CN103980009B - 水云母钡离子交换法提取可溶性钾离子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水云母矿石中提取可溶性钾离子的方法，其包括以下步骤：(1)将水云母矿石粉碎后进行酸处理；(2)酸处理后的水云母与氯化钡的水溶液混合，调节混合物的pH值至2-5，30-70℃下反应1-5h，过滤收集含钾离子的滤液。本发明提供的方法步骤简单，钾离子提取率高(最高达75％)，成本低，环境污染小，并且能够保持水云母矿石层状结构，因而适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于化学、冶金技术领域，具体涉及一种水云母钡离子交换法提取可溶性钾离子的方法。
背景技术
我国是农业大国，随着农业生产条件的不断改善，农作物产量不断提高，土壤中的钾迅速减少，因此对钾肥需求十分巨大。目前我国钾矿资源的现状是：可溶性钾资源少，难溶性钾资源储量丰富。我国目前探明的难溶性钾资源主要是硅酸盐类，其总储量超过100亿t。硅酸盐类钾资源中大部分为含钾页岩(占70％)，主要是含水云母矿石或钾长石较高的页岩。
水云母矿石的结构特征是：①与滑石的结构相似，硅氧四面体层与铝氧八面体层的比例为2:1，所不同的是四面体层的Si约有1/4被Al所置换，使Si：Al等于3:1；②由云母层层间存在的K离子补偿硅氧四面体产生的多余的负电荷。由于K离子与OB层为价键连接，导致钾离子的浸出很困难。一般常用的提取方法是用高温焙烧或用强酸如氢氟酸去破坏硅酸盐晶格，从而导致钾离子溶出。但硅酸盐晶格破坏后，其他八面体层和四面体层中大量类质同象元素(锰、铝、硅、钒、钛和铁)等杂质同时都会浸出，需要大量繁琐的后续工序；且大量氢氟酸的使用，会对环境和控制成本造成压力，而且不利于资源的综合利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种采用钡离子交换法提取水云母中可溶性钾离子的方法，成本低，工艺简单，适于大规模生产。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种水云母矿石中提取可溶性钾离子的方法，其包括以下步骤：
(1)将水云母矿石粉碎后进行酸处理；
(2)酸处理后的水云母与氯化钡的水溶液混合，调节混合物的pH值至2-5，30-70℃下反应1-5h，过滤收集含钾离子的滤液。
钡离子和钾离子在12配位时的离子半径大小相似，在氢离子做活化剂的条件下，有利于钡离子进入云母层间置换出钾离子。钡离子的电荷数比钾离子大，一个钡离子进入层间取代一个钾离子的位置的同时，会产生一个空位，由空位缺陷扩散理论，后面的钡离子会不断地进入到云母层间，钾离子不断地被浸出，整个过程，云母的层状结构保持不变。
按上述方案，步骤(1)所述水云母矿石中钾含量为3.0～10.5％。
按上述方案，步骤(1)所述酸处理为用浓度为10wt％的盐酸浸泡2h。
按上述方案，步骤(2)所述水云母与氯化钡的水溶液的质量体积比为1:20-50g/mL。
按上述方案，步骤(2)所述氯化钡的水溶液浓度为0.25～1.75mol/L。
本发明方法可以用来直接提取钾，也可以与其他提取钾的方法联用，提高提钾效率。
本发明的有益效果在于：1、本发明在水云母矿石中加入氯化钡的水溶液，用盐酸作活化剂，将位于云母层层间的大部分钾离子变成游离的钾离子提取出来，制备方法简单，钾离子提取率高(最高达75％)，成本低，环境污染小，因而适于工业化生产；2、本发明用“钡离子交换法”从水云母中浸出可溶性钾离子并且能够保持水云母矿石层状结构，使得提钾余料仍可用于生产其他副产品如页岩砖等。控制成本的同时，还能综合利用资源。
附图说明
图1为本发明实施例1提取钾过程中钡离子置换钾离子示意图；
图2为实施例1水云母矿石的XRD图；
