本發(fā)明屬于無機鹽制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地講，涉及一種硝酸鉀的制備方法。
背景技術(shù)：
：我國是一個農(nóng)業(yè)大國，鉀肥作為一種重要的戰(zhàn)略農(nóng)資，事關(guān)國家的糧食供給安全。目前，我國農(nóng)作物鉀肥市場年需求量約為460萬噸(以K2O計)，加上工業(yè)用鉀和合理庫存，總的鉀鹽年需用量約為649萬噸。預計到2020年，我國僅農(nóng)作物鉀肥市場需求量就可達到1000萬噸。目前，我國鉀肥生產(chǎn)能力有限，年生產(chǎn)量僅為320萬噸左右(以K2O計)，無法滿足國內(nèi)市場的需求，每年鉀肥需求量的30％左右需要進口；同時，我國可溶性鉀鹽資源嚴重短缺，鉀資源總體儲量以K2O計為1.36億噸，僅占全球儲量的1.64％。我國富鉀巖石(即以K2O計時，含鉀量不低于8％的硅酸鹽類礦物)資源十分豐富，其儲量遠大于可溶性鉀鹽資源，具有種類多、分布范圍廣等特點，在火山巖、沉積巖、變質(zhì)巖中都有存在，含鉀巖石分布廣泛，具有發(fā)展鉀肥的有利條件。如南方的貴州地區(qū)含鉀巖石礦點就有近百個，有十余個礦點的儲量達到千萬噸以上，僅銅仁礦帶的儲量就超過50億噸。隨著鉀肥產(chǎn)能的逐步擴大，40年后，我國可溶性鉀礦將面臨資源枯竭的嚴重問題。據(jù)相關(guān)專家預計，僅貴州萬山不可溶鉀巖資源，至少可以開采500年。因此，利用富鉀巖石資源生產(chǎn)鉀肥勢在必行。硝酸鉀為一種無氯的氮、鉀二元復合肥，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的用途，世界上硝酸鉀的產(chǎn)量大部分均用于農(nóng)業(yè)。硝酸鉀施用于煙草，具有肥效高，易吸收，促進幼苗早發(fā)，增加煙草產(chǎn)量等優(yōu)點，對于提高煙草品質(zhì)有著重要作用。除去農(nóng)業(yè)方面的用途，硝酸鉀在食品、陶瓷、醫(yī)藥和軍事等行業(yè)領(lǐng)域也有廣泛的應用。目前，利用富鉀巖石制備硝酸鉀的工藝均需經(jīng)過多步轉(zhuǎn)化，首先分解富鉀巖石，得到氫氧化鉀、或六氟硅酸鉀、或碳酸鉀等富鉀溶液，再經(jīng)硝酸中和、或者堿分解、或硝酸鈣復分解等工序，才可得到硝酸鉀溶液。現(xiàn)有技術(shù)中的方法不但工藝繁瑣，而且其中用到酸堿中和或其他復分解反應，存在原料成本高的問題，同時產(chǎn)生了更多的工業(yè)廢渣，極大地增加了工藝成本。技術(shù)實現(xiàn)要素：為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種硝酸鉀的制備方法，其以富鉀巖石為原料，通過兩次浸取即可獲得硝酸鉀水溶液，工藝簡單、能耗低、且綠色環(huán)保。為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：一種硝酸鉀的制備方法，包括步驟：A、將硝酸鹽與堿性共熔助劑混合均勻并加熱至不超過300℃，進行熔融，獲得第一混合物；其中，所述硝酸鹽與所述堿性共熔助劑的質(zhì)量之比不小于3:1；B、將富鉀巖石粉碎并置于所述第一混合物中，繼續(xù)加熱至不超過600℃，并保溫6h～24h，獲得第二混合物；其中，所述富鉀巖石是指將富鉀巖石中的含鉀化合物轉(zhuǎn)化為K2O的形式后，所述K2O的質(zhì)量百分數(shù)不低于8％的硅酸鹽礦物；C、將所述第二混合物冷卻至100℃～120℃后向其中通入水，獲得第三混合物，使所述第三混合物在50℃～90℃下保溫6h～36h，固液分離，獲得第一濾渣和第一濾液；D、所述第一濾液經(jīng)濃縮、冷卻，析出硝酸鉀。進一步地，所述堿性共熔助劑選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化鋰、氫氧化鎂、氫氧化鋇、氫氧化鍶、氧化鈣、氧化鎂、碳酸鈣、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鎂、堿式碳酸鎂中的至少一種。進一步地，所述硝酸鹽選自硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋰、硝酸鎂、硝酸鈣、硝酸鍶、硝酸鋇、硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸錳、硝酸鈮、硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸銅、硝酸鋅、硝酸鎘、硝酸鋁、硝酸鉛、硝酸鉍、硝酸錫、硝酸鎵、硝酸鉬中的至少一種。