长石型含铝矿物铝钾硅元素分离及利用的方法与流程

本发明涉及长石型矿物元素分离及利用的方法，尤其涉及长石型含铝矿物铝钾硅元素分离及利用的方法。

背景技术

长石型含铝矿物中一般al2o3含量10%~30%，长石型矿物空间结构排列极其紧密，拥有稳定的化学性质，在常温常压的条件下除氢氟酸以外，不被其他酸和碱所分解。如何使长石型矿物各元素分离并得到利用，国内外学者做出了大量研究。从钾长石中提钾生产钾肥的工艺方法可被分为高炉冶炼法、压热法、敞开浸取和封闭恒温法、热分解水浸法、酸分解法、烧结法、低温分解法、微生物法等。目前国内外研究从长石型矿物中生产钾肥的诸多方法在技术和经济上都存在着一些问题，例如存在着能量消耗高、生产设备容易被腐蚀、废弃物处理困难等缺点。同时，在研究长石型矿物是忽略了其中铝和硅元素的利用。

技术实现要素：

发明目的

为解决上述技术问题本发明提供一种长石型含铝矿物铝钾硅元素分离及利用的方法，不添加任何氟类助剂，高效分离长石中钾、铝、硅、铁元素，并制备出氢氧化铁、氢氧化铝（氧化铝）、硫酸钾（钾肥）、二氧化硅（白炭黑）一系列高附加值产品。

技术方案

一种长石型含铝矿物铝钾硅元素分离及利用的方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）长石磨制：长石型含铝矿物进行破碎和粉磨，磨制粒径在-100目至-400目；

（2）除铁：磨制后的长石型含铝矿物用酸溶液进行除铁，固液分离，向除铁后的溶液加入碱溶液制备氢氧化铁，实现铁元素的分离与利用；

（3）活化及固液分离：除铁后的长石型含铝矿物采用加入碱液湿法活化或加入碱粉焙烧活化中的一种进行活化，活化后经固液分离可以得到硅酸盐溶液和钾铝固相，使长石中部分硅元素分离；

（4）硅酸盐溶液碳酸化分解：向硅酸盐溶液中通入二氧化碳，经过过滤和洗涤，得到沉淀白炭黑；

（5）钾铝固相浸出：分离后的钾铝固相浸入硫酸氢铵溶液，使固相中的铝元素和钾元素进入液相，经固液分离后得到含有铝离子和钾离子的浸出液以及氧化硅固体，实现铝钾元素与硅元素的分离；

（6）浸出液沉铝：向浸出液中加入氨水或氨气进行沉铝，生产氢氧化铝沉淀和硫酸铵，实现铝元素与钾元素的分离；

（7）硫酸钾析晶：硫酸铵和硫酸钾的混合溶液经过析晶分离，得到硫酸钾固体和硫酸铵溶液；

（8）硫酸铵溶液蒸发：得到的硫酸铵溶液进行蒸发结晶得到硫酸铵晶体；

（9）硫酸铵分解：硫酸铵晶体经过加热分解为氨气和硫酸氢铵，硫酸氢铵返回步骤（5）循环使用，氨气制备成氨水或直接加压返回步骤（6）进行沉铝。

所述步骤（2）中酸溶液为硫酸或盐酸的一种，除铁温度20-200℃，除铁时间10-120min。

所述硫酸浓度5%-80%。

所述盐酸浓度5%-36%。

所述步骤（3）中加入碱液湿法活化采用naoh、koh、na2co3或k2co3中的一种或几种混合，活化温度80-350℃，活化时间20-180min。

所述步骤（3）中碱粉焙烧活化采用naoh、koh、na2co3或k2co3中的一种或几种混合，活化温度500-1200℃，活化时间30-150min。

所述步骤（5）中浸出温度70-300℃，浸出时间20-180min。

优点及效果

本发明不添加任何氟类助剂，高效分离长石中钾、铝、硅、铁等元素，并制备出氢氧化铁、氢氧化铝（氧化铝）、硫酸钾（钾肥）、二氧化硅（白炭黑）等一系列高附加值产品。

本发明方法过程中产生的物质可以在方法过程中循环利用，更加环保。

本发明反应体系为碱性和弱酸体系，设备容易解决，利于产业化。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为长石型含铝矿物sem图；

图3为活化固液分离后的产物sem图；

图4为硫酸氢铵处理铝钾固相的产物sem图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1直观的显示出了本发明长石型含铝矿物铝钾硅元素分离及利用的方法的工艺流程。

