一种磷钾伴生矿制备氟硅酸钾和NPK复合肥的方法技术

本发明专利技术公开一种磷钾伴生矿制备氟硅酸钾和NPK复合肥的方法，包括如下步骤：将磷钾伴生矿研磨，随后焙烧活化；将焙烧活化后的磷钾伴生矿与盐酸混合浸出，经固液分离后得到浸出液；将浸出液补加盐酸后再循环处理下一批矿物，重复数次后固液分离，得到富集磷、钾的滤液；将获得的滤液冷却结晶、固液分离，得滤液；将滤液依次进行硫酸除钙，氨水中和除铝、铁、镁后得到精制的滤液；将所得精制滤液补磷后进行蒸发浓缩，制备出低氯NPK复合肥。本发明专利技术通过焙烧法活化钾长石，随后利用稀酸在低温下就可浸出可溶性钾，不外加氟，不会给设备及后续产品质量带来困难；同时，利用氟硅酸钾溶解度较低的特点低温结晶获得氟硅酸钾，避免出现堵塞管道问题。

【技术实现步骤摘要】
一种磷钾伴生矿制备氟硅酸钾和NPK复合肥的方法
本专利技术涉及无机化工
，尤其涉及一种磷钾伴生矿制备氟硅酸钾和NPK复合肥的方法。
技术介绍
磷肥、钾肥作为农作物的营养元素肥料，在农作物的生命代谢过程中有极其重要的作用。但在我国，磷肥、钾肥及其复合肥料的产量与用量不足，施用化肥的氮磷钾比例严重失调，其主要原因是我国磷矿与钾矿资源综合利用率低导致我国化肥生产中磷肥或含磷钾高的复合肥料比例太低。钾的提取主要来源于可溶性钾盐矿床，但我国严重缺乏。据统计，2012年世界水溶性钾盐储量折合K2O为95.52亿吨，中国2.1亿吨，约占世界总储量2.2％，主要分布在青海察尔汗盐湖和新疆罗布泊盐湖，不便于开发利用。而我国非水溶性含钾矿床储量丰富，储量超过200亿吨，多分布在中部及东部农业发达地区。因此，从非水溶性含钾矿床中经济有效地提取可溶性钾已成为当务之急。近年来，湖北宜昌地区发现储量高达8亿吨的磷钾伴生矿。该磷钾伴生矿具有天然的磷钾共生的优良特性，若能合理地利用其生产国内短缺的磷钾复合肥，可以缓解我国磷钾肥供需矛盾。因此，合理开发这一磷钾伴生矿资源，对于提升我国磷钾伴生矿资源综合利用率以及减少钾资源对外依存度有着重大意义。宜昌磷钾伴生矿主要由胶磷矿、钾长石、白云石、石英、黄铁矿和云母等组成，该矿石矿物种类较多，粒度微细，彼此间镶嵌不规则，胶磷矿晶化程度低且包含多种包裹体，这些因素决定了该矿属于难选难冶矿。特别是钾长石具有稳定的四面体结构，一般的酸、碱都难以将其分解，宜昌磷钾伴生矿综合利用的主要技术难点在于从磷钾伴生矿中高效、环保、经济地提取可溶性钾。前期课题组利用氟化钙处理钾长石取得了一些进展，但氟化物具有强腐蚀性及危险性，给实验设备及操作带来很大困难，特别是会有一部分氟进入到溶液，影响了NPK复合肥产品的质量。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供磷钾伴生矿制备氟硅酸钾和NPK复合肥的方法，用以解决现有技术中磷矿与钾矿资源综合利用率低的技术问题。本专利技术提供一种磷钾伴生矿制备氟硅酸钾和NPK复合肥的方法，包括如下步骤：(1)焙烧：将磷钾伴生矿研磨至200～400目，在300～1000℃下焙烧活化1～5小时；(2)酸浸：将焙烧活化后的磷钾伴生矿与盐酸进行混合配料，并在20～60℃下进行浸出反应，0.5～3h后固液分离，得到浸出渣和浸出液；(3)循环酸浸：将步骤(2)所得浸出液补加盐酸后再循环处理下一批矿物，待重复步骤(2)2～8次后固液分离，得到滤渣和富集磷、钾的滤液；(4)冷却结晶：将步骤(3)获得的滤液在-20～25℃下冷却结晶1～6h后固液分离，得滤液和滤渣；(5)滤液净化：将步骤(4)所得滤液依次进行硫酸除钙，氨水中和除铝、铁、镁后得到精制的滤液；(6)NPK复合肥的制备：将步骤(5)所得精制滤液补磷后进行蒸发浓缩，制备出低氯高浓度NPK复合肥。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术利用焙烧法活化钾长石，不外加氟，不会出现设备腐蚀、安全性及后续产品质量等问题，而且所使用的活化剂价廉易得。(2)本专利技术利用氟硅酸钾溶解度较低的特点首先低温结晶获得氟硅酸钾，避免出现堵塞管道问题，同时可获得氟硅酸钾产品。(3)本专利技术所用的浸出剂稀盐酸来源广泛，很多为工业副产物，解决了副产盐酸的出路问题。(4)本专利技术许多生产设备都可参照湿法磷酸、纯碱化工等无机化工行业，因此，本专利技术工艺易于实施。