,溶出率闻。具体如下(1)硫酸法，浸出液中加入硫酸钾，生成3克分子钾明矾。
K 2S04 ·Α12 (SO4)3 + 2Α1203 + 6H2S04 +2K2S04 + 66H20 = 3K2S04 .Al2 (SO4) 3 ·24Η20(2)硫酸法，浸出液中不加入硫酸钾，生成I克分子钾明矾联产2克分子硫酸铝。
K 2S04 · Al2 (SO4) 3 + 2A1203 + 6H2S04 +54H20= K2SO4 · Al2 (SO4) 3 · 24H20 + 2A12 (SO4) 3 · 18H20而(3) “水浸法”，生成I克分子钾明矾，2克分子Al2O3留在浸出渣里。CN 102910660 A书明说3/4页
K2SO4 · Al2 (SO4) 3 + 2A1203 + 24H20= K2SO4 · Al2 (SO4) 3 · 24H2 O + 2A1203其次，“水浸法”泼水风化工序时间长，需80—100天，而硫酸浸取溶出时间仅为O. 5—3.Oh,大大缩短生产周期。
图I是本发明一种实施例的工艺流程示意图。
具体实施方式
实施例I本实施例具体实施方式
包括如下步骤(I)、选用明矾石矿粉将明矾石矿破碎、磨细或浮选获得明矾石精矿。矿石品位为50—65%，矿粉细度为80 — 200 目(O. 175 一 O. 074mm)ο
(2)、矿粉微波焙烧脱水将矿粉用微波热工设备焙烧脱水，微波频率为2450MHz，微波输出功率为I. 0—5. OKff, 微波辐射时间为10 — 60min，矿石熟料脱水率为95— 99 %，分解率为2— 5 %，Al2O3溶出率为90— 95 %。
(3)、硫酸溶液浸取溶出，过滤分离将脱水明矾石(熟料)用硫酸溶液浸取溶出，保温过滤，固液分离，浸出渣用热水洗涤， 洗液并入浸出液，其中，液固比(硫酸溶液/脱水明矾石，重量比)为3— 8，硫酸(100%)用量为理论量的100—130%，浸取溶出温度为90— 100°C，浸取溶出时间为O. 5—3. Oh。
(4)、浸出液蒸发浓缩，降温冷却明矾结晶将浸出液加温蒸发浓缩，降温冷却明矾结晶，结晶母液返回浸取溶出，循环利用，明矾原液温度80— 95°C，明矾原液浓度25— 28 %，冷却终止温度15 — 25°C。
其中，浸出液中加入硫酸钾，全部生成钾明矾，硫酸钾用量为理论量的100— 120%。浸出液中不加入硫酸钾，生成钾明矾联产硫酸铝。
实施例2本实施例步骤同实施例I。选用浮选的明矾石精矿(矿石中明矾石Al20316. 53%，地开石 Al20312. 56 %，合计Al20329. 09 %)。矿粉细度200目(O. 074mm)左右。明矾石矿粉用量100 克，矿粉通过微波焙烧脱水，微波辐射时间30min。脱水明矾石(熟料)用硫酸(98%) 40ml, 加热水500克，加温浸取溶出，浸取溶出温度100°C，浸取溶出时间2. Oh。保温过滤，固液分离。浸出洛用热水洗涤，洗液并入浸出液。浸出液中加入硫酸钾42克，搅拌溶解。浸出液加温蒸发浓缩，至明矾原液浓度26%左右，降温冷却明矾结晶，冷却终止温度20°C，获得钾明矾205克，结晶母液循环利用。
实施例3本实施例步骤及实验条件同实施例2。浸出液中不加入硫酸钾，获得钾明矾/硫酸铝 142克，其中钾明矾40克。结晶母液循环利用。
最后，还需要注意的是，以上例举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多更改和变化。本领域的技术人员能从本发明公开的内容直接5导出或联想到所有的任何修改、等同替换、变化改进等均应认为是本发明的权利保护范围之内。本发明还适用于利用含Al2O3的地开石、伊利石等粘土类矿石或含Al2O3的矿渣原料生产明矾也应认为是本发明的权利保护范围之内。
权利要求
1.一种利用明矾石生产明矾的方法，包括如下实施步骤(1)、选用明矾石矿粉将明矾石矿破碎、磨细或浮选获得明矾石矿粉，矿石品位>45%，矿粉细度80— 200目；(2)、矿粉微波焙烧脱水将矿粉用微波热工设备焙烧脱水，矿石熟料脱水率>90 %，分解率<5 %，A1203溶出率彡 90% ；(3)、硫酸溶液浸取溶出，过滤分离将脱水明矾石用硫酸溶液浸取溶出，保温过滤，固液分离，浸出渣用热水洗涤，洗液并入浸出液，其中，液固比(硫酸溶液/脱水明矾石，重量比)为3— 8，硫酸(100%)的用量为理论量的100—130%，浸取溶出温度彡90°C，浸取溶出时间彡O. 5h ；(4)、浸出液蒸发浓缩，降温冷却明矾结晶将浸出液加温蒸发浓缩，降温冷却明矾结晶，结晶母液返回浸取溶出，循环利用，明矾原液温度> 80°C，明矾原液浓度> 25 %，冷却终止温度< 25°C;其中，浸出液中加入硫酸钾， 全部生成钾明矾，硫酸钾用量为理论量的100 — 120 % ;浸出液中不加入硫酸钾，生成钾明矾联产硫酸铝。
2.根据权利要求I所述的利用明矾石生产明矾的方法，其特征是所述步骤(I)中，矿石品位为50%-65% ;所述步骤(2)中，矿石熟料脱水率为95 — 99 %，分解率为2 — 5 %, Al2O3 溶出率为90 — 95 % ;所述步骤(3)中，浸取溶出温度为90 — 100°C，浸取溶出时间为O. 5 一 3. Oh ;所述步骤(4)中，明矾原液温度为80— 95 °C，明矾原液浓度为25— 28%，冷却终止温度为15 — 25 °C。
3.根据权利要求I或2所述的利用明矾石生产明矾的方法，其特征是所述步骤(2) 中，微波热工设备的微波频率为2450MHz，微波输出功率> 1.0鼎，微波辐射时间> IOmin0
全文摘要
本发明涉及一种利用明矾石生产明矾的方法，该方法包括选用明矾石矿粉、矿粉微波焙烧脱水、硫酸溶液浸取溶出、过滤分离、浸出液蒸发浓缩、降温冷却明矾结晶等步骤。浸出液中加入硫酸钾，全部生成钾明矾；浸出液中不加入硫酸钾，生成钾明矾联产硫酸铝；结晶母液循环利用。与现有“水浸法”立式煤窑炉炼矾技术比较，具有提高资源利用率、增加明矾产量、缩短明矾生产周期、节省能源、降低生产成本、减少废渣废气、保护环境等有益效果。
文档编号C01F7/76GK102910660SQ20121043775
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者傅培鑫, 蔡文宽, 潘同汉 申请人:傅培鑫, 蔡文宽, 潘同汉