专利名称：利用钠硝石与富钾母液制取农用硝酸钾的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用钠硝石与非水溶性富钾岩石制取农用硝酸钾的方法。
背景技术：
我国是个农业大国，非氯基钾肥硝酸钾需求量大。国内水溶性钾矿资源极缺，硝酸钾主要生产原料氯化钾严重依赖进口，而另一主要原料硝酸铵由于被列入严格管理的危爆物品，使其供应受到严格限制，严重制约了硝酸钾的生产发展。同时我国农业深层次改革已经开始，农产品结构的调整，对硝酸钾产品的质与量提出了更高要求，国内硝酸钾发展前景广阔。而我国非水溶性钾矿资源丰富，种类繁多，主要有钾长石、白榴石、伊利石、富钾页岩、 富钾火山岩、霞石正长岩、伟晶岩和富钾板岩等。据统计，全国非水溶性钾矿资源总量至少达约200亿吨。而国内于2006年前后先后于新疆等地发现了储量丰富纯度较高的钠硝石矿，提供了稳定的硝酸钠原料来源。因此，综合利用非水溶性钾矿与钠硝石制备农用硝酸钾具有重要的战略地位和应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种产品成本低、原料来源广泛、便于实施推广的利用钠硝石与富钾岩石制取农用硝酸钾的方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案利用钠硝石与富钾母液制取农用硝酸钾的方法，包括以下步骤(1)原料液制备步骤钠硝石矿粉经水萃取后浓缩得到硝酸钠溶液，同以富钾岩石经破碎、粉磨后制得的原矿粉体经烧结、水浸、脱硅和除钠后得到的主要成份为碳酸钾的富钾母液混合，制得原料液。(2)原料液蒸发结晶步骤原料液经蒸发浓缩结晶，离心分离，得碳酸钠滤饼I，滤液为硝酸钾母液。(3)碳酸钠滤饼I重结晶步骤将碳酸钠滤饼I溶解，经蒸发结晶，离心分离，得碳酸钠滤饼II，水洗并煅烧干燥后得工业合格碳酸钠产品，滤液返回原料液循环利用。(4)硝酸钾母液结晶步骤硝酸钾母液降温结晶，离心分离，得硝酸钾滤饼，干燥得农业优等硝酸钾产品。滤液为钾钠混盐溶液，返回到原料液循环利用。在本发明的方法的步骤(1)中，富钾母液的制备方法请参见专利权人为中国地质大学(北京)，专利号为ZL 03100563. 2的专利文件。在本发明的方法的步骤(1)中，所使用的钠硝石矿是我国新疆等地开采的氧化钠含量> 32%的钠硝石矿。在本发明的方法的步骤(1)中，所述的硝酸钠溶液同主要成份为碳酸钾的富钾母液混合，是按照碳酸钾与硝酸钠的质量比为0.7 1 0.9 1混合配成原料液，所配成原料液的溶液密度为1. 15 1. 35kg/L。在本发明的方法的步骤(1)中，钠硝石矿粉粒度为-200目。
在本发明的方法的步骤(1)中，硝酸钠溶液主要成份为硝酸钠，其中硝酸钠与杂质质量比> 19 1，硝酸钠浓度> 200g/L，溶液密度> 1. 15kg/L。在本发明的方法的步骤(1)中，富钾母液主要成份为碳酸钾(质量百分含量彡95%)，杂质为碳酸钠(其中碳酸钠与碳酸钾质量比< (1 19))，碳酸钾浓度彡200g/ L，密度彡 1. 15kg/L。在本发明的方法中，步骤(1) 中所使用的水均为普通自来水。在本发明的方法中，步骤O)中原料液蒸发结晶温度为104 110°C，蒸发时间为 1 2小时，经离心分离碳酸钠滤饼I后溶液密度为1. 45 1. 60kg/L。在本发明的方法中，步骤(3)中碳酸钠滤饼I用水溶解后密度为1. 1 1. 3kg/L， 蒸发温度为60 80°C，真空度为-0. 07 -0. 09MPa，蒸发时间为0. 5 1小时，结晶终点溶液密度为1. 45 1. 60kg/L。碳酸钠滤饼II煅烧温度为200 300°C，煅烧时间为0. 5 1小时。煅烧后为工业优等碳酸钠产品。在本发明的方法中，步骤C3)选用的蒸发方式为真空蒸发，也可选用普通蒸发方式。每种方式均可设计为多效蒸发。在本发明的方法中，步骤(4)中硝酸钾母液降温至为0 20°C，过滤硝酸钾滤饼后滤液密度为1. 45 1. 55kg/L。硝酸钾滤饼干燥温度为120 200°C，干燥时间为0. 5 1 小时。