一种从含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混合溶液中分离回收铝、钾和铵的方法技术

本发明专利技术提供了一种从含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混合溶液中分离回收铝、钾和铵的方法，所述方法包括：对混合溶液进行蒸发浓缩和冷却结晶得到钾明矾和铵明矾的混晶，所述混晶经高温煅烧制备氧化铝，同时回收硫酸钾和硫酸铵，通过本发明专利技术所述方法可实现钾、铝和铵的高效回收，同时得到高纯度的氧化铝、硫酸钾和硫酸铵产品，生产过程能耗低，投资小，全程封闭无三废排放，装置放大容易，具有较好的工业应用前景。

A method for the separation and recovery of aluminum, potassium and ammonium from the mixed solution containing aluminum, potassium and ammonium sulfate

The invention provides a method for separating and recovering aluminum, potassium and ammonium from the mixed solution containing aluminum sulfate, potassium sulfate and ammonium sulfate, the method includes: evaporating and condensing the mixed solution, cooling and crystallizing to obtain the mixed crystal of potassium alum and ammonium alum, the mixed crystal is calcined at high temperature to prepare alumina, and the potassium sulfate and ammonium sulfate are recovered at the same time, through the method of the invention, potassium can be realized High efficiency recovery of aluminum, ammonium and high purity alumina, potassium sulfate and ammonium sulfate products can be obtained at the same time. The energy consumption in the production process is low, the investment is small, the whole process is closed without discharge of three wastes, and the device is easy to enlarge, which has a good industrial application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种从含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混合溶液中分离回收铝、钾和铵的方法
本专利技术涉及分离回收领域，特别是涉及一种从含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混合溶液中分离回收铝、钾和铵的方法。
技术介绍
含金属离子溶液的分离回收不仅是工业废水处理的难题，也是矿物浸取、湿法冶金等领域中提升产品质量、纯度和减少废水排放的关键。而且含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混合溶液是工业上常见的中间溶液或废水，如活性白土生产的废水、沉钒废水和钾长石综合利用中的过程液等。目前金属离子去除的方法多为沉淀法、活体净化法、电解法和吸附法。活体净化法主要是指将水产品置于洁净的水域中或在洁净水域中加入某些物质，通过水产品自身代谢的过程将其体内重金属排出体外达到安全的一类方法。常用于水处理过程中，其操作周期长、对重金属处理能力差且在排出过程中还容易造成水体污染。沉淀法是针对重金属而言，调节体系的酸碱度，将重金属离子沉淀下来，此过程试剂的消耗量较大，且根据溶液的性质沉淀效率并不理想。CN101343695A公开了一种降低提钒浸出循环液中钾、钠含量的方法，首先调节溶液至酸性，加热加入含有铁离子的除钾、钠剂，控制pH值发生沉淀反应，该沉淀法可以有效降低循环液中钾、钠含量，但对原料液中其他金属离子浓度要求较高，且未考虑钾和钠的回收利用，沉淀物仍然为固废，难以处理。CN105217658A公开了一种明矾石直接加压酸浸提取钾铝的方法，通过石灰水进行调浆反应制得硫酸钾溶液和含氢氧化铝的石膏渣，该法可将明矾石中的钾和铝分离，酸浸母液可循环利用，但该法采用石灰水调节pH使氢氧化铝沉淀，同时将携带大量其他金属杂质的沉淀，制备的氢氧化铝纯度欠佳。吸附法是一类利用固体表面能对重金属离子产生特异的吸附作用从而达到脱除重金属目的的方法，其吸附过程中往往还伴随着离子交换以及螯合作用，吸附法对重金属吸附性强，操作简单，但是其吸附选择性较差，脱附困难，仍不能实现金属杂质的分离和回收。CN103539177A公开了一种利用钾长石制取氢氧化铝的工艺，通过阳离子吸附柱吸附钾长石的稀硫酸浸取液中的铝离子和铁离子，使铝离子和铁离子富集，而后采用浓度为3wt％～5wt％的稀硫酸对吸附饱和的阳离子吸附柱进行脱附，实现铝离子与钾离子的分离，该法后续还需要采用萃取液对脱附后的溶液进行萃取，工艺步骤复杂，阳离子吸附树脂使用寿命较短，成本较高。