專利名稱：利用微波/超聲波輔助低溫浸出磷鉀伴生礦中鉀的方法
技術領域：
本發明屬于磷鉀復合肥生產技術領域，涉及ー種低品位磷鉀伴生礦中鉀的提取方法，具體地是指ー種利用微波/超聲波輔助低溫浸出磷鉀伴生礦中鉀的方法。
背景技術：
從上世紀七十年代起，全國各地(四川漢源、內蒙雞西、湖北宜昌等)陸續發現了ー系列的磷鉀伴生礦，儲量大但磷鉀品位低。該磷鉀伴生礦具有天然的磷鉀共生的優良特性，若能合理地利用其生產國內短缺的磷鉀復合肥，可以緩解我國磷鉀肥供需矛盾。因此，合理開發這一磷鉀伴生礦資源，對于提升我國磷鉀伴生礦資源綜合利用率以及減少鉀資源對外依存度有著重大意義。磷鉀伴生礦主要由膠磷礦、鉀長石、白云石、石英、黃鐵礦和云母等組成，該礦石礦 物種類較多，粒度微細，彼此間鑲嵌不規則，膠磷礦晶化程度低且包含多種包裹體。磷鉀伴生礦綜合利用的主要技術難點在于從磷鉀伴生礦中高效、環保、經濟地提取可溶性鉀。目前，鉀長石提取鉀的主要方法四大類ー類是高溫揮發法，即將鉀長石、石灰石、白云石、螢石和焦炭等按比例配料高溫反應，揮發出來的K2O和爐內的CO2生成K2CO3，但是該方法能耗高、鉀收率低；第二類是高溫燒結法，是將鉀長石、添加劑混合后熔融焙燒，此方法也是能耗特別大，而且燒結后難以處理；第三類是氟分解法，是用含氟助劑在無機酸下，于200°C以下分解鉀長石，此類方法對設備耐腐蝕性能要求高；最后ー類是微生物分解法，是用微生物細菌等代謝物與鉀長石發生生化反應，該方法流程簡單且無三廢排出問題，但菌種的選育困難，馴化難度大?？紤]到磷鉀伴生礦中的膠磷礦含有Ca，若能以其置換鉀長石中的K，可省去從鉀長石中置換鉀所需額外加入的鈉鹽或鈣鹽，提高磷鉀伴生礦利用的經濟效益。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術而提出ー種利用微波/超聲波輔助低溫浸出磷鉀伴生礦中鉀的方法，實現磷鉀伴生礦的綜合利用，該方法經濟環保，可高效地浸出磷鉀伴生礦中的鉀。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是利用微波/超聲波輔助低溫浸出磷鉀伴生礦中鉀的方法，包括有以下步驟
1)配料取干燥的-180目磷鉀伴生礦礦粉和助劑螢石混合均勻，然后加入磷酸浸泡，螢石的加入量為磷鉀伴生礦礦粉質量的28°/Γ30%，磷酸質量百分比濃度為45飛5%，其加入量為5 15mL/g磷鉀伴生礦礦粉，得到混合物；
2)微波超聲波浸出將步驟I)所得混合物采用微波處理或者超聲波處理；
3)—次過濾將步驟2)所得的熟料取出，過濾得到一次濾渣和一次濾液；
4)二次過濾向步驟3)所得一次濾渣中加水煮沸l(T30min，冷卻后過濾，得二次濾渣和二次濾液；5) 混合浸出液將步驟3)所得一次濾液和步驟4)所得二次濾液混合，即得含鉀的浸出液。按上述方案，步驟2)所述的微波處理方法是將混合物置于微波反應器中，采用2450MHz或916MHz的微波輻照加熱，微波總功率為40(Tl000W，同時補充水至原體積，反應時間I 24h。按上述方案，步驟2)所述的超聲波處理方法是將混合物通過電加熱套加熱，溫度設為9(Tl50°C，采用22 40kHz的超聲波處理，超聲波功率為10(Tl000W，同時補充水至原體積，反應時間l 24h。本發明利用被處理物質吸收微波或者超聲波 產生分子共振升溫迅速且均勻，以及超聲波空化、沖擊和微射流作用極大加速傳質效果等優點，在較低溫度下即可協同助劑促進磷鉀伴生礦中膠磷礦與磷酸發生酸解反應，促進鈣離子與鉀長石發生離子交換反應，以及HF分解鉀長石，生成可溶性鉀，從而達到經濟環保高效地提取鉀的目的。與現有技術相比，本發明的有益效果是