干燥后即为农用优级硝酸钾产品。在本发明的方法中，步骤C3)、步骤中碳酸钠滤饼I重结晶后滤液及硝酸钾滤饼过滤后钾钠混盐滤液返回到原料液中循环利用。本发明中的农用优级硝酸钾是指符合农用硝酸钾国家标准(GB/T 20784-2006) 要求的优等品，所述的优等品中氧化钾的质量分数>46%，氯离子质量分数<0.2%，水分的质量分数<0.5%，总氮质量分数> 13.5%。工业级优等碳酸钠是指符合工业碳酸钠国家标准(GB 210. 1-2004)要求的一般工业用碳酸钠优等品，所述的优等品中干基碳酸钠的质量分数> 99. 2，氯化钠< 0. 7%，干基铁质量分数< 0. 0035%，硫酸盐(以干基的SO4的质量分数计)<0.03%，水不溶物的质量分数<0.03%，堆积密度>0.9。粒度 180ym ^ 70%。本发明的优点是本发明利用钠硝石矿经破碎粉磨后得钠硝石矿粉，经水萃取后浓缩得到硝酸钠溶液，同以富钾岩石经破碎、粉磨后制得的原矿粉体经烧结、水浸、脱硅、除钠后得到的主要成份为碳酸钾的富钾母液混合，制得原料液。经过高温蒸发结晶，降温结晶和重结晶等工序，连续生产农用优等硝酸钾产品和工业优等碳酸钠产品。本发明可以充分地利用我国丰富的非水溶性钾矿资源和钠硝石资源。工艺设计合理，工艺流程简单，生产过程无“三废”排放，符合高效节能和“清洁生产”的环保要求。而且由于生产过程无氯离子介入，因此产品中氯离子含量明显优于国标农用硝酸钾的优等品标准。该方法原料来源广泛，资源利用率高，产品成本低，经济效益显著，便于实施推广。
图1为利用钠硝石与富钾母液制取农用硝酸钾的方法的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，钠硝石矿经破碎粉磨后得钠硝石矿粉，经水萃取后浓缩得到硝酸钠溶液，同以富钾岩石经破碎、粉磨后制得的原矿粉体经烧结、水浸、脱硅、除钠后得到的主要成份为碳酸钾的富钾母液混合，制得原料液。原料液经过高温蒸发、结晶和离心过滤后得到碳酸钠滤饼I和硝酸钾母液。硝酸钾母液经冷却降温结晶工序制得农用优等硝酸钾产品， 离心过滤后的滤液返回原料液循环利用。碳酸钠滤饼I经重结晶工序，制得工业优等碳酸钠产品，滤液返回原料液循环利用。实施例如图1所示，要求将钠硝石粉体粉磨至-200目，经水萃取后浓缩得到硝酸钠浓溶液(浓度为200g/L，密度为1. 24kg/L)，富钾母液中碳酸钾浓度为650g/L，密度为1. 58kg/ L。将上述溶液按照碳酸钾与硝酸钠的质量比为0.7 1配成原料液，密度为1.3kg/L。原料液加热蒸发至沸腾1小时，温度为105°C，离心过滤沉淀得碳酸钠滤饼I和硝酸钾母液。将硝酸钾母液放入冰水浴中冷却结晶，离心过滤沉淀并经120°C烘干0. 5小时得硝酸钾制品， 经分析符合农用硝酸钾国标(GB/T20784-2006)优等品的要求(见表1)。滤液返回原料液中循环利用。碳酸钠滤饼I重新溶解至密度为1. 2kg/L的溶液，经80°C，真空度-0. 09MPa 下，蒸发1小时，溶液密度达到1. 45kg/L时，停止加热，过滤沉淀经200°C烘干1小时得碳酸钠制品，经分析符合工业用碳酸钠国标(GB 210. 1-2004)优等品的要求(见表幻。滤液返回原料液中循环利用。表1试制硝酸钾样品与国标(GB/T 20784-2006)标准对比
项目农用硝酸钾试制样品优等品一等品合格品氧化钾质量百分数4644.54446.1总氮(N)的质量百分数13.513.7氯离子质量百分数0.21.24.50.1游离水质量百分数0.51.22.00.09 表2试制碳酸钠样品与国标(GB 210. 1-2004)标准对比
项目工业II类碳酸钠试制样品优等品一等品合格品Nii2CO3(干基)质量百分数99.298.898.099.3NaCl质量百分数0.70.91.20.09I^e(干基；)的质量百分数％$0.00350.0060.0100.003硫酸盐(干基SO4)质量百分数％$0.03--未检出水不溶物质量百分数％50.030.10.150.02堆积密度g/ml0.90.90.90.9粒度，筛余物质量百分数％7065607权利要求
