一种明矾石制备钾肥及氢氧化铝的方法技术

本发明专利技术涉及一种明矾石制备钾肥及氢氧化铝的方法，包括如下步骤：选取明矾石；氨溶脱钾；脱钾液分离；钾肥制备；硫酸氢铵浸出；浸出液沉铝；硫酸铵溶液浓缩结晶；硫酸铵分解与氨水制备。本发明专利技术明矾石不需煅烧，与需要煅烧的方法相比，全湿法成本低、能耗低，符合我国碳减排政策。反应体系为碱性和弱酸体系，设备防腐要求低，成熟可靠，利于产业化。

【技术实现步骤摘要】
一种明矾石制备钾肥及氢氧化铝的方法
本专利技术涉及明矾石矿物元素分离及利用的方法，尤其涉及一种明矾石制备钾肥及氢氧化铝的方法。
技术介绍
在我国国民生产中，明矾石是我国优势非金属矿产，不仅可制取明矾，还是发展钾肥工业，化学工业，轻纺工业，建材工业的重要矿产资源。明矾石的应用遍及化工、制药、食品加工、机械、电子、农业、畜牧业及科研等40多个行业，具有超过200种的用途，是一种重要的化工原料。目前，国内外对明矾石的开发大多数着眼于提取铝、钾、硫。苏联、墨西哥等比较重视利用明矾石非铝土矿资源提取氧化铝的技术研究与推广，已取得大量的研究成果并在实际中推广使用。我国明矾石储量居世界第三位，已查明矾石储量在3亿吨以上。其中，浙江矿物储量为全国第一，其累计探明储量为2.34亿吨，保有储量为2.23亿吨。安徽第二，为5866万吨；福建第三，为1671万吨。此外，山东、江苏、甘肃等省均有少量产出。我国是农业大国，钾盐对我国至关重要，但我国钾矿贫乏，仅占世界总储量的1.63％，尽管我国水溶性钾盐资源贫乏，但我国非水溶性钾矿资源丰富且种类繁多，如钾长石、明矾石、伊利石、富钾页岩等，而且储量巨大，保守估计其资源总量超过200亿吨。如果此类非水溶性钾矿资源得以规模化高值利用，是解决我国钾肥短缺的有效途径。明矾石综合利用的工艺路线主要有以下几种：还原热解法、卡伦尼特酸法、UG法、酸碱法、硫酸铵分解法和热压浸出法等。上世纪70年代末，苏联基洛瓦巴德铝厂采用硫磺作为还原剂进行了工业化生产，但还原焙烧温度较高，能耗大，环境问题突出，经济性差。热压浸出法（201010224456.8）采用氢氧化钾在100-300℃条件下进行热压浸出，使明矾石中的铝、钾及部分硅都进入溶液，经过脱硅后，再用硫酸中和铝酸钾得到氢氧化铝和硫酸钾溶液，该方法虽然得到了氧化铝和硫酸钾（钾肥），但使用高价的氢氧化钾为原料，通过酸碱中和，得到价格低的硫酸钾，从经济性上无疑是不合适的。其它方法均需要对明矾石进行煅烧脱水，激发其活性，才能提取其铝和钾，煅烧脱水成本高，经济性差。所以，目前明矾石提取铝和钾的技术均未工业化实施。
技术实现思路
专利技术目的为解决上述技术问题本专利技术提供一种明矾石制备钾肥及氢氧化铝的方法的方法，不需明矾石煅烧脱水活化，可实现高效钾和铝硅的分离，再对脱钾后的铝硅固相采用硫酸氢铵溶液浸出制备氢氧化铝，实现明矾石铝和钾的提取和利用制备钾肥及氢氧化铝。技术方案一种明矾石制备钾肥及氢氧化铝的方法，包括如下步骤：步骤一，选取明矾石：选取100目以下的机械活化后的明矾石粉体；步骤二，氨溶脱钾：将选取的明矾石粉体与氨水溶液混合，在50-200℃下反应5-120分钟进行脱钾，钾以硫酸钾的形式进入液相；步骤三，脱钾液分离：氨溶钾后的浆液固液分离洗涤，液相为硫酸铵和硫酸钾溶液，固相为脱钾固相；步骤四，钾肥制备：脱钾液相经过蒸发结晶干燥，得到硫酸钾固相和硫酸铵溶液，硫酸铵溶液与步骤六得到的硫酸铵混合；步骤五，硫酸氢铵浸出：脱钾固相主要成分为氧化铝和氧化硅，与步骤八得到的硫酸氢铵混合浸出，使固相中的铝元素进入液相，经固液分离后得到含有硫酸铝铵溶液以及氧化硅固体，实现铝元素与硅元素的分离；步骤六，浸出液沉铝：向浸出液中加入步骤八制备的氨水或氨气进行沉铝，生成氢氧化铝沉淀和硫酸铵溶液，固液分离洗涤后得到氢氧化铝产品和硫酸铵溶液；步骤七，硫酸铵溶液浓缩结晶：步骤四和步骤六得到的硫酸铵混合后，进行浓缩结晶得到硫酸铵晶体；步骤八，硫酸铵分解与氨水制备：硫酸铵晶体经过加热分解为氨气和硫酸氢铵，硫酸氢铵返回步骤五循环使用，氨气制备成氨水或直接加压返回步骤二进行氨溶脱钾，返回步骤六进行沉铝，实现全流程硫酸铵的循环。进一步的，所述步骤一中机械活化为高频粉磨、高能球磨或切割泵磨中的一种。进一步的，所述步骤二中氨水浓度为10-30%。进一步的，所述步骤三中固液分离采用沉降分离、过滤分离或离心分离中的一种。