(1)本發明中微波處理的方法，能使物質分子發生高頻振動，不僅產生了熱量，促使溫度升高，加熱快速，而且增強了物質傳遞，也降低了反應活化能；
(2)微波加熱是基于分子振動，因此礦粉和溶液內外加熱一致，大幅縮短了熱傳導時間，而且不會出現傳統加熱方式中加熱不均的弊端；
(3)微波加熱高效節能，加熱過程中除了被加熱物料升溫外，幾乎無其它損耗；
(4)超聲波的空化作用使液體出現膨脹、壓縮、潰陷等一些列動作，所產生化學效應和機械效應能夠改善反應條件，加快反應速度；
(5)微波超聲波能的產生和關閉是瞬時的，沒有熱慣性，安全可靠，便于自動化控
制；
(6)相比傳統加熱方式的酸浸反應，微波超聲波條件下浸出時間更短，鉀的浸出率得到提聞。


圖I是本發明的エ藝流程圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進ー步詳細的說明，但是此說明不會構成對本發明的限制。實施例I
本發明實施例中的礦石是來自湖北宜昌夷陵地區的膠磷礦與鉀長石共生的磷鉀伴生礦，含 K2O 8. 63%、P2O5 6. 63%、SiO2 55. 48%、Al2O3 13. 42%、CaO 5. 46%、Fe2O3 3. 84%、Na2OI. 34%、MgO I. 13%規格的磷鉀伴生礦。I) 配料取干燥的-180目磷鉀伴生礦礦粉和助劑螢石混合均勻，然后加入磷酸浸泡，螢石的加入量為磷鉀伴生礦礦粉質量的29%，磷酸質量百分比濃度為60%，其加入量為9mL/g磷鉀伴生礦礦粉，得到混合物；
2)微波浸出將步驟I)混合均勻的混合物置于微波反應器中，采用2450MHz的微波輻照加熱，微波總功率為440W，每隔30min補充水至原體積，反應時間6h，反應過程中測得反應溫度為92 150°C ；
3)—次過濾將步驟2)中獲得的熟料取出，過濾得到一次濾渣和一次濾液；
4)水煮二次過濾向步驟3)所得一次濾渣中加IOOmL水煮沸20min，冷卻后過濾，得二次濾渣和二次濾液；
5)混合浸出液將步驟3)所得一次濾液和步驟4)所得二次濾液混合，即得含鉀的浸出液。檢測結果表明，反應后鉀的浸出率為97%;當采用常規加熱方法，其他條件不變時，鉀的浸出率只能達到40%，若需到達同等浸出效果，需要延長反應時間至2d。實施例2
實施例中的礦石是來自湖北宜昌夷陵地區的膠磷礦與鉀長石共生的磷鉀伴生礦，含K2O 8. 63%,P2O5 6. 63%, SiO2 55. 48%,Al2O3 13. 42%,CaO 5. 46%,Fe2O3 3. 84%,Na2O I. 34%,MgOI. 13%規格的磷鉀伴生礦。I) 配料取干燥的-180目磷鉀伴生礦礦粉和助劑螢石混合均勻，然后加入磷酸浸泡，螢石的加入量為磷鉀伴生礦礦粉質量的29%，磷酸質量百分比濃度為60%，加入量為9mL/g磷鉀伴生礦礦粉，得到混合物；
2)超聲波浸出將步驟I)混合均勻的混合物置于電加熱套加熱，溫度設為120°C，采用40kHz的超聲波處理，超聲波功率為500W，每隔30min添水，反應時間6h ；
3)—次過濾將步驟2)中獲得的熟料取出，過濾得到一次濾渣和一次濾液；
4)水煮二次過濾向步驟3)所得一次濾渣中加IOOmL水煮沸20min，冷卻后過濾，得二次濾渣和二次濾液；
5)混合浸出液將步驟3)所得一次濾液和步驟4)所得二次濾液混合，即得含鉀的浸出液。檢測結果表明，反應后鉀的浸出率為85%;當僅采用加熱方法，其他條件不變吋，鉀的浸出率只能達到40%。