长石型含铝矿物铝钾硅元素分离及利用的方法，包括如下步骤：

（1）长石磨制：长石型含铝矿物进行破碎和粉磨，磨制粒径在-100目至-400目；

（2）除铁：磨制后的长石型含铝矿物用酸溶液进行除铁，优选硫酸或盐酸的一种，控制好酸的浓度和温度，由于长石型矿物非常稳定，酸只与铁反应，使用硫酸时，硫酸浓度5%-80%；使用盐酸时，盐酸浓度5%-36%；除铁温度20-200℃，除铁时间10-120min；再固液分离，向除铁后的溶液加入碱溶液制备氢氧化铁，优选koh或氨水的一种，得到的硫酸铵或硫酸钾可以返回到流程中利用，实现铁元素的分离与利用；

（3）活化及固液分离：除铁后的长石型含铝矿物采用加入碱液湿法活化或加入碱粉焙烧活化中的一种进行活化，活化后经固液分离可以得到硅酸盐溶液和钾铝固相，使长石中部分硅元素分离；当采用加入碱液湿法活化时，碱液湿法活化采用naoh、koh、na2co3或k2co3中的一种或几种混合，活化温度80-350℃，活化时间20-180min；当采用加入碱粉焙烧活化时，碱粉焙烧活化采用naoh、koh、na2co3或k2co3中的一种或几种混合，活化温度500-1200℃，活化时间30-150min；

（4）硅酸盐溶液碳酸化分解：向硅酸盐溶液中通入二氧化碳，经过过滤和洗涤，得到沉淀白炭黑；

（5）钾铝固相浸出：分离后的钾铝固相浸入硫酸氢铵溶液，使固相中的铝元素和钾元素进入液相，经固液分离后得到含有铝离子和钾离子的浸出液以及氧化硅固体，实现铝钾元素与硅元素的分离；浸出温度70-300℃，浸出时间20-180min；

（6）浸出液沉铝：向浸出液中加入氨水或氨气进行沉铝，生产氢氧化铝沉淀和硫酸铵，实现铝元素与钾元素的分离；

（7）硫酸钾析晶：硫酸铵和硫酸钾的混合溶液经过析晶分离，将混合溶液蒸发浓缩，使硫酸钾析出，硫酸铵及少量硫酸钾存在于浓溶液中，得到硫酸钾固体和硫酸铵溶液；

（8）硫酸铵溶液蒸发：得到的硫酸铵溶液进行蒸发结晶得到硫酸铵晶体；

（9）硫酸铵分解：硫酸铵晶体经过加热分解为氨气和硫酸氢铵，硫酸氢铵返回步骤（5）循环使用，氨气制备成氨水或直接加压返回步骤（6）进行沉铝；

（10）产品：步骤（2）得到的氢氧化铁可以作为铁红或炼铁原料，步骤（6）得到的氢氧化铝可以直接作为产品或经过焙烧作为电解铝原料，氢氧化铝焙烧温度900-1200℃。步骤（7）得到的硫酸钾作为钾肥产品，步骤（4）和步骤（5）得到的二氧化硅可以作为白炭黑产品。

以上优选的酸溶液和碱溶液不会引入新的杂质，回收再利用更有优势。

实施例1

原料长石型含铝矿物组成为：al2o3：18%、sio2：64%、fe2o3：1.71%、k2o：13.5%。原料的成分也可以采用其它组成成分，这不能用于限定本发明的保护范围。

取1000g上述组成的长石型含铝矿物进行破碎和粉磨，磨制粒径在-100目至-400目；磨制后的长石用浓度5%的硫酸进行除铁，除铁温度20℃，除铁时间120min；再固液分离，除铁后的溶液加入koh制备氢氧化铁，实现铁元素的分离与利用；除铁后的长石采用加入naoh和碳酸钠混合碱液在350℃进行湿法活化20min，活化后经固液分离可以得到硅酸钠溶液和钾铝固相，使长石中部分硅元素分离；向硅酸钠溶液中通入二氧化碳，经过过滤和洗涤，得到沉淀白炭黑；分离后的钾铝固相用硫酸氢铵溶液在70℃浸出180min，使固相中的铝元素和钾元素进入液相，经固液分离后得到含有铝离子和钾离子的浸出液以及氧化硅固体，实现铝钾元素与硅元素的分离；向浸出液中通入氨气进行沉铝，生产氢氧化铝沉淀和硫酸铵，实现铝元素与钾元素的分离；硫酸铵和硫酸钾的混合溶液经过析晶分离，得到硫酸钾固体和硫酸铵溶液；硫酸铵溶液蒸发：得到的硫酸铵溶液进行蒸发结晶得到硫酸铵晶体；硫酸铵晶体经过加热分解为氨气和硫酸氢铵，硫酸氢铵返回浸出钾铝固相循环使用，氨气直接加压返回沉铝；过程中得到的氢氧化铁作为炼铁原料，得到的氢氧化铝经过900℃焙烧作为电解铝原料，得到的硫酸钾作为钾肥产品，得到的二氧化硅作为沉淀白炭黑产品。