進一步地，在所述步驟B中，所述富鉀巖石粉碎至50目～400目。進一步地，所述富鉀巖石與所述第一混合物的質(zhì)量之比為1:2～2:1。進一步地，所述水與所述第二混合物的質(zhì)量之比為1:2～2:1。進一步地，在所述步驟D中，所述第一濾液經(jīng)濃縮、冷卻至-20℃～40℃，析出所述硝酸鉀。進一步地，所述硝酸鉀析出后，分離所述第一濾液，獲得第二濾液，所述第二濾液經(jīng)蒸發(fā)分離，獲得第三濾渣，所述第三濾渣并入所述步驟A中。進一步地，所述步驟C還包括：對所述第一濾渣進行洗滌并獲得洗滌液，所述洗滌液并入所述第一濾液中。進一步地，所述富鉀巖石為鉀長石、白榴石、海綠石、伊利石、含鉀砂頁巖中的至少一種。本發(fā)明首先采用硝酸鹽與堿性共熔助劑熔融共混獲得第一混合物，即可浸取富鉀巖石中的鉀，然后通過水浸及固液分離，即可獲得硝酸鉀溶液，最后通過濃縮、冷卻等操作即可獲得硝酸鉀，制備方法簡單，熔融過程加熱溫度不超過600℃，相比現(xiàn)有技術(shù)中的高溫熔鹽反應，大幅度降低了工藝能耗，從而降低了制備成本；與此同時，相比現(xiàn)有技術(shù)中的制備方法，本發(fā)明的制備方法還避免了繁瑣的中和、酸浸、分解等操作，且富鉀巖石不發(fā)生分解，所有水溶性鹽類均實現(xiàn)了循環(huán)利用，工藝綠色環(huán)保。本發(fā)明除具有一般的低溫熔鹽體系的優(yōu)點外，由于堿性共熔助劑的加入，反應速率大為加快，相對于單純的低溫熔鹽體系，在保持較高鉀離子浸出率的條件下，反應時間可大為縮短，有效地提高了生產(chǎn)效率，同時降低了生產(chǎn)成本。具體實施方式以下，將詳細描述本發(fā)明的實施例。然而，可以以許多不同的形式來實施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應該被解釋為限制于這里闡述的具體實施例。相反，提供這些實施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實施例和適合于特定預期應用的各種修改。將理解的是，盡管在這里可使用術(shù)語“第一”、“第二”等來描述各種物質(zhì)，但是這些物質(zhì)不應受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用于將一個物質(zhì)與另一個物質(zhì)區(qū)分開來。本發(fā)明公開了一種利用富鉀巖石來制備硝酸鉀的方法；所述富鉀巖石是指其中鉀含量(以K2O的質(zhì)量百分數(shù)計)不低于8％的礦物，也就是說，將該富鉀巖石中的以各種形式賦存的含鉀化合物轉(zhuǎn)化為K2O的形式后，K2O的質(zhì)量百分數(shù)不低于8％的硅酸鹽礦物，如鉀長石、白榴石、海綠石、伊利石、含鉀砂頁巖等主要成分為硅酸鹽的礦物。所述一種硝酸鉀的制備方法包括如下步驟：在步驟一中，將硝酸鹽與堿性共熔助劑混合并加熱至不超過300℃，進行熔融，獲得第一混合物。具體地，硝酸鹽與堿性共熔助劑的質(zhì)量之比不低于3:1。具體地，所述硝酸鹽選自硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋰、硝酸鎂、硝酸鈣、硝酸鍶、硝酸鋇、硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸錳、硝酸鈮、硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸銅、硝酸鋅、硝酸鎘、硝酸鋁、硝酸鉛、硝酸鉍、硝酸錫、硝酸鎵、硝酸鉬中的至少一種；優(yōu)選自硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋰、硝酸鎂、硝酸鈣、硝酸錳、硝酸鐵、硝酸鋅、硝酸鋁、硝酸鉛中的至少一種。堿性共熔助劑選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化鋰、氫氧化鎂、氫氧化鋇、氫氧化鍶、氧化鈣、氧化鎂、碳酸鈣、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鎂、堿式碳酸鎂中的至少一種；優(yōu)選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化鎂、氧化鈣、氧化鎂中的至少一種。值得說明的是，堿性共熔助劑應當在與硝酸鹽混合熔融的過程中不發(fā)生分解，同時，也不得與上述硝酸鹽之間發(fā)生沉淀等反應，其作用僅在于在第一混合物中提供一堿性環(huán)境，從而方便其中呈熔融狀態(tài)的硝酸鹽浸出富鉀巖石中的鉀離子。