實施例3
本發明實施例中的礦石是來自湖北宜昌夷陵地區的膠磷礦與鉀長石共生的磷鉀伴生礦，含 K2O 8. 63%、P2O5 6. 63%、SiO2 55. 48%、Al2O3 13. 42%、CaO 5. 46%、Fe2O3 3. 84%、Na2OI. 34%、MgO I. 13%規格的磷鉀伴生礦。I) 配料取干燥的-180目磷鉀伴生礦礦粉和助劑螢石混合均勻，然后加入磷酸浸泡，螢石的加入量為磷鉀伴生礦礦粉質量的30%，磷酸質量百分比濃度為65%，其加入量為15mL/g磷鉀伴生礦礦粉，得到混合物；
2)微波浸出將步驟I)混合均勻的混合物置于微波反應器中，采用916MHz的微波輻照加熱，微波總功率為900W，每隔30min補充水至原體積，反應時間20h，反應過程中測得反應溫度為127°C ；
3)—次過濾將步驟2)中獲得的熟料取出，過濾得到一次濾渣和一次濾液；
4)水煮二次過濾向步驟3)所得一次濾渣中加IOOmL水煮沸25min，冷卻后過濾，得二次濾渣和二次濾液；5)混合浸出液將步驟3)所得一次濾液和步驟4)所得二次濾液混合，即得含鉀的浸出液。檢測結果表明，反應后鉀的浸出率為97%。
實施例4
實施例中的礦石是來自湖北宜昌夷陵地區的膠磷礦與鉀長石共生的磷鉀伴生礦，含K2O 8. 63%,P2O5 6. 63%, SiO2 55. 48%,Al2O3 13. 42%,CaO 5. 46%,Fe2O3 3. 84%,Na2O I. 34%,MgOI. 13%規格的磷鉀伴生礦。I) 配料取干燥的-180目磷鉀伴生礦礦粉和助劑螢石混合均勻，然后加入磷酸浸泡，螢石的加入量為磷鉀伴生礦礦粉質量的30%，磷酸質量百分比濃度為65%，加入量為15mL/g磷鉀伴生礦礦粉，得到混合物；
2)超聲波浸出將步驟I)混合均勻的混合物置于電加熱套加熱，溫度設為127°C，采用22kHz的超聲波處理，超聲波功率為900W，每隔30min添水，反應時間20h ；
3)—次過濾將步驟2)中獲得的熟料取出，過濾得到一次濾渣和一次濾液；
4)水煮二次過濾向步驟3)所得一次濾渣中加IOOmL水煮沸20min，冷卻后過濾，得二次濾渣和二次濾液；
5)混合浸出液將步驟3)所得一次濾液和步驟4)所得二次濾液混合，即得含鉀的浸出液。檢測結果表明，反應后鉀的浸出率為88%。
實施例5
本發明實施例中的礦石是來自湖北宜昌夷陵地區的膠磷礦與鉀長石共生的磷鉀伴生礦，含 K2O 8. 63%、P2O5 6. 63%、SiO2 55. 48%、Al2O3 13. 42%、CaO 5. 46%、Fe2O3 3. 84%、Na2OI. 34%、MgO I. 13%規格的磷鉀伴生礦。I) 配料取干燥的-180目磷鉀伴生礦礦粉和助劑螢石混合均勻，然后加入磷酸浸泡，螢石的加入量為磷鉀伴生礦礦粉質量的30%，磷酸質量百分比濃度為60%，其加入量為15mL/g磷鉀伴生礦礦粉，得到混合物；
2)微波浸出將步驟I)混合均勻的混合物置于微波反應器中，采用916MHz的微波輻照加熱，微波總功率為700W，每隔30min補充水至原體積，反應時間20h，反應過程中測得反應溫度為120 C ;
3)—次過濾將步驟2)中獲得的熟料取出，過濾得到一次濾渣和一次濾液；
4)水煮二次過濾向步驟3)所得一次濾渣中加IOOmL水煮沸25min，冷卻后過濾，得二次濾渣和二次濾液；
5)混合浸出液將步驟3)所得一次濾液和步驟4)所得二次濾液混合，即得含鉀的浸出液。檢測結果表明，反應后鉀的浸出率為96%。
實施例6
