一种钾长石粉体水热碱法合成方沸石的工艺

技术领域

本发明涉及钾长石合成沸石及制取钾盐领域，具体是涉及钾长石粉体水热碱 法合成方沸石的工艺。

背景技术

钾长石是构成地壳的主要铝硅酸盐矿物之一，包括透长石、正长石和微斜长 石。在长期地质作用下，钾长石遭受风化或热液作用后，可以转变为沸石，其中 的钾可以直接变为碳酸钾。但在实验室中，利用钾长石粉体直接合成沸石的难度 很大，往往需要先将钾长石与纯碱等助剂进行混合、煅烧，得到水溶性或酸溶性 化合物，再合成沸石。钾长石直接水热处理合成沸石的方法未见报道。

发明人马鸿文等利用不同产地、来自不同岩石类型的钾长石粉体进行了合成 微孔分子筛及提取钾盐的研究，在合成沸石以前，均需要利用碳酸钠等与钾长石 一起焙烧，然后利用焙烧孰料，补充部分铝源、钠源或钾源作为合成沸石的原料。 苏双青等利用碱性溶液处理钾长石，但得到的固体产物为钾霞石、霞石、水羟方 钠石等似长石类矿物以及雪硅钙石矿物。韩效钊等同样利用氢氧化钠溶液与钾长 石反应得到了霞石相。然而，迄今为止，将钾长石粉体在碱性溶液中直接转化为 沸石的研究尚未见报导。

与高岭石原料相比，钾长石用于合成沸石不仅可以提供硅铝组份，还同时提 供了钾钠组份。通过钾长石粉体与氢氧化钠溶液反应，采用一步水热处理成功合 成方沸石，钾长石中的钾离子同时被溶出，可用于制取钾盐。将钾长石中的大部 分硅铝组份直接合成沸石，对于利用钾长石粉体制取钾盐过程中硅铝副产品的减 量化以及高效化利用具有重要意义。

发明内容

本发明解决的技术问题主要包括：在不引入沸石晶种、硅酸钠以及其他模板 剂原料的条件下，钾长石粉体经水热碱法处理直接合成方沸石的简单易行和高效 利用的技术；为合成方沸石提供富硅铝碱的廉价矿物原料；钾长石粉体制取钾盐 过程中硅铝副产品的减量化和高效利用技术；提供钾长石制取钾盐需要的富钾溶 液。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：采用钾长石矿为原料， 经破碎、研磨制得钾长石粉体，将钾长石粉体与0.5～6M氢氧化钠溶液按一定 比例充分混合，得到混合料浆，将混合料浆在反应釜或管道溶出设备中，采用 180～260℃，1～12小时的条件进行热处理，反应结束后，将得到的混合物进行 过滤、洗涤至pH＝7左右，即可得到富钾溶液和方沸石滤饼，滤饼在105～110℃ 条件下烘干，即得到方沸石粉体。

本发明的工艺步骤：

(1)钾长石原矿预处理：钾长石原矿经破碎、磨矿、选矿等常规处理，得 到钾长石含量大于65％、粒度＜74μm的粉体物料；

(2)原矿浆制备：将氢氧化钠与水混合得到一定浓度的碱性溶液(0.5～ 6M)，将钾长石粉体与氢氧化钠溶液以一定配比(氢氧化钠溶液/钾长石粉(质量 比)＝1～10)充分混合得到原矿浆；

(3)原矿浆水热处理：采用单罐反应釜或管道溶出设备对原矿浆进行水热 碱法处理，即对原矿浆进行加热处理，温度和时间分别为180～260℃和1～12 小时，从而得到水热产物。

