|
|
|
|
| |
伊利石的综合利用
PDF文档下载
赵继安
天津化工研究设计院，天津 300131
摘 要：介绍了伊利石通过酸浸取达到综合利用的工艺流程、原料及产品规格、项目投资情况，并对今后工艺的改进提出了建议。
关键词：伊利石,酸浸取,工艺,综合利用
1 前 言
伊利石是一种含钾铝硅酸盐粘土矿物，属水云母族矿物中的一种，又称“水白云母”，晶体结构为八面体，在显微镜下观察呈细小鳞片状，粒度多在1—5μm之间。伊利石多为火成岩、云母片岩、片麻岩等岩石中的云母的风化产物。伊利石矿常伴有少量石英、蒙脱石、铁矿物(褐铁矿、黄铁矿)、钛矿物、长石、叶蜡石等，因所含伴生矿物的不同，伊利石颜色有黄绿色、灰黄色、纯白色、灰黑色等。纯的伊利石似珠玉状，有油脂光泽和滑感。伊利石主要化学组成是氧化钾、氧化铝和氧化硅，其组成一般用化学式KAl2[(OH)2AlSi3O10]表示。
我国有极其丰富的伊利石资源，且分布较广，河南、河北、浙江、山东、内蒙、湖北、吉林、福建等省区已发现有伊利石矿藏，浙江、河南、河北已探明的伊利石矿储量均在亿吨以上，其中浙江伊利石矿储量在全国居首位。伊利石因具有和蒙脱石、云母、高岭石、滑石等相似的性质，具有明亮、光滑、松软、耐热、绝缘性能好及遮盖率高等优点，广泛用于造纸、化妆品、塑料、橡胶、油漆、陶瓷、线缆绝缘材料等工业领域； 经化学加工又可生产钾肥、活性氧化铝及活性硅粉等化工产品。
天津化工研究院与其他单位合作，经多年研究，开发出伊利石化学加工综合利用的工艺路线，并于1995年11月建成一套年处理5000t伊利石的工业化装置，生产出硫酸铝、钾明矾、活性氧化铝、活性硅粉等产品，取得了显著的经济效益。
2 伊利石化学加工基本原理
伊利石矿粉首先进行加压酸浸取，浸出K2O及Al2O3，然后固液分离，固体经处理制成活性硅粉用于塑胶填料，母液(Ⅰ次母液)冷却结晶，固液分离，固体即为中间产品钾明矾，液体(Ⅱ次母液) 经蒸发、浓缩、结晶生产硫酸铝。由钾明矾与碳铵反应可生产出氢氧化铝及钾氮肥。
1. 酸浸取
2KAl2(AlSi3O10)(OH)2+10H2SO4 → K2SO4+3Al2(SO4)3+6SiO2+12H2O
2. 钾明矾结晶
K2SO4+Al2(SO4)3+24H2O → 2KAl(SO4)2·12H2O
3. 钾明矾反应
2KAl(SO4)2·12H2O + 6HNH4HCO3 → 2Al(OH)3↓+ K2SO4+ 3(NH4)2SO4+ 6CO2↑+ 24H2O
3 伊利石矿综合利用生产工艺
3.1 伊利石综合利用生产工艺流程
伊利石酸浸综合利用工艺流程见图1。
图1伊利石综合利用工艺流程
整个系统中所用大部水，可套洗循环使用，只补充少量新水，每天只有少量酸性废水经处理后达标排放，故该工艺不对环境构成污染。同时，该工艺流程可根据市场变化稍加调整，就可以生产出市场需要的产品，具有一定的灵活性。
3.2 伊利石酸浸取工艺条件
具有一定粒度的伊利石矿粉在酸化缸中用浓硫酸加压酸浸取，酸浸取工艺条件为：矿粉粒度，74—147μm； 起始酸浓度，40%—60%； 反应温度，110—1540℃； 反应时间，3—6h； 反应液固比(重量) ，1.4:1—1.8:1。
4 原料及产品规格
4.1 原料规格
该工艺对原料矿的要求为：氧化钾含量大于7% ，氧化铝含量大于30% ，氧化铁含量小于1%。中试所用伊利石矿粉的化学组成见附表。
生产所用浓硫酸要求浓度大于93%。
4.2 产品规格
氮钾肥：K2O>11%；N含量>14%。
钾明矾：食用级。
硫酸铝：工业一级品。
活性硅粉：SiO2%≥90，粒度(45μm筛余%)≤0.1，pH值(10%浆液) 6—8，比表面积(m2/g)190±50，松比重(g/cm3)2.1—2.6。
氢氧化铝：无定形态，纯度>99.5%。
活性氧化铝：纯度>99.5%，比表面积(m2/g)≥200。
5 项目投资情况(以年处理伊利石5000t计)
伊利石综合利用界区内总投资950万元。建筑面积2895m2。公用工程：水45m3/h，循环水210m3/h；电476kW，常开负荷305kW；汽6t/h，压力784kPa/cm2。年处理5000t伊利石，可得产品硫酸铝7000t，钾明矾3000t，氧化铝载体300t，氮钾肥1500t。在钾明矾做中间体不计产值的情况下，年销售收入1495万元，年利税364.5万元，年获纯利润244.25万元，社会效益和经济效益十分显著。
6 工艺改进的几点建议
1.现工艺钾明矾结晶采用结晶池，Ⅰ次母液在结晶池内自然结晶，这样不仅占地面积大，且夏季气温高，影响产量。应建立母液冷却装置，并通过控制冷却速度以得到理想结晶粒度的产品。从结晶池得到的钾明矾，还应通过离心机喷淋洗涤、干燥，以提高钾明矾产品的质量。
2.钾明矾结晶后的母液(Ⅱ次母液)应返回酸浸取，通过再次浸取，提高母液中硫酸铝含量，这样就减少了硫酸铝蒸发浓缩的能耗，降低了生产成本。其次，硫酸铝蒸发浓缩应采用多效真空蒸发，以降低单位产品的能耗。
3.钾明矾与碳铵的反应是一关键技术，它不仅影响到氮钾肥的产量，还影响到氢氧化铝产品的物化性能。氢氧化铝采用合适的洗涤方式，可大大减少洗水量，并能控制产品中的钠含量，提高活性氧化铝的应用性能。
4.氮钾肥的生产工艺应加以改进。采用氮钾肥母液蒸发、浓缩、结晶工艺，能耗高，难以大模生产。我们进行了一系列小型试验，采用往氮钾肥母液中通氨气的方法，使硫酸钾结晶出来，获得了成功。具体工艺是:
该工艺的关键是母液中氨气的浓度及结晶的温度。该工艺硫酸钾收率大于95%。因氨气采用闭路循环，只需补充少量氨气以弥补氨气在工艺操作上的损失。过滤操作采用密闭卧式离心机，一方面减少氨气损失，同时改善了操作环境。该工艺生产出的硫酸钾含量高，因带有少量铁而呈淡黄色，可作为氮钾肥或用于复肥生产。
7 结 语
用加压酸浸取处理伊利石进行综合利用在工艺上是可行的。伊利石综合利用的原则是“重点提钾，综合利用”，以氧化铝养氮钾肥，获取综合效益。我国福建、苏南、吉林、豫南、鄂北的伊利石矿中，氧化钾含量平均在7%—10%之间，因此，该生产工艺值得大力推广。目前，矿物加工正朝着综合利用、产品的精细化方向发展，所以伊利石的综合利用是可行的。它可为我国钾资源的开发利用开辟一条新途径。
|
|
| |
|
| |
| |