在步驟二中，將富鉀巖石粉碎并置于第一混合物中，繼續(xù)加熱至不超過600℃，并保溫6h～36h，獲得第二混合物。具體地，富鉀巖石與第一混合物的質(zhì)量之比為1:2～2:1。優(yōu)選地，所述富鉀巖石粉碎至50目～400目，以獲得更好的浸取效果。在步驟三中，將第二混合物冷卻至100℃～120℃后向其中通入水，獲得第三混合物，并使該第三混合物在50℃～90℃下保溫6h～36h，固液分離，獲得第一濾渣和第一濾液。具體地，水與第二混合物的質(zhì)量之比為1:2～2:1。優(yōu)選地，為減少浪費，可以以水作為洗滌劑，對所述第一濾渣進行洗滌，再將所獲得的洗滌液并入第一濾液中。在步驟四中，第一濾液經(jīng)蒸發(fā)、濃縮、并冷卻至-20℃～40℃，硝酸鉀析出，固液分離后，所得固相即為硝酸鉀。值得說明的是，所述堿性共熔助劑會造成富鉀巖石中鋁離子、鐵離子等雜質(zhì)離子的部分游離，從而在第二混合物中產(chǎn)生絮狀物；因此，當硝酸鉀析出后，固液分離具體采用如下方法：首先采用旋流分離除去第三混合物中的絮狀物，然后采用如靜置瀝出—板框式壓濾—離心分離等任意方法最終實現(xiàn)固液分離，以獲得固相的硝酸鉀。在獲得固相的硝酸鉀的同時，還獲得了第二濾液，第二濾液經(jīng)蒸發(fā)分離，獲得第三濾渣。值得說明的是，當?shù)谝蝗廴谖镉上跛猁}和堿性共熔助劑混合熔融獲得，此時第三濾渣主要為所述硝酸鹽和堿性共熔助劑，可將二者按照步驟一中的比例重新進行配置并循環(huán)利用；也就是說，所述第三濾渣并入步驟一中加以循環(huán)利用。以下，將參照具體的實施例對根據(jù)本發(fā)明的硝酸鉀的制備方法進行詳細的描述，為方便對各實施例進行對比，以表格的形式分析對比各實施例。實施例1-5在不同實驗參數(shù)下的對比結(jié)果如表1所示。表1根據(jù)本發(fā)明的實施例1-5在不同實驗參數(shù)下的對比值得說明的是，在實施例2中，硝酸鹽為帶有結(jié)晶水的四水硝酸鈣和硝酸鈉，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過簡單換算，算得四水硝酸鈣中硝酸鈣的含量為56.2g左右，由此算得硝酸鹽與堿性共熔助劑的質(zhì)量之比為3:1，且由于四水硝酸鈣中的結(jié)晶水會在熔融過程中逸出，由此獲得的第一混合物的質(zhì)量為100g左右，即保證了在本實施例中第一混合物與富鉀巖石的質(zhì)量之比為2:1；同理，在實施例4中，硝酸鹽為六水硝酸鎂和硝酸鋅，算得六水硝酸鎂中硝酸鎂為45g左右，熔融過程中六水硝酸鎂中的結(jié)晶水逸出，由此獲得的第一混合物的質(zhì)量為100g左右，即保證了在本實施例中第一混合物與富鉀巖石的質(zhì)量之比為2:1。對上述實施例1-5的硝酸鉀的制備方法的硝酸鉀的平均收率進行了統(tǒng)計，如表2所示。表2實施例1-5的制備方法中硝酸鉀的平均收率實施例12345硝酸鉀平均收率＞80％＞70％＞50％＞65％＞80％根據(jù)本發(fā)明的實施例的硝酸鉀的制備方法采用低溫熔鹽體系(即第一混合物)在不超過600℃的條件下浸取富鉀巖石中的鉀離子，該低溫熔鹽體系對于富鉀巖石這類硅酸鹽型巖石具有良好的浸潤性，其可與富鉀巖石粉體顆粒表面充分接觸，而第一混合物中高濃度的金屬陽離子具有極高的交換活性，可在不破壞富鉀巖石的骨架結(jié)構(gòu)的情況下獲得較高的鉀離子浸出率；較低的制備溫度可有效降低提鉀過程中的能耗，降低了制備成本。與此同時，本發(fā)明的制備方法通過兩次在不同溫度下的浸取可直接得到硝酸鉀水溶液，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的制備方法，工藝簡單，無需繁瑣的中和、酸浸或其他復分解等轉(zhuǎn)化反應。另外，本發(fā)明所用原料為硝酸鹽、堿性化合物及富鉀巖石，所得產(chǎn)物為硝酸鉀及置換所產(chǎn)生的硅酸鹽類；反應過程中富鉀巖石不發(fā)生結(jié)構(gòu)分解反應，所有水溶性鹽類均實現(xiàn)了循環(huán)利用，工藝綠色環(huán)保。本發(fā)明除具有低溫熔鹽體系的優(yōu)點外，由于堿性共熔助劑的加入，反應速率大為加快，相對于一般的單純的低溫熔鹽體系，在保持較高鉀離子浸出率的條件下，反應時間可大為縮短，有效地提高了生產(chǎn)效率，同時降低了生產(chǎn)成本。雖然已經(jīng)參照特定實施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解：在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在此進行形式和細節(jié)上的各種變化。當前第1頁1 2 3