一种钾长石微波活化制备钾霞石的方法及该方法制备的钾霞石

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，具体涉及一种钾长石微波活化制备钾霞石的方法及该方法制备的钾霞石。

背景技术

我国水溶性的钾资源严重贫乏，缺少大型可溶性钾盐矿床，且分布不均，主要集中在青海、新疆、四川等地区，开采运输成本较高；而非水溶性钾长石矿产资源丰富，且分布广，其资源总量超过百亿吨。钾长石中K、Al、Si呈稳定的四面体网络结构，其化学性质极其稳定，除了氢氟酸外，常温常压下几乎不被任何酸、碱所分解。钾是作物生长所必需的大量元素之一，为保证国民经济的可持续发展，特别是现代农业的可持续发展，规模化开发利用非水溶性钾矿资源制取钾肥钾盐的意义重大、前景广阔。国内外对非水溶性钾矿石开发利用主要进行钾长石的分解工艺研究，如压热法、微生物分解法、高温分解法和低温分解法等。申请号为201210055139.7的中国发明专利公开了一种非水溶性钾矿的理化综合促释方法，该方法将非水溶性钾矿的原料混合搅拌、研磨、干燥后，并在非水溶性钾矿中加入一定量的活化剂，混匀后加入适量液体研磨成匀浆，经微波或超声波处理后，干燥后即得产品。申请号为201410443316.8的中国发明专利公开了一种利用机械活化从钾长石制取富钾溶液的方法，该方法将预处理的钾长石粉末与钙盐混合，在少量水存在情况下进行机械活化，将机械活化后的料液送入分离设备进行固液分离，液相为富钾溶液。申请号为201510474371.8的中国发明专利公开了一种钾长石生产可溶性钾的方法，该方法将钾长石与活化剂混合，经酸浸泡及超声微波反应后得可溶性钾产品。

上述专利中描述的方法存在制备工艺复杂、制备周期长、成本高等问题。鉴于以上缺陷，实有必要提供一种钾长石微波活化制备钾霞石的方法可以解决以上技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钾长石微波活化制备钾霞石的方法及该方法制备的钾霞石，该方法利用低温的固相反应使钾长石转变为钾霞石，制备工艺简单，周期短，成本低。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钾长石微波活化制备钾霞石的方法，包括以下步骤：

1)将钾长石原矿粉体球磨、筛分、磁选，得到大于200目的提纯矿粉；

2)将步骤1)所得提纯矿粉、碳粉与无机碱混合，球磨后筛分得粒度大于200目的混合粉体；其中，提纯矿粉、碳粉与无机碱的质量比为(5～10)：(1～1.7)：1；

3)将步骤2)所得混合粉体于600～800℃下进行微波活化，活化30～60min后，自然冷却到室温得到粉体；

4)除去步骤3)中所得粉体中的水溶性物质，得到钾霞石。

所述步骤2)中的碳粉为生物质碳粉体、活性碳粉体或石墨粉体。

所述步骤2)中的无机碱为氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化钙。

所述步骤2)中的球磨时间为2～10h。

所述步骤4)中除去步骤3)中所得粉体中的水溶性物质具体为：将粉体与水按照1g：(20～100)mL的比例混合，然后抽滤、干燥。

所述步骤4)中的干燥温度为60～80℃，时间为3～11h。

一种钾霞石，该钾霞石的粒度为120～200目。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明将提纯钾长石矿粉、碳粉与无机碱按照一定质量比混合，球磨、筛分后得粒度大于200目的粉体进行微波活化，活化反应结束后自然冷却到室温；活化后的产物经抽滤分离，干燥后产物为钾霞石。由于钾长石原矿中加入一定量的碳粉，而碳是微波吸收介质，其均匀分布于钾长石原矿中，使其受热均匀，加快升温速度；同时碳也作为分散剂，有效 阻止活化过程的熔融烧结，使产物具有较小粒度，后续不需要球磨处理；此外，在加热过程中，碳与氧气反应可生成CO₂气体，气体的溢出增加了粉体的比表面积。较小粒度及高比表面积为钾霞石酸解法制取钾肥钾盐提供更多的反应活性点，促进反应的高效、高产率。此外，本发明采用微波反应炉对混合粉体进行活化，微波频率采用2450MHz，使混合均匀的粉体处于高频电磁场中，物料的极性分子在磁场作用下发生振动，分子间发生摩擦和碰撞，物料吸收电磁波后温度升高，加热均匀，所以提高了活化效果。本发明利用微波外加场能量利用率高和直接作用于粉体的特点，在较短时间内完成对粉体的活化处理，得到高活性钾霞石。本发明提供的一种钾长石微波活化制备钾霞石的方法具有工艺流程简单，制备周期短，成本低，所制备的钾霞石具有较小粒度及高比表面积，使后续工艺钾霞石酸解法具有高效、高产率的特点，具有非常好的工业应用前景。

本发明制得的钾霞石为粉体，并且粒度为120～200目，由于粒径较小，活性较高，便于后续利用钾霞石制备钾肥。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的工艺流程示意框图。

图2是本发明实施例2所得到的活化后产物X-射线衍射(XRD)图谱。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

参见图1，一种钾长石微波活化制备钾霞石的方法，包括以下步骤：

1)将钾长石原矿粉体球磨，筛分，磁选，得到大于200目的提纯矿粉。钾长石是开采自国内某地，该矿石的主要成分为SiO₂、Al₂O₃、K₂O，并且SiO₂、Al₂O₃、K₂O的质量含量达96％，其中K₂O的质量含量高于14.59％，其它氧化物组分的含量甚微。