综上所述，急需开发一种有效的分离和回收处理方式，实现含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混合溶液中铝、钾和铵的有效分离及其资源化开发利用，从而使溶液循环利用，减少废水的排放，实现企业健康、可持续发展。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种从含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混合溶液中分离回收铝、钾和铵的方法，采用蒸发浓缩和冷却结晶的方式分离溶液中的铝、钾和铵，得到钾明矾和铵明矾的混晶，并通过高温煅烧分解钾明矾和铵明矾的混晶得到氧化铝，并同时回收硫酸钾和硫酸铵，该过程分离效率高、生产设备简单且产品纯度高效益好，无三废排放，具有较好的工业应用前景。为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种从含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混合溶液中分离回收铝、钾和铵的方法，所述方法包括以下步骤：(1)对含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混和溶液进行蒸发浓缩，对所述蒸发浓缩得到的浓缩液进行冷却结晶，得到钾明矾和铵明矾的混晶；(2)高温煅烧步骤(1)得到的所述混晶，并对高温煅烧的产物进行浸洗、固液分离，分别得到氧化铝产品和硫酸钾溶液；(3)对步骤(2)中所述高温煅烧产生的尾气进行吸收，得到硫酸铵溶液；(4)将步骤(2)得到的所述硫酸钾溶液和步骤(3)得到的硫酸铵溶液进行蒸发结晶，分别得到硫酸钾产品和硫酸铵产品。本专利技术原料液为含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混合溶液，其中钾、铝和铵的分离原理是硫酸钾和硫酸铵分别与硫酸铝发生化学反应生成溶解度较低的钾明矾和铵明矾，从而易与原料液分离。K2SO4+Al2(SO4)3+24H2O＝2KAl(SO4)3·12H2O(NH4)2SO4+Al2(SO4)3+24H2O＝2NH4Al(SO4)3·12H2O本专利技术提供的方法通过对原料液蒸发浓缩和冷却结晶，得到钾明矾和铵明矾的混晶，从而实现铝、钾和铵与混合溶液的分离，再通过高温煅烧的方式，将混晶分解，得到氧化铝产品，同时得到硫酸钾和硫酸铵，实现钾、铝和铵之间的分离回收，所述方法不仅可实现铝、钾和铵与混合溶液的高效分离，还可实现三者之间的高效分离回收利用，且制备的产品收率高，制备出的氧化铝、硫酸钾和硫酸铵产品的纯度均≥99.1wt％，实现了资源的转化，减少了对环境的污染。本专利技术提供的方法对原料液没有特殊限制，可适用于本领域人员熟知的含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混合溶液，例如可以是白云母的湿法浸提液、高岭石的湿法浸提液、钾长石的浸提液或废水处理液等。优选地，步骤(1)中所述蒸发浓缩的温度≥80℃，例如可以是80℃、82℃、85℃、88℃、90℃、93℃、95℃、98℃或100℃。优选地，所述蒸发浓缩得到的浓缩液中钾明矾和铵明矾的总浓度为15wt％～50wt％，例如可以是15wt％、18wt％、20wt％、22wt％、25wt％、28wt％、30wt％、32wt％、35wt％、38wt％、40wt％、42wt％、45wt％、48wt％或50wt％，优选为25wt％～35wt％。本专利技术提供的方法通过将蒸发浓缩液中钾明矾和铵明矾的总浓度控制在15wt％～50wt％，更有利于在保障铝、钾和铵与原料液的分离回收率的同时节省蒸发能耗，降低成本。优选地，所述冷却结晶的降温速率为1～10℃/min，例如可以是1℃/min、1.5℃/min、2℃/min、2.5℃/min、3℃/min、3.5℃/min、4℃/min、4.5℃/min、5℃/min、5.5℃/min、6℃/min、6.5℃/min、7.5℃/min、8℃/min、8.5℃/min、9℃/min、9.5℃/min或10℃/min，优选为2～5℃/min。优选地，步骤(1)与步骤(2)之间，还包括将所述混晶与冷却结晶母液进行分离的步骤。本专利技术通过将混晶与冷却结晶母液分离，显著降低了原料液中铝、钾和铵的离子浓度，使分离后的冷却结晶母液可在原料液的来源系统中循环利用，提升了资源利用率，减少了废水的排放。优选地，所述分离为过滤操作。优选地，步骤(2)中所述高温煅烧的温度为700～1200℃，例如可以是700℃、720℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、980℃、1000℃、1020℃、1050℃、1080℃、1100℃、1150℃、1180℃或1200℃，优选为800～1000℃。本专利技术通过将高温煅烧的温度控制在700～1200℃，可以保障硫酸铵在高温煅烧时的分解，从而更有效的以氨气的形式将铝、钾与铵分离，进一步保障了最终得到的硫酸铵和硫酸钾产品的纯度。优选地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混合溶液中分离回收铝、钾和铵的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)对含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混和溶液进行蒸发浓缩，对所述蒸发浓缩得到的浓缩液进行冷却结晶，得到钾明矾和铵明矾的混晶；/n(2)高温煅烧步骤(1)得到的所述混晶，并对高温煅烧的产物进行浸洗、固液分离，分别得到氧化铝产品和硫酸钾溶液；/n(3)对步骤(2)中所述高温煅烧产生的尾气进行吸收，得到硫酸铵溶液；/n(4)将步骤(2)得到的所述硫酸钾溶液和步骤(3)得到的硫酸铵溶液进行蒸发结晶，分别得到硫酸钾产品和硫酸铵产品。/n