进一步的，所述步骤四中蒸发结晶的蒸发步骤采用一效或二效蒸发器中的一种，结晶步骤采用锥底结晶器使硫酸钾结晶析出并通过结晶器锥底进行初步浓缩。进一步的，所述步骤五中混合浸出所使用的硫酸氢铵质量浓度为20-70%，浸出温度为80-200℃，浸出时间为10-180分钟。进一步的，所述步骤六中浸出液沉铝温度为25-95℃，沉铝时间为0.5-10小时。进一步的，所述步骤七中浓缩结晶为多效蒸发、电渗析浓缩或MVR蒸发中的一种。进一步的，所述步骤二中氨溶脱钾为保证反应体系氨水浓度的均匀，采用多级氨气通入装置，多级氨气通入装置包括液氮储罐和反应器，液氮储罐的出气口连接有氨气主管道，氨气主管道连接有多个竖直向下的氨气分管道，每个氨气分管道上设有控制阀，每个氨气分管道的底部皆位于反应器的内侧并且高度不同，氨气分管道的管尾端整体为圆台的形状，管尾端任意竖截面两侧边的夹角为45°-150°。进一步的，所述氨气主管道和氨气分管道之间连接有单向阀，单向阀包括有外阀管，外阀管的内侧上端固定有内部中空的内固定块，外阀管的内侧并且位于内固定块的下端设有内滑块，内滑块的下侧设有限位台，内滑块能够在内固定块和限位台之间上下滑动，内滑块的内部是中空的，并且和下端连通，内滑块的内部下端和限位台之间设有呈部分压缩状态的弹簧，内滑块的周侧上部的直径小于周霞下部的直径，并且内滑块的周侧上部设有连通内滑块内部的气孔，内固定块的下端顶在内滑块的上端。优点及效果本专利技术明矾石不需煅烧，与需要煅烧的方法相比，全湿法成本低、能耗低，符合我国碳减排政策。反应体系为碱性和弱酸体系，设备防腐要求低，成熟可靠，利于产业化。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图；图2为多级氨气通入装置整体结构示意图；图3为氨气分管道俯视位于反应器内位置的示意图；图4为氨气分管道的管尾端结构示意图；图5为单向阀及连接处剖视结构示意图。附图标记说明：1.液氮储罐、2.氨气主管道、3.氨气分管道、4.管尾端、5.反应器、6.控制阀、7.弧形坡、8.单向阀、81.外阀管、82.内滑块、83.内固定块、84.螺丝、85.弹簧、86.气孔、87.橡胶垫、88.限位台。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：如图1所示，直观的显示出了本专利技术一种明矾石制备钾肥及氢氧化铝的方法的工艺流程。一种明矾石制备钾肥及氢氧化铝的方法，包括如下步骤：步骤一，选取明矾石：选取100目以下的机械活化后的明矾石粉体，如没有现成符合要求的明矾石粉体，则对明矾石进行破碎和机械活化，粒径磨至100目以下；机械活化为高频粉磨、高能球磨或切割泵磨中的一种；步骤二，氨溶脱钾：将选取的明矾石粉体与氨水溶液混合，氨水浓度为10-30%，在50-200℃下反应5-120分钟进行脱钾，钾以硫酸钾的形式进入液相；步骤三，脱钾液分离：氨溶钾后的浆液采用沉降分离、过滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种明矾石制备钾肥及氢氧化铝的方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤一，选取明矾石：选取100目以下的机械活化后的明矾石粉体；/n步骤二，氨溶脱钾：将选取的明矾石粉体与氨水溶液混合，在50-200℃下反应5-120分钟进行脱钾，钾以硫酸钾的形式进入液相；/n步骤三，脱钾液分离：氨溶钾后的浆液固液分离洗涤，液相为硫酸铵和硫酸钾溶液，固相为脱钾固相；/n步骤四，钾肥制备：脱钾液相经过蒸发结晶干燥，得到硫酸钾固相和硫酸铵溶液，硫酸铵溶液与步骤六得到的硫酸铵混合；/n步骤五，硫酸氢铵浸出：脱钾固相主要成分为氧化铝和氧化硅，与步骤八得到的硫酸氢铵混合浸出，使固相中的铝元素进入液相，经固液分离后得到含有硫酸铝铵溶液以及氧化硅固体，实现铝元素与硅元素的分离；/n步骤六，浸出液沉铝：向浸出液中加入步骤八制备的氨水或氨气进行沉铝，生成氢氧化铝沉淀和硫酸铵溶液，固液分离洗涤后得到氢氧化铝产品和硫酸铵溶液；/n步骤七，硫酸铵溶液浓缩结晶：步骤四和步骤六得到的硫酸铵混合后，进行浓缩结晶得到硫酸铵晶体；/n步骤八，硫酸铵分解与氨水制备：硫酸铵晶体经过加热分解为氨气和硫酸氢铵，硫酸氢铵返回步骤五循环使用，氨气制备成氨水或直接加压返回步骤二进行氨溶脱钾，返回步骤六进行沉铝，实现全流程硫酸铵的循环。/n...

