明矾石矿加压热碱浸提钾工艺研究

姚春伟，魏成江，谢云漫，王宏力，武 臻

(1.中国平煤神马集团，河南平顶山 467000 ;2.昊华宇航化工有限责任公司，河南焦作 454002 ;3.河南省化工研究所有限责任公司，河南 郑州 450052)

0 引言

我国钾盐资源比较匮乏，仅有青海盐湖和一些地方性零星钾矿，远远满足不了工农业发展的需要，并且中低品位钾矿石储量较大，其不溶性含钾矿石分布范围很广，加工技术较可溶性钾盐矿复杂得多，目前钾资源大规模用于工业化生产还不多;明矾石矿中的钾多以复合矿物盐状态存在，因此，对中低品位明矾石矿的开发利用具有广阔的应用前景，通过合理的加工工艺提取，产品的应用价值和经济价值将会有大幅提高。

1 实验部分

1.1 原料及试剂

澳洲钱德勒湖明矾石矿;氨水(28%);硫酸铵、硫酸钾(分析纯);去离子水。

1.2 仪器及设备

GSH 型磁力驱动高压反应釜250 mL，威海化机有限公司;原子吸收光谱仪，普析通用TAS -986F;循环水式真空泵，SHB -Ⅲ型;真空干燥箱，DZF -6020 型。

1.3 实验原理

由于明矾石矿中的钾多以复合矿物盐状态存在，通常采用高温焙烧的方法使其转化为硫酸钾，但如何解决生产中能耗、原材料消耗(碱耗和矿耗)、环保、生产成本等问题，还需进一步深入研究。采用加压、加热、碱浸方法是解决上述问题的一种有效的方法，反应方程式为［1］:

1.4 实验过程

将明矾石矿56 g、硫酸铵16 g、硫酸钾6 g、氨水(不同的用量)混合后，投入高压反应釜中，加热到160 ℃，当压力达到实验要求开始计时，反应结束后用热去离子水洗涤2～3 次，冷却到室温，测定滤液中的钾含量，计算出明矾石矿中钾的浸出率。

2 结果与讨论

2.1 原料分析结果

元 素含量:Al，14.20%(Al2O3:26.84%);K，5.66%(K2O:6.82%);S，8. 22%(SO4:20. 55%);Si，10.70%(SiO2:22.86%)。

矿物组成:明矾石KAl3(SO4)2(OH)6，60%;高岭石Al4(SiO10). (OH)8，10%;食盐NaCl 10%;钾长石KAlSi3O8，3%～5%;斜长石NaAlSi3O8，3%～5%;石英SiO2，5%;伊利石，6%。

2.2 反应压力对浸出率的影响

反应压力对浸出率的影响如表1 所示。由表1可以看出，采用加压、加热、减浸出方法时，当压力大于2MPa 恒定后，对浸出率的影响不大。

表1 反应压力对浸出率的影响

2.3 氨水用量对浸出率的影响

氨水用量在该工艺中对浸出率的影响比较大，由于在浸出过程中涉及到明矾石矿中其他矿物，氨水的用量会随之增加，这对钾的提取有利，但加入量达到150 g 后，钾的浸出率变化趋势基本平缓，过量的加入氨水，会对后处理工段造成麻烦。

表2 氨水用量对浸出率的影响

2.4 反应时间对浸出率的影响

反应时间对浸出率的影响如表3 所示。从表3可以看出，对高压反应的时间控制在3 h 以内，反应基本完成，延长反应时间将影响设备产能和能源消耗。

表3 反应时间对浸出率的影响

2.5 优化工艺条件

综合分析并结合经济效益考虑，低品位明矾石矿的加压、加热减浸提钾工艺过程中的较佳工艺条件为:反应釜压力3.5 MPa，反应温度160 ℃，反应时间3 h，氨水用量268 g/(100 g 明矾石矿)。

3 结论

①低品位明矾石矿提取钾资源时，采用加压、加热减浸工艺，浸取率可以达到85%以上;②该研究对低品位钾矿石的开发利用提供了理论支持;③各地区的钾矿石从品位到矿岩结构不尽相同，投资决策和经济效益分析应该慎重。

［1］ 天津化工研究院等. 无机盐工业手册(下册)［M］. 北京:化学工业出版社，1981.