[发明专利]一种磷钾伴生矿的多元素综合利用工艺

说明书

本发明公开了一种磷钾伴生矿的多元素综合利用工艺，首先采用含氟化合物作为添加助剂并在酸性条件下实现磷钾伴生矿的低温浸出反应，得二氧化硅滤渣和浸出液；所得浸出液再依次进行除钙、盐酸蒸馏、中和反应步骤，得硫酸钙滤渣、沉铁滤渣、沉铝滤渣、沉镁滤渣和滤液；所得滤液再经补磷和蒸发浓缩，得高浓度NPK复合肥。本发明采用含氟化合物作为添加助剂，盐酸作为浸取剂来处理磷钾伴生矿，利用氟盐和酸反应原位生成氢氟酸的方式分解钾长石，有效实现磷钾伴生矿的全分解、全分离和全利用过程，具有能耗低、元素浸出率高和后续处理工艺简单等优点；处理工艺中无三废排放问题；且涉及的工艺简单，反应条件温和，易于实施，适合推广应用。

技术领域

本发明涉及磷无机化工领域，具体涉及一种磷钾伴生矿的多元素综合利用工艺。

背景技术

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。

目前国内外有关利用磷钾伴生矿提钾的研究报道还比较少，但钾长石提钾已有一些公开的报道。钾长石提取钾的方法主要包括高温挥发法、高温烧结法、水热法、微生物分解法及氟分解法等。高温挥发法是将钾长石、石灰石、白云石、萤石和焦炭等按比例配料高温反应，挥发出来的K₂O和炉内的CO₂生成K₂CO₃，但该方法能耗高、钾回收率低。高温烧结法是将钾长石、添加剂混合后熔融焙烧，此方法也是能耗高，而且烧结后难以处理。水热法是将将钾长石、添加剂、碱在水热条件下进行反应，与高温烧结法相比，该法能耗有所降低，但存在钾浸出率低(<85％)，反应得到的残渣(如铝硅酸钙)量大且难以大规模利用等问题。微生物分解法是用微生物细菌等代谢物与钾长石发生生化反应，该方法流程简单且无三废排放问题，但存在钾回收率低，菌种选育困难，驯化难度大等缺点。

磷钾伴生矿中，一般含P₂O₅6-12wt％，K₂O 5-9wt％，若要作为磷矿或钾矿使用，需要进行浮选富集。浮选法目前存在成本高、产生大量尾矿无法利用及有些浮选药剂进入到生产流程中而影响正常生产等问题。除P₂O₅、K₂O外，磷钾伴生矿还包括SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃、MgO等，如对除磷、钾以外的元素不加以利用而丢弃，则是对资源的极大浪费。目前磷钾伴生矿利用大多局限于K₂O、P₂O₅的提取，因此，进一步探索可综合利用磷钾伴生矿多种元素的工艺，具有重要的实际应用意义。