(3)产物过滤和洗涤：将水热处理后的矿浆进行过滤，洗涤4～5次，将洗 涤液并入滤液，所得滤液即为可用于制取钾盐的富钾溶液，同时得到方沸石滤饼。

(4)滤饼干燥：将上述方沸石滤饼进行干燥处理，干燥条件为105～110℃ 和16～24小时，即得到方沸石粉体。

具体而言，一种钾长石粉体水热碱法合成方沸石的工艺，包括以下步骤：

钾长石原矿预处理：钾长石原矿经破碎、磨矿、选矿处理，得到钾长石含量 大于65％的粉体物料；

原矿浆制备：将氢氧化钠与水混合得到氢氧化钠碱性溶液，将钾长石粉体与 氢氧化钠碱性溶液充分混合得到原矿浆；

制备方沸石：将原矿浆进行水热碱法处理，即对原矿浆进行加热处理，经洗 涤、过滤，所得滤饼经干燥即为方沸石粉体；滤液为硅酸钾钠混合碱液。

在所述的原矿浆制备和所述的制备方沸石中，直接利用氢氧化钠溶液对钾长 石粉体进行水热处理，即直接利用氢氧化钠溶液和钾长石粉体进行加热反应。

在所述的制备方沸石中，水热碱法处理后的反应产物，先过滤，再洗涤，并 将洗涤液并入滤液。

在所述的制备方沸石中，直接利用水热碱法处理钾长石粉体得到滤饼进行干 燥，得到方沸石。

在所述的制备方沸石中，直接利用水热碱法处理钾长石粉体得到可用于制取 钾盐的硅酸钾钠混合碱液。

所述原矿浆制备步骤中，

氢氧化钠溶液浓度：0.5～6M；

钾长石粉体粒度：＜74μm；

原矿浆液固比的质量比，即氢氧化钠溶液/钾长石粉体的质量比：1～10。

所述的水热碱法处理钾长石粉体的反应温度为180～260℃，时间为1～12 小时。

本发明的有益效果如下：

本发明利用钾长石粉体水热碱法合成方沸石，通过钾长石粉体和氢氧化钠溶 液反应，将钾长石粉体中60％以上的SiO₂和近全部Al₂O₃用于制备方沸石，85％ 以上K₂O溶出，可用于制备钾盐。充分利用了钾长石粉体中的硅铝组份直接水 热合成高附加值的方沸石粉体，与采用化工原料合成方沸石的工艺相比，可明显 降低原料成本。同时钾长石中的大部分K₂O溶出，得到高浓度的富钾溶液，可 降低制备钾盐的成本。与采用高岭石等矿物原料合成方沸石相比，还可以充分利 用钾长石中的钾资源制取钾盐，进一步提高经济效益

附图说明

图1合成方沸石的X射线粉晶衍射图

图2钾长石粉体水热碱法合成方沸石工艺流程图

具体实施方式

如图2所示，采用钾长石矿为原料，经破碎、研磨制得钾长石粉体，将钾长 石粉体与0.5～6MNaOH溶液按一定比例充分混合，经混合搅拌，得到混合料浆， 将混合料浆在反应釜或管道溶出设备中，采用180～260℃，1～12小时的条件进 行热处理，晶化反应结束后，将得到的混合物进行过滤、洗涤至pH＝7左右，即 可得到富钾溶液即硅酸钾钠溶液和方沸石滤饼，方沸石滤饼在105～110℃条件 下烘干，干燥后即得到方沸石粉体。

本发明利用钾长石粉水热碱法合成方沸石和工艺，通过钾长石粉和碱性溶液 反应，将钾长石粉中60％以上的SiO₂和近全部Al₂O₃用于制备方沸石，85％以上 K₂O溶出，可用于制备钾盐。充分利用廉价矿物原料钾长石粉中的硅铝组份直接 水热合成高附加值的方沸石粉体。同时钾长石中的大部分K₂O溶出，得到高浓 度的富钾溶液，即硅酸钾钠溶液可降低制备钾盐的成本。

实施例1

钾长石原矿经破碎、磨矿、选矿处理得到钾长石粉体原料，化学成分如下(％)：

表1 钾长石粉体的化学成分分析结果(w_B％)

该钾长石矿粉的主要物相组成为：钾长石69％。

将钾长石粉体原料、氢氧化钠与蒸馏水按配比(氢氧化钠溶液浓度为2M， 氢氧化钠溶液/钾长石粉的质量比＝1∶2)混合，充分搅拌后，将混合物浆料移入 1000mL高压反应釜中，加热到260℃，恒温3小时，自然冷却至室温，过滤， 洗涤4～5次至洗液液pH＝7～8时，将滤饼放入烘箱，烘干温度105℃，时间16～24h， 得到固体样品，固体样品即为方沸石。

实施例2

钾长石原矿经破碎、磨矿、选矿处理得到钾长石粉体原料，化学成分如下(％)：

表1 钾长石粉体的化学成分分析结果(w_B％)

该钾长石矿粉的主要物相组成为：钾长石69％。

将钾长石粉体原料、氢氧化钠与蒸馏水按配比(氢氧化钠溶液浓度为6M， 氢氧化钠溶液/钾长石粉的质量比＝1∶10)混合，充分搅拌后，将混合物浆料移入 1000mL高压反应釜中，加热到260℃，恒温8小时，自然冷却至室温，过滤， 洗涤4～5次至洗液液pH＝7～8时，将滤饼放入烘箱，烘干温度105℃，时间16～24h， 得到固体样品，固体样品即为方沸石。合成方沸石的化学成分(表2)和物相分 析图(图1)如下：

表2 合成方沸石的主要化学成分(w_B％)