【技术特征摘要】
1.一种从含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混合溶液中分离回收铝、钾和铵的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)对含硫酸铝、硫酸钾和硫酸铵的混和溶液进行蒸发浓缩，对所述蒸发浓缩得到的浓缩液进行冷却结晶，得到钾明矾和铵明矾的混晶；
(2)高温煅烧步骤(1)得到的所述混晶，并对高温煅烧的产物进行浸洗、固液分离，分别得到氧化铝产品和硫酸钾溶液；
(3)对步骤(2)中所述高温煅烧产生的尾气进行吸收，得到硫酸铵溶液；
(4)将步骤(2)得到的所述硫酸钾溶液和步骤(3)得到的硫酸铵溶液进行蒸发结晶，分别得到硫酸钾产品和硫酸铵产品。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述蒸发浓缩的温度为≥80℃；
优选地，所述蒸发浓缩得到的浓缩液中钾明矾和铵明矾的总浓度为15wt％～50wt％，优选为25wt％～35wt％；
优选地，所述冷却结晶的降温速率为1～10℃/min，优选为2～5℃/min。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)与步骤(2)之间，还包括将所述混晶与冷却结晶母液进行分离的步骤；
优选地，所述分离为过滤操作。


4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述高温煅烧的温度为700～1200℃，优选为800～1000℃；
优选地，所述高温煅烧的时间为0.5～6h，优选为1～3h；
优选地，所述固液分离为过滤操作。


5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述浸洗为浆化浸洗；
优选地，所述浸洗采用浸洗液进行；
优选地，所述浸洗液的体积与高温煅烧产物的质量比为(1～10)m3:1t，优选为(3～8)m3:1t；
优选地，所述浸洗在搅拌条件下进行；
优选地，所述浸洗的时间为0.5～6h，优选为1～3h；
优选地，所述浸洗的温度为20～90℃，优选为30～80℃；
优选地，所述浸洗液循环使用；
优选地，所述浸洗液的循环使用次数与浸洗液中硫酸钾的浓度相关；
优选地，所述浸洗液循环使用至浸洗液中硫酸钾的浓度达到溶解饱和为止。


6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)中利用吸收液对所述高温煅烧产生的尾气...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐红彬，张笛，庆朋辉，米界非，董玉明，刘宏辉，裴丽丽，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11