[发明专利]一种自钾长石中常压下提取活性钾的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种自矿物中提取活性无机元素的方法，确切地说是一种自钾长石中提取活性钾的方法。

二、背景技术

我国钾资源并不丰富，可溶性钾资源严重不足。青海钾盐贮量1.16亿吨(KCl计)，富钾卤水矿层KCl平均品位1.29％；新疆罗布泊钾盐储量2.5亿吨(KCl计)，卤水KCl平均品位1.40％。我国人均可溶性钾盐贮量仅为世界平均水平的1/14；而施钾肥是提高作物品质最重要因素，致使不得不大量进口钾肥，目前，我国钾肥对外依存度达到80％以上。

世界已探明的水溶性钾盐主要集中在加拿大、俄罗斯、白俄罗斯、德国、以色列、约旦等少数国家，虽然世界钾盐产量大于消费量，但钾盐资源具有垄断性，可形成垄断价格。因此，提高我国钾肥自给率有极重大意义。

我国难溶性低品位钾矿储量超过50亿t K₂O(折80亿t KCl)，且广泛分布于农业生产地区。其中，以钾长石为主，我国钾长石提钾技术研究工作始于五十年代末，由于缺乏机理研究，技术开发工作进展缓慢。目前较典型的工艺路线有：(1)高温挥发法，是将钾长石、石灰石、白云石、萤石和焦碳等破碎后按比例配料入炉。炉膛温度高达1600℃，挥发出来的K₂O和炉内的CO₂作用，生成K₂CO₃。(2)高温烧结法，是将钾长石、添加剂混合磨细，在高温炉内熔融焙烧达到提钾的目的，温度在1000℃左右。(3)氟分解法，是用氟化物或含氟助剂在无机酸介质中，于200℃以下分解钾长石，过程副反应产物氟硅酸钾不溶于水，同时，氟腐蚀比较严重。(4)微生物分解法，是利用微生物细菌等辅料与钾长石发生生化反应。该法优点在于流程短，无三废排放。但菌种的繁殖能力和生命力较弱，难以在自然条件下存活，还需要采用基因工程进一步筛选和培养新的菌株。(5)水热反应法，是于200℃左右，添加剂与钾长石在水热条件下反应，需要加压设备。

申请人对钾长石进行了基础研究，从而对钾长石的结构和性质有了深入的认识。钾长石中的铝和硅均与氧组成配位四面体，形成牢固的四面体网络结构，其化学性质极稳定，常温下除氢氟酸外不被任何酸碱所分解。但钾长石结构中明显地存在有较大的空隙，在一定的条件下，Ca²⁺、Na⁺等可取代钾长石结构中的变网离子K⁺。

三、发明内容

本发明运用离子交换这一反应机理将钾长石中的钾转变为能被作物吸收的活性钾，其目的是开发利用低品位的钾长石，所要解决的技术问题是在常压、无氟和敞开体系中实现离子交换。

本发明以无机盐作离子交换剂以置换钾长石中的钾，设计的方案是钾长石和无机盐在稀酸溶液和溶胀的高吸水树脂网络体系中完成置换反应并实现有效分离。

本发明的技术方案包括原料钾长石矿石的粉碎以及混合、溶胀、反应、浸提、分离、浓缩和干燥等单元过程，所述的混合是指矿粉、无机盐和高吸水树脂依次按1∶5～12∶0.05～0.25的质量比研磨混合得到混合料；所述的溶胀就是向混合料中加入浓度为1～7wt％的无机酸，固液质量比以矿粉计为1∶20～50；所述的反应是150～250℃下搅拌1～4小时；反应结束后加水稀释浸提出被置换的钾，最后分离、除去交换剂后浓缩、干燥，得到K₂O≥25％的钾肥。

混合料的混合比优选矿粉：无机盐：高吸水树脂为1∶6～10∶0.10～0.20。

无机酸的浓度优选2～6wt％，固液比以矿粉计优选1∶25～45。

反应温度优选200～250℃反应2～3小时。

高吸水树脂优选聚丙烯酸系列或/和聚丙烯酰胺系列高吸水树脂。无机盐选自氯化钙或氯化钠或硫酸钠。

无机酸优选磷酸。

高吸水树脂具有体型网络结构，可吸附自身重量数百倍乃至千倍以上的水而溶胀，水被网络吸附即使挤压也不流失，在100℃以上也不会汽化，可构成常压下100℃～250℃且开放(敞口)的水热反应体系，从而使无机盐在常压下置换出钾长石中的钾。这一过程可由下式表示：

本方法与现有技术的比较优势是，现有技术都是在高温下或中低温封闭体系中进行，中低温体系中往往需要使用含氟助剂。本方法不使用含氟助剂，利用高吸水材料吸水后溶胀形成的高分子网络内水沸点升高原理，实现中低温常压敞开体系自钾长石中提钾制钾肥的目的。钾长石中钾提取率≥70％。本方法为开发利用我国低品位钾长石矿物开辟了一条新途径。

四、具体实施方法

非限定实施例叙述如下

1、原料准备