實施例中的礦石是來自湖北宜昌夷陵地區的膠磷礦與鉀長石共生的磷鉀伴生礦，含K2O 8. 63%,P2O5 6. 63%, SiO2 55. 48%,Al2O3 13. 42%,CaO 5. 46%,Fe2O3 3. 84%,Na2O I. 34%,MgOI. 13%規格的磷鉀伴生礦。I) 配料取干燥的-180目磷鉀伴生礦礦粉和助劑螢石混合均勻，然后加入磷酸浸泡，螢石的加入量為磷鉀伴生礦礦粉質量的30%，磷酸質量百分比濃度為65%，加入量為15mL/g磷鉀伴生礦礦粉，得到混合物；
2)超聲波浸出將步驟I)混合均勻的混合物置于電加熱套加熱，溫度設為90°C，采用30kHz的超聲波處理，超聲波功率為200W，每隔30min添水，反應時間24h ；
3)—次過濾將步驟2)中獲得的熟料取出，過濾得到一次濾渣和一次濾液；
4)水煮二次過濾向步驟3)所得一次濾渣中加IOOmL水煮沸20min，冷卻后過濾，得二次濾渣和二次濾液；
5)混合浸出液將步驟3)所得一次濾液和步驟4)所得二次濾液混合，即得含鉀的 浸出液。檢測結果表明，反應后鉀的浸出率為80%。
權利要求
1.利用微波/超聲波輔助低溫浸出磷鉀伴生礦中鉀的方法，包括有以下步驟 1)配料取干燥的-180目磷鉀伴生礦礦粉和助劑螢石混合均勻，然后加入磷酸浸泡，螢石的加入量為磷鉀伴生礦礦粉質量的28% 30%，磷酸質量百分比濃度為45飛5%，其加入量為5 15mL/g磷鉀伴生礦礦粉，得到混合物； 2)微波超聲波浸出將步驟I)所得混合物采用微波處理或者超聲波處理； 3)—次過濾將步驟2)所得的熟料取出，過濾得到一次濾渣和一次濾液； 4)二次過濾向步驟3)所得一次濾渣中加水煮沸l(T30min，冷卻后過濾，得二次濾渣和二次濾液； 5)混合浸出液將步驟3)所得一次濾液和步驟4)所得二次濾液混合，即得含鉀的浸出液。
2.按權利要求I所述的利用微波/超聲波輔助低溫浸出磷鉀伴生礦中鉀的方法，其特征在于步驟2)所述的微波處理方法是將混合物置于微波反應器中，采用2450MHz或916MHz的微波輻照加熱，微波總功率為40(Tl000W，同時補充水至原體積，反應時間l 24h。
3.按權利要求I所述的利用微波/超聲波輔助低溫浸出磷鉀伴生礦中鉀的方法，其特征在于，步驟2)所述的超聲波處理方法是將混合物通過電加熱套加熱，溫度設為9(Tl50°C，采用22 40kHz的超聲波處理，超聲波功率為10(Tl000W，同時補充水至原體積，反應時間I 24h。
全文摘要
本發明涉及一種利用微波/超聲波輔助低溫浸出磷鉀伴生礦中鉀的方法，包括有以下步驟1)配料取磷鉀伴生礦礦粉和助劑螢石混合均勻，然后加入磷酸浸泡，得到混合物；2)微波超聲波浸出；3)得到一次濾渣和一次濾液；4)得二次濾渣和二次濾液；5)混合浸出液將所得一次濾液和所得二次濾液混合，即得含鉀的浸出液。本發明的有益效果是大幅縮短了熱傳導時間，而且不會出現傳統加熱方式中加熱不均的弊端；微波加熱高效節能，加熱過程中除了被加熱物料升溫外，幾乎無其它損耗；超聲波的空化作用使液體出現膨脹、壓縮、潰陷等一些列動作，所產生化學效應和機械效應能夠改善反應條件，加快反應速度。
文檔編號C22B26/10GK102864303SQ20121035951
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者王存文, 黃啟生, 王為國, 何濤, 覃遠航, 李和安, 段歡, 李書清, 吳元欣, 苗華軍, 呂仁亮, 鄒德新, 張俊峰, 杜浩然 申請人:武漢工程大學, 湖北宜化集團礦業有限責任公司