【技术特征摘要】
1.一种明矾石制备钾肥及氢氧化铝的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，选取明矾石：选取100目以下的机械活化后的明矾石粉体；
步骤二，氨溶脱钾：将选取的明矾石粉体与氨水溶液混合，在50-200℃下反应5-120分钟进行脱钾，钾以硫酸钾的形式进入液相；
步骤三，脱钾液分离：氨溶钾后的浆液固液分离洗涤，液相为硫酸铵和硫酸钾溶液，固相为脱钾固相；
步骤四，钾肥制备：脱钾液相经过蒸发结晶干燥，得到硫酸钾固相和硫酸铵溶液，硫酸铵溶液与步骤六得到的硫酸铵混合；
步骤五，硫酸氢铵浸出：脱钾固相主要成分为氧化铝和氧化硅，与步骤八得到的硫酸氢铵混合浸出，使固相中的铝元素进入液相，经固液分离后得到含有硫酸铝铵溶液以及氧化硅固体，实现铝元素与硅元素的分离；
步骤六，浸出液沉铝：向浸出液中加入步骤八制备的氨水或氨气进行沉铝，生成氢氧化铝沉淀和硫酸铵溶液，固液分离洗涤后得到氢氧化铝产品和硫酸铵溶液；
步骤七，硫酸铵溶液浓缩结晶：步骤四和步骤六得到的硫酸铵混合后，进行浓缩结晶得到硫酸铵晶体；
步骤八，硫酸铵分解与氨水制备：硫酸铵晶体经过加热分解为氨气和硫酸氢铵，硫酸氢铵返回步骤五循环使用，氨气制备成氨水或直接加压返回步骤二进行氨溶脱钾，返回步骤六进行沉铝，实现全流程硫酸铵的循环。


2.根据权利要求1所述的明矾石制备钾肥及氢氧化铝的方法，其特征在于：所述步骤一中机械活化为高频粉磨、高能球磨或切割泵磨中的一种。


3.根据权利要求1所述的明矾石制备钾肥及氢氧化铝的方法，其特征在于：所述步骤二中氨水浓度为10-30%。


4.根据权利要求1所述的明矾石制备钾肥及氢氧化铝的方法，其特征在于：所述步骤三中固液分离采用沉降分离、过滤分离或离心分离中的一种。


5.根据权利要求1所述的明矾石制备钾肥及氢氧化铝的方法，其特征在于：所述步骤四中蒸发结晶的蒸发步骤采用一效或二效蒸发器中的一种，结晶步骤采用锥底结晶器使硫酸钾结晶析出并通过结晶器锥底进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：李来时，吴玉胜，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21