图2为长石型含铝矿物sem图，为紧密的六角结构。

图3为活化固液分离后的产物sem图，紧密的六角结构转变为松散的四方结构的钾铝固相。

图4为硫酸氢铵处理铝钾固相的产物sem图，为多孔结构，化学分析二氧化硅含量99%以上。说明四方钾铝固相在硫酸氢铵溶液中已基本分解完全。铝、钾元素以离子形式进入液相，二氧化硅由于不溶于酸而进入固相。

实施例2

原料长石型含铝矿物组成为：al2o3：18%、sio2：64%、fe2o3：1.71%、k2o：13.5%。原料的成分也可以采用其它组成成分，这不能用于限定本发明的保护范围。

取1000g上述组成的长石型含铝矿物进行破碎和粉磨，磨制粒径在-100目至-400目；磨制后的长石用浓度5%的盐酸进行除铁，除铁温度200℃，除铁时间10min；再固液分离，除铁后的溶液加入氨水制备氢氧化铁，实现铁元素的分离与利用；除铁后的长石采用加入koh碱液在80℃进行湿法活化180min，活化后经固液分离可以得到硅酸钠溶液和钾铝固相，使长石中部分硅元素分离；向硅酸钠溶液中通入二氧化碳，经过过滤和洗涤，得到沉淀白炭黑；分离后的钾铝固相用硫酸氢铵溶液在300℃浸出20min，使固相中的铝元素和钾元素进入液相，经固液分离后得到含有铝离子和钾离子的浸出液以及氧化硅固体，实现铝钾元素与硅元素的分离；向浸出液中加入氨水进行沉铝，生产氢氧化铝沉淀和硫酸铵，实现铝元素与钾元素的分离；硫酸铵和硫酸钾的混合溶液经过析晶分离，得到硫酸钾固体和硫酸铵溶液；硫酸铵溶液蒸发：得到的硫酸铵溶液进行蒸发结晶得到硫酸铵晶体；硫酸铵晶体经过加热分解为氨气和硫酸氢铵，硫酸氢铵返回浸出钾铝固相循环使用，氨气制备成氨水返回沉铝；过程中得到的氢氧化铁作为铁红，得到的氢氧化铝经过1200℃焙烧作为电解铝原料，得到的硫酸钾作为钾肥产品，得到的二氧化硅作为沉淀白炭黑产品。

实施例3

原料长石型含铝矿物组成为：al2o3：18%、sio2：64%、fe2o3：1.71%、k2o：13.5%。原料的成分也可以采用其它组成成分，这不能用于限定本发明的保护范围。

取1000g上述组成的长石型含铝矿物进行破碎和粉磨，磨制粒径在-100目至-400目；磨制后的长石用浓度36%的盐酸进行除铁，除铁温度80℃，除铁时间100min；再固液分离，除铁后的溶液加入氨水制备氢氧化铁，实现铁元素的分离与利用；除铁后的长石采用加入k2co3碱粉在850℃进行焙烧活化60min，活化后经固液分离可以得到硅酸钠溶液和钾铝固相，使长石中部分硅元素分离。

其它与实施例2相同。

实施例4

原料长石型含铝矿物组成为：al2o3：18%、sio2：64%、fe2o3：1.71%、k2o：13.5%。原料的成分也可以采用其它组成成分，这不能用于限定本发明的保护范围。

取1000g上述组成的长石型含铝矿物进行破碎和粉磨，磨制粒径在-100目至-400目；磨制后的长石用浓度80%的硫酸进行除铁，除铁温度120℃，除铁时间50min；再固液分离，除铁后的溶液加入氨水制备氢氧化铁，实现铁元素的分离与利用；除铁后的长石采用加入k2co3碱粉在1200℃进行焙烧活化30min，活化后经固液分离可以得到硅酸钠溶液和钾铝固相，使长石中部分硅元素分离。

其它与实施例2相同。

实施例5

原料长石型含铝矿物组成为：al2o3：18%、sio2：64%、fe2o3：1.71%、k2o：13.5%。原料的成分也可以采用其它组成成分，这不能用于限定本发明的保护范围。

取1000g上述组成的长石型含铝矿物进行破碎和粉磨，磨制粒径在-100目至-400目；磨制后的长石用浓度80%的硫酸进行除铁，除铁温度120℃，除铁时间50min；再固液分离，除铁后的溶液加入氨水制备氢氧化铁，实现铁元素的分离与利用；除铁后的长石采用加入koh碱粉在500℃进行焙烧活化150min，活化后经固液分离可以得到硅酸钠溶液和钾铝固相，使长石中部分硅元素分离。

其它与实施例1相同。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。