图3为实施例1提钾余料的XRD图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
(1)用球磨机将水云母矿石粉碎后过200目筛，然后进行酸处理，即用浓度为10wt％的盐酸浸泡2h，取样品烘干后用X射线荧光(XRF)分析所得样品测出其中的含钾量w0(KO2)为3.01％；
(2)酸处理后的水云母与浓度为0.25mol/L的氯化钡的水溶液混合，水云母与氯化钡的水溶液的质量体积比为1:20g/mL，用浓度为10wt％的盐酸溶液调节混合物的pH值至2，置于30℃的恒温水浴中搅拌反应1h，过滤收集含钾离子的滤液，测定固体不溶物(提钾余料)中的钾含量w1为2.02％；总的脱钾率为32.9％{w＝(w0-w1)/w0}。
图1为本实施例提取钾过程中钡离子置换钾离子示意图，带2个正电荷的钡离子的进入取代带一个正电荷的钾离子，生产一个相应的空位，由空位缺陷理论，钡离子会不断向层间扩散，钾离子不断溶出，整个过程只在云母层间发生，云母的层状结构保持不变。图2为本实施例所用水云母矿石的XRD图，矿石样品中的主要载钾矿物为水云母。图3为本实施例提钾余料的XRD图，与图2对比可知，提钾过程完成后样品的主要物相仍然为水云母，可以很清晰地看出水云母的层状结构没有遭到破坏。
实施例2
(1)用球磨机将水云母矿石粉碎后过200目筛，然后进行酸处理，即用浓度为10wt％的盐酸浸泡2h，取样品烘干后用X射线荧光(XRF)分析所得样品测出其中的含钾量w0(KO2)为6.72％；
(2)酸处理后的水云母与浓度为1.00mol/L的氯化钡的水溶液混合，水云母与氯化钡的水溶液的质量体积比为1:30g/mL，用浓度为10wt％的盐酸溶液调节混合物的pH值至3，置于50℃的恒温水浴中搅拌反应3h，过滤收集含钾离子的滤液，测定固体不溶物中的钾含量w1为2.89％；总的脱钾率56.99％{w＝(w0-w1)/w0}。
实施例3
(1)用球磨机将水云母矿石粉碎后过200目筛，然后进行酸处理，即用浓度为10wt％的盐酸浸泡2h，取样品烘干后用X射线荧光(XRF)分析所得样品测出其中的含钾量w0(KO2)为10.54％；
(2)酸处理后的水云母与浓度为1.75mol/L的氯化钡的水溶液混合，水云母与氯化钡的水溶液的质量体积比为1:50g/mL，用浓度为10wt％的盐酸溶液调节混合物的pH值至5，置于70℃的恒温水浴中搅拌反应5h，过滤收集含钾离子的滤液，测定固体不溶物中的钾含量w1为2.66％；总的脱钾率74.77％{w＝(w0-w1)/w0}。
由以上实施例可知本发明提供的方法步骤简单，钾离子提取率高(最高达75％)，成本低，环境污染小，并且能够保持水云母矿石层状结构，因而适于工业化生产。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种水云母矿石中提取可溶性钾离子的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将水云母矿石粉碎后进行酸处理；
(2)酸处理后的水云母与氯化钡的水溶液混合，调节混合物的pH值至2-5，30-70℃下反应1-5h，过滤收集含钾离子的滤液。
2.根据权利要求1所述的水云母矿石中提取可溶性钾离子的方法，其特征在于：步骤(1)所述水云母矿石中钾含量为3.0～10.5％。
3.根据权利要求1所述的水云母矿石中提取可溶性钾离子的方法，其特征在于：步骤(1)所述酸处理为用浓度为10wt％的盐酸浸泡2h。
4.根据权利要求1所述的水云母矿石中提取可溶性钾离子的方法，其特征在于：步骤(2)所述水云母与氯化钡的水溶液的质量体积比为1:20-50g/mL。
5.根据权利要求1或4所述的水云母矿石中提取可溶性钾离子的方法，其特征在于：步骤(2)所述氯化钡的水溶液浓度为0.25～1.75mol/L。
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