2)将提纯矿粉、生物质碳粉体与氢氧化钾按照10：1：1质量比混合，置于球磨机中球磨，球磨时间为2h，球磨后筛分得粒度>200目的混合粉体。

3)将混合粉体置于微波反应炉中进行活化，活化反应结束后自然冷却到室温得到粉体。其中，微波活化温度为800℃，微波活化时间为60min。

4)将步骤3)所得粉体与水按照1g：100mL的料液比配制溶液，抽滤、干燥后产物为钾霞石。其中，干燥温度为60℃，干燥时间为3h。

本实施例所制得的钾霞石粉体粒度为100～120目。

实施例2

一种钾长石微波活化制备钾霞石的方法，包括以下步骤：

1)将钾长石原矿粉体球磨，筛分，磁选，得到大于200目的提纯矿粉。本实施例采用钾长石如实施例1中所述。

2)将提纯矿粉、活性碳粉体与氢氧化钾按照10：1.2：1质量比混合，置于球磨机中球磨，球磨时间为4h，球磨后筛分得粒度>200目的混合粉体。

3)将混合粉体置于微波反应炉中进行活化，活化反应结束后自然冷却到室温得到粉体。其中，微波活化温度为750℃，微波活化时间为50min。

4)将步骤3)所得粉体与水按照1g：80mL的料液比配制溶液，抽滤、干燥后产物为钾霞石。其中，干燥温度为65℃，干燥时间为5h。

本实施例所制得的钾霞石粉体粒度为120～140目。

参照图2所示，其是本实施例制得的钾霞石粉体XRD图谱。图2(a)为未经活化的钾长石XRD图谱，可以看出：钾长石原矿主要含KAlSi₃O₈相；图2(b)为微波活化后产物的XRD图谱，可以看出：产物主要含有KAlSiO₄相(钾霞石)和K₂SiO₃相，表明采用本发明技术可以将钾长石(KAlSi₃O₈)转变为钾霞石(KAlSiO₄)和可溶性K₂SiO₃

实施例3

一种钾长石微波活化制备钾霞石的方法，包括以下步骤：

1)将钾长石原矿粉体球磨，筛分，磁选，得到大于200目的提纯矿粉。本实施例采用钾长石如实施例1所述。

2)将提纯矿粉、石墨粉体与氢氧化钠按照10：1.5：1质量比混合，置于球磨机中球磨，球磨时间为6h，球磨后筛分得粒度>200目的混合粉体。

3)将混合粉体置于微波反应炉中进行活化，活化反应结束后自然冷却到室温得到粉体。其中，微波活化温度为700℃，微波活化时间为40min。

4)将步骤3)所得粉体与水按照1g：60mL的料液比配制溶液，抽滤、干燥后产物为钾霞石。其中，干燥温度为70℃，干燥时间为7h。

本实施例所制得的钾霞石粉体粒度为140～160目。

实施例4

一种钾长石微波活化制备钾霞石的方法，包括以下步骤：

1)将钾长石原矿粉体球磨，筛分，磁选，得到200目的提纯矿粉。本实施例采用钾长石如实施例1所述。

2)将提纯矿粉、生物质碳粉体与氢氧化钠按照7：1.7：1质量比混合，置于球磨机中球磨，球磨时间为8h，球磨后筛分得粒度>200目的混合粉体。

3)将混合粉体置于微波反应炉中进行活化，活化反应结束后自然冷却到室温得到粉体。微波活化温度为650℃，微波活化时间为50min。

4)将步骤3)所得粉体与水按照1g：40mL的料液比配制溶液，抽滤、干燥后产物为钾霞石。干燥温度为75℃，干燥时间为9h。

本实施例所制得的钾霞石粉体粒度为160～180目。

实施例5

一种钾长石微波活化制备钾霞石的方法，包括以下步骤：

1)将钾长石原矿粉体球磨，筛分，磁选，得到大于200目的提纯矿粉。本实施例采用钾长石如实施例1所述。

2)将提纯矿粉、活性碳粉体与氢氧化钙按照5：1：1质量比混合，置于球磨机中球磨，球磨时间为10h，球磨后筛分得粒度>200目的混合粉体。

3)将混合粉体置于微波反应炉中进行活化，活化反应结束后自然冷却到室温得到粉体。其中，微波活化温度为600℃，微波活化时间为30min。

4)将步骤3)所得粉体与水按照1g：20mL的料液比配制溶液，抽滤、干燥后产物为钾霞石。其中，干燥温度为80℃，干燥时间为11h。

本实施例所制得的钾霞石粉体粒度为180～200目。

本发明提供的一种钾长石微波活化制备钾霞石的方法至少具有以下优点：将提纯钾长石矿粉、碳粉与氢氧化钾按照一定质量比混合，球磨、筛分后得粒度大于200目的粉体置于微波反应炉中进行活化，活化反应结束后自然冷却到室温；活化后的产物经抽滤分离，干燥后产物为钾霞石。碳是微波吸收介质，碳粉的加入使其受热均匀，加快升温速度；同时碳也作为分散剂，有效阻止活化过程的熔融烧结，使产物具有较小粒度，后续不需要球磨处理；此外，在加热过程中，碳与氧气反应可生成CO₂气体，气体的溢出增加了粉体的比表面积。较小粒度及比表面积为钾霞石酸解法制取钾肥钾盐提供更多的反应活性点，促进反应的高效、高产率。此外，本发明采用微波反应炉对混合粉体进行活化，物料吸收电磁波后温度升高，加热均匀，提高了活化效果。本发明提供的一种钾长石微波活化制备钾霞石的方法具有工艺流程简单，所制备的钾霞石具有较小粒度及高比表面积，使后续工艺钾霞石酸解法具有高效、高产率的特点，具有非常好的工业应用前景。