(5)本专利技术的工艺适用范围广，不但可以用来处理磷钾伴生矿，还可以用来处理钾长石、粘土、霞石等多种含钾矿石。附图说明图1是本专利技术提供的磷钾伴生矿制备氟硅酸钾和NPK复合肥的方法一实施方式的工艺流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，本专利技术提供了一种磷钾伴生矿制备氟硅酸钾和NPK复合肥的方法，包括如下步骤：(1)焙烧：将磷钾伴生矿研磨至200～400目，在300～1000℃下焙烧活化1～5小时；(2)酸浸：将焙烧活化后的磷钾伴生矿与盐酸进行混合配料，并在20～60℃下进行浸出反应，0.5～3h后固液分离，得到浸出渣和浸出液；(3)循环酸浸：将步骤(2)所得浸出液补加盐酸后再循环处理下一批矿物，待重复步骤(2)数次后固液分离，得到滤渣和富集磷、钾的滤液；(4)冷却结晶：将步骤(3)获得的滤液在-20～25℃下冷却结晶1～6h后固液分离，得滤液和滤渣；(5)滤液净化：将步骤(4)所得滤液依次进行硫酸除钙，氨水中和除铝、铁、镁后得到精制的滤液；(6)NPK复合肥的制备：将步骤(5)所得精制滤液补磷后进行蒸发浓缩，制备出低氯高浓度NPK复合肥。由于磷钾伴生矿中的钾长石结构稳定，一般不与氢氟酸以外的其它酸反应，酸分解钾长石的过程中一般需加入氢氟酸或是氟盐(如氟化钙)。但氟具有很强的腐蚀性及危险性，会给实验设备及操作带来很大困难，特别是有一部分氟进入到溶液，影响了NPK复合肥产品的质量。本专利技术通过焙烧法活化钾长石，随后利用稀酸在低温下就可浸出可溶性钾，不外加氟，不会给设备及后续产品质量带来困难。同时，在实验过程中专利技术人发现氟硅酸钾容易结晶析出，工程中会导致堵塞管道。因此，本专利技术利用氟硅酸钾溶解度较低的特点首先低温结晶获得氟硅酸钾，避免出现堵塞管道问题，而且得到的氟硅酸钾一部分可当作晶种返回到工艺中，一部分可当作产品出售，或者用于制备高附加值的硫酸钾、无水氟化氢、磷酸二氢钾等产品。本专利技术中，选用的磷钾伴生矿中P2O5含量2～10wt％、K2O含量4～15wt％。本专利技术中，步骤(1)中还添加钙盐、碱渣或磷石膏中的一种或多种作为活化剂，活化剂的添加量为磷钾伴生矿质量的1～20％。进一步地，钙盐为氯化钙、硫酸钙、氧化钙、碳酸钙中的一种或几种。本专利技术通过加入上述活化剂能够降低活化温度。本专利技术中，步骤(2)中所用盐酸浓度为5～20％，磷钾伴生矿与盐酸的用量为1g：(2～6)mL。本专利技术中，步骤(3)中浸出液循环利用次数为2～8次，优选为3～5次。磷钾伴生矿经盐酸处理所得浸出液离子浓度低，需要进行富集，本专利技术采用浸出液循环浸矿法来富集离子浓度，特别是P、K的浓度。但循环次数很关键，若循环次数过多，由于浸出液中的钙、镁、铁、铝的浓度也在富集，严重影响磷、钾的浓度。本专利技术中，步骤(4)中加入氟硅酸钾作为晶种，用于氟硅酸钾的冷却结晶，其添加量为10～100g/L。本专利技术中，步骤(5)中硫酸除钙具体为：按n(Ca2+)：n(SO42-)＝1：(0.8～1.2)的比例添加质量浓度为50～98％硫酸溶液，在30～90℃下反应0.5～3h；反应过程中，搅拌速率为400～1000r/min。氨水中和除铝、铁、镁具体为：使用氨水溶液调节pH至3.5沉淀除铁，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷钾伴生矿制备氟硅酸钾和NPK复合肥的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)焙烧：将磷钾伴生矿研磨至200～400目，在300～1000℃下焙烧活化1～5小时；/n(2)酸浸：将焙烧活化后的磷钾伴生矿与盐酸进行混合配料，并在20～60℃下进行浸出反应，0.5～3h后固液分离，得到浸出渣和浸出液；/n(3)循环酸浸：将步骤(2)所得浸出液补加盐酸后再循环处理下一批矿物，待重复步骤(2)2～8次后固液分离，得到滤渣和富集磷、钾的滤液；/n(4)冷却结晶：将步骤(3)获得的滤液在-20～25℃下冷却结晶1～6h后固液分离，得滤液和滤渣；/n(5)滤液净化：将步骤(4)所得滤液依次进行硫酸除钙，氨水中和除铝、铁、镁后得到精制的滤液；/n(6)NPK复合肥的制备：将步骤(5)所得精制滤液补磷后进行蒸发浓缩，制备出低氯高浓度NPK复合肥。/n