1.利用钠硝石与富钾母液制取农用硝酸钾的方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)原料液制备步骤钠硝石矿粉经水萃取后浓缩得到硝酸钠溶液，同以富钾岩石经破碎和粉磨后制得的原矿粉体经烧结、水浸、脱硅和除钠后得到的主要成份为碳酸钾的富钾母液混合，制得原料液；(2)原料液蒸发结晶步骤原料液经蒸发浓缩结晶，离心分离，得碳酸钠滤饼I，滤液为硝酸钾母液；(3)碳酸钠滤饼I重结晶步骤将碳酸钠滤饼I溶解，经蒸发结晶，离心分离，得碳酸钠滤饼II，水洗并煅烧干燥后得工业优等碳酸钠产品；(4)硝酸钾母液结晶步骤硝酸钾母液降温结晶，离心分离，得硝酸钾滤饼，干燥得农业优等硝酸钾产品。
2.根据权利要求1所述的利用钠硝石与富钾母液制取农用硝酸钾的方法，其特征在于在所述的步骤(1)中，所述的硝酸钠溶液同主要成份为碳酸钾的富钾母液混合，是按照碳酸钾与硝酸钠的质量比为0.7 1 0.9 1混合配成原料液，所配成原料液的溶液密度为 1. 15 1. 35kg/L0
3.根据权利要求1或2所述的利用钠硝石与富钾母液制取农用硝酸钾的方法，其特征在于在所述的步骤(1)中，富钾母液主要成份为碳酸钾，杂质为碳酸钠，其中碳酸钠与碳酸钾质量比彡1 19，碳酸钾浓度彡200g/L，溶液密度彡1. 15kg/L。
4.根据权利要求1所述的利用钠硝石与富钾母液制取农用硝酸钾的方法，其特征在于在所述的步骤(1)中，硝酸钠溶液主要成份为硝酸钠，其中硝酸钠与杂质质量比彡19 1，硝酸钠浓度彡200g/L，溶液密度彡1. 15kg/L。
5.根据权利要求1或2所述的利用钠硝石与富钾母液制取农用硝酸钾的方法，其特征在于在所述的步骤(1)中，钠硝石矿粉为-200目，其氧化钠含量> 32%。
6.根据权利要求1或2所述的利用钠硝石与富钾母液制取农用硝酸钾的方法，其特征在于在所述的步骤⑵中，原料液蒸发结晶温度为104 110°C，蒸发时间控制为1 2小时，经分离碳酸钠滤饼I后溶液密度为1. 45 1. 60kg/L。
7.根据权利要求1或2所述的利用钠硝石与富钾母液制取农用硝酸钾的方法，其特征在于在所述的步骤(3)中，碳酸钠滤饼I用水溶解后密度为1. 1 1. 3kg/L，蒸发温度为 60 80°C，真空度为-0. 07 -0. 09MPa，蒸发时间为0. 5 1小时，结晶终点溶液密度为 1. 45 1. 60kg/L，碳酸钠滤饼II煅烧温度为200 300°C，时间为0. 5 1小时。
8.根据权利要求1或2所述的利用钠硝石与富钾母液制取农用硝酸钾的方法，其特征在于在所述的步骤(4)中，硝酸钾母液降温至为0 20°C，过滤硝酸钾滤饼后滤液密度为 1. 45 1. 55kg/L，硝酸钾滤饼干燥温度为120 200°C，干燥时间为0. 5 1小时。
9.根据权利要求1或2所述的利用钠硝石与富钾母液制取农用硝酸钾的方法，其特征在于在所述的步骤(3)中，碳酸钠滤饼I重结晶后离心分离的滤液返回原料液循环利用。
10.根据权利要求1或2所述的利用钠硝石与富钾母液制取农用硝酸钾的方法，其特征在于在所述的步骤中，硝酸钾滤饼离心分离后的滤液为钾钠混盐溶液，该滤液返回原料液循环利用。
全文摘要
本发明公开了一种利用钠硝石与富钾岩石提钾母液制取农用硝酸钾的方法。该工艺是以富钾岩石经破碎、粉磨后制得的原矿粉体经烧结、水浸、脱硅、除钠后得到的主要成份为碳酸钾的富钾母液，与钠硝石矿粉经水萃取后浓缩得到的硝酸钠溶液混合得原料液，经高温蒸发结晶，形成富钾溶液和碳酸钠滤饼，过滤分离后，将碳酸钠滤饼重结晶，过滤沉淀经烘干得工业优等碳酸钠产品，重结晶滤液回原料液循环利用。富钾溶液降温结晶析出硝酸钾晶体，经离心烘干为农用优等硝酸钾产品。剩余降温结晶溶液回原料液循环利用。
文档编号C01D9/02GK102372294SQ20101025877
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者刘梅堂, 刘艳红, 马鸿文 申请人:中国地质大学(北京)