一种硅酸盐矿物制备水溶性硅钾肥的方法技术

本发明专利技术属于农业肥料制备技术领域，公开了一种硅酸盐矿物制备水溶性硅钾肥的方法，以硅酸盐矿物作为原料，经过破碎、磨矿、筛分，得到的硅酸盐矿物粉体作为后续给料；将硅酸盐矿物粉体通过硫酸溶液处理，应用硫酸的浸出、刻蚀、活化作用，制备得到可常温常压下快速溶于氢氧化钾的高化学反应活性氧化硅粉体；将该氧化硅粉体常温常压下与氢氧化钾溶液进行反应，即可得水溶性硅钾肥。本发明专利技术可严格把控产品中有害元素的含量，所得的产品将比传统的以冶炼渣作为硅肥具有更高的有效硅含量和更低的有害元素含量，工艺技术简单，易于工业化。

A method of preparing water soluble silicon potassium fertilizer from silicate minerals

【技术实现步骤摘要】
一种硅酸盐矿物制备水溶性硅钾肥的方法
本专利技术属于农业肥料制备
，尤其涉及一种硅酸盐矿物制备水溶性硅钾肥的方法。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：“民以食为天，食以土为本”。近年来，伴随着中国农业的快速发展，农业资源环境也在发生变化，尤其是土壤环境的变化：农作物连作造成的土壤板结、土传病害不断加重；常年高产出、高投入，造成土壤中各种营养元素比例失调；化肥使用不合理造成土壤酸化、土壤盐渍化；土壤重金属污染等，都对农业的可持续发展构成了威胁。土壤营养元素比例失调和酸化是其中的主要诱因，这其中包括钙、硅、镁等中量元素的全面缺失。其直接后果是农作物的产量下降，品质降低、口感变差、有毒有害农产品事件层出不穷。在此大背景下，土壤调理是一项亟需解决的重大问题。硅肥是一种很好的品质肥料、保健肥料和植物调节性肥料，是其它化学肥料无法比拟的一种新型多功能肥料。硅肥既可作肥料，提供养分，又可用作土壤调理剂，改良土壤。此外，还兼有防病、防虫、减毒以及减轻重金属污染的作用。硅肥在水稻上的增产效果已经超过了磷肥和钾肥。硅肥已被国际土壤学界确认为继氮、磷、钾肥之后第四种生长元素肥料。因此，针对硅肥的研究和生产意义重大。目前应用于农业生产中的可溶性硅肥，主要以各种工业固体废弃物(如高炉渣、煤矸石、黄磷渣、磷石膏等)和矿物(如硅灰石、麦饭石、钾长石等)原料加碱焙烧改性，硅肥制备技术粗犷，生产所得的硅肥产品质量不佳。综上所述，现有技术存在的问题是：目前应用于农业生产中的可溶性硅肥主要以各种工业固体废弃物和矿物原料加碱焙烧改性，硅肥制备技术粗犷，生产所得的硅肥产品有效硅含量低，冶炼渣中的有害元素铝、重金属等不利于植物的生长，被污染的农产品将对人体健康造成威胁。解决上述技术问题的难度：目前的硅肥生产技术粗犷，通常以冶炼渣作为原料经过简单的处理即作为硅肥施用，矿石中的元素，如铝是植物生产过程中的有害元素不利于植物生长，被重金属污染的农产品被人类食用后不利于人体健康。然而冶炼渣中的有害元素的分离是困难的，因为在冶炼过程中的高温条件使矿石产生玻璃化等，矿石中的元素分选比原矿更困难，因此分离脱除冶炼渣中的有害元素是困难的，通常的“重”、“磁”、“浮”选矿方法很难实现有效分选，采用化学方法通常成本很高，效果也很难达到预期。解决上述技术问题的意义：目前我国土壤缺硅和重金属污染问题严重，推广硅肥的生产与应用具有非常明显的社会效益和经济效益，未来发展前景非常广阔。然而采用冶炼渣作为硅肥的生产原料容易造成污染，同时冶炼渣中的植物可利用有效硅的含量较低，目前硅肥的生产还未受到足够的重视。本专利技术通过硫酸处理硅酸盐矿物可高效率地脱除矿石中的铝、重金属等有害元素，所得的氧化硅粉体在常温常压条件下溶于氢氧化钾得到硅钾肥，产品有效硅含量高，并且可实现不含有害元素。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种硅酸盐矿物制备水溶性硅钾肥的方法。本专利技术是这样实现的，一种硅酸盐矿物制备水溶性硅钾肥的方法包括以下步骤：(1)以自然界中广泛存在的各种硅酸盐矿物作为原料，矿石中的硅主要以硅酸盐的形式存在，其中以不含或少含重金属、铝等对农作物和人体有害的元素的矿石为佳。硅酸盐矿物经过破碎、磨矿、筛分，得到粒度低于0.2mm的矿物粉体作为后续给料。(2)将硅酸盐矿物粉体通过硫酸溶液的处理，应用硫酸的浸出、刻蚀、活化(破坏化学键)等作用，制备得到高化学反应活性的氧化硅。所述的浸出作用为，矿石中的重金属、铝等有害元素在硫酸的浸出作用下被溶解进入溶液，主要作用是脱除矿石中的有害元素；所述的刻蚀作用为，硅酸盐矿物中的金属元素被溶解掏空，剩余硅骨架的比表面积较原矿明显增大；所述的活化作用为，在硫酸的作用下，起连接或平衡电价作用的阳离子被转入溶液，矿石中几乎所有的金属元素与氧原子的化学键、矿石内部的氢键和部分硅氧键断裂，矿石原本稳定的结构被破坏，化学反应活性得到增强，所得的氧化硅为高化学反应活性的白色或灰白色粉体。