【技术特征摘要】
1.一种磷钾伴生矿制备氟硅酸钾和NPK复合肥的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)焙烧：将磷钾伴生矿研磨至200～400目，在300～1000℃下焙烧活化1～5小时；
(2)酸浸：将焙烧活化后的磷钾伴生矿与盐酸进行混合配料，并在20～60℃下进行浸出反应，0.5～3h后固液分离，得到浸出渣和浸出液；
(3)循环酸浸：将步骤(2)所得浸出液补加盐酸后再循环处理下一批矿物，待重复步骤(2)2～8次后固液分离，得到滤渣和富集磷、钾的滤液；
(4)冷却结晶：将步骤(3)获得的滤液在-20～25℃下冷却结晶1～6h后固液分离，得滤液和滤渣；
(5)滤液净化：将步骤(4)所得滤液依次进行硫酸除钙，氨水中和除铝、铁、镁后得到精制的滤液；
(6)NPK复合肥的制备：将步骤(5)所得精制滤液补磷后进行蒸发浓缩，制备出低氯高浓度NPK复合肥。


2.根据权利要求1所述磷钾伴生矿制备氟硅酸钾和NPK复合肥的方法，其特征在于，所述磷钾伴生矿中P2O5含量2～10wt％、K2O含量4～15wt％。


3.根据权利要求1所述磷钾伴生矿制备氟硅酸钾和NPK复合肥的方法，其特征在于，步骤(1)中还添加钙盐、碱渣或磷石膏中的一种或多种作为活化剂，所述活化剂的添加量为磷钾伴生矿质量的1～20％。


4.根据权利要求1所述磷钾伴生矿制备氟硅酸钾和NPK复合肥的方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵俊华，马家玉，李丽，汪铁林，宋开荣，王存文，覃远航，孟宪涛，
申请(专利权)人：襄阳泽东化工集团有限公司，武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42