硫酸处理为1～3段常压条件下的逆流硫酸处理，硫酸处理的工艺条件为：硫酸浓度：10mol/L～18mol/L、液固比：2:1～4:1、反应时间：1h～3h。硫酸浓度可反应时间的选择依据于矿石反应过程中铝、重金属等的脱除难易程度，硫酸处理的目的是脱除矿石中的有害杂质和活化矿石中的硅，硫酸处理后的矿石中要求不含有铝、重金属等有害元素，这也是硫酸浓度和浸出时间等参数的选择依据，因为高化学反应活性的二氧化硅有利于降低碱溶过程中的能耗，低的杂质含量有利于制备得到高品质的硅钾肥。(3)1～3段常压条件下的逆流硫酸处理过程中，可采用外部加热或不需外部加热直接通过反应体系自放热即可达到反应要求的温度。(4)将高化学反应活性的氧化硅粉体在常温常压下与一定浓度的氢氧化钾溶液进行反应，即可得水溶性硅钾肥。氧化硅粉体与氢氧化钾的反应在常温常压进行，反应条件为：温度：15℃～30℃、氢氧化钾浓度：1mol/L～10mol/L、液固比：2:1～4:1、反应时间：0.5h～2h。常温常压的化学反应条件不需要额外加热带来的成本，过程中对设备要求低，有利于降低生产投资和工业化。具体的，所述步骤(2)中的硫酸浸出为，在硫酸溶液作用下，矿石中的重金属、铝、铁极其它伴生的金属元素被浸出转入溶液，经过滤过夜分离得到富料浸出液和不含有害元素的氧化硅粉体；具体的，所述步骤(2)中的硫酸刻蚀为，通过硫酸作用，矿石表面和内部硅骨架之间夹杂的金属元素被溶蚀掏空，得到高比表面积的硅骨架；具体的，所述步骤(2)中的硫酸活化为，在硫酸溶液作用下，矿石中起连接或平衡电价作用的阳离子被转入溶液，矿石中几乎所有的金属元素与氧原子的化学键、矿石内部的氢键和部分硅氧键被断裂，矿石内部原本稳定的结构被破坏，化学反应活性被增强；具体的，所述步骤(2)中的氧化硅粉体的细度为0～5um，具有很高的化学反应活性，在常温常压下可与氢氧化钾反应；本专利技术的另一目的在于提供一种利用硅酸盐矿物制备水溶性硅钾肥的方法制备的水溶性硅钾肥。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：(1)本专利技术首先经过硫酸的浸出、刻蚀和活化作用，可将矿石中的有害元素彻底的脱除，由此可严格把控最终所得产品中有害元素的含量，所得产品中可几乎不含有害元素铝和重金属元素，本专利技术生产所得的产品将比传统的以冶炼渣作为硅肥具有更高的质量；(2)本专利技术源于硅酸盐矿物经硫酸处理可得到常温常压下快速溶于氢氧化钾的氧化硅粉体这一新发现，所得氧化硅粉体在常温常压下即可快速溶于氢氧化钾，这意味着较低的生产成本和较低的设备要求；(2)本专利技术生产所得的产品中植物可利用的有效硅含量较以冶炼渣作为硅肥的含量更高；(3)本专利技术的工艺技术简单，很容易实现工业化。附图说明图1是本专利技术实施例提供的硅酸盐矿物制备水溶性硅钾肥的方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的高化学反应活性的氧化硅粉体的SEM和TEM图。图3是本专利技术实施例提供的氧化硅粉体在常温常压下在氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅酸盐矿物制备水溶性硅钾肥的方法，其特征在于，所述硅酸盐矿物制备水溶性硅钾肥的方法包括以下步骤：/n(1)以硅酸盐矿物作为原料，经过破碎、磨矿、筛分，得到的硅酸盐矿物粉体作为后续给料；/n(2)将硅酸盐矿物粉体通过硫酸溶液处理，应用硫酸的浸出、刻蚀、活化作用，制备得到高化学反应活性的氧化硅粉体；/n(3)将高化学反应活性的氧化硅粉体与氢氧化钾溶液进行反应，即可得水溶性硅钾肥。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅酸盐矿物制备水溶性硅钾肥的方法，其特征在于，所述硅酸盐矿物制备水溶性硅钾肥的方法包括以下步骤：
(1)以硅酸盐矿物作为原料，经过破碎、磨矿、筛分，得到的硅酸盐矿物粉体作为后续给料；
(2)将硅酸盐矿物粉体通过硫酸溶液处理，应用硫酸的浸出、刻蚀、活化作用，制备得到高化学反应活性的氧化硅粉体；
(3)将高化学反应活性的氧化硅粉体与氢氧化钾溶液进行反应，即可得水溶性硅钾肥。


2.如权利要求1所述的硅酸盐矿物制备水溶性硅钾肥的方法，其特征在于，步骤(1)中，得到的矿物粉体粒度低于0.2mm。


3.如权利要求1所述的硅酸盐矿物制备水溶性硅钾肥的方法，其特征在于，步骤(2)中，硫酸处理为1～3段常压条件下的逆流硫酸处理，硫酸处理的工艺条件为：硫酸浓度：10mol/L～18mol/L、液固比：2...

【专利技术属性】
技术研发人员：高利坤，饶兵，戴惠新，谢海云，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53