[發明專利]鎂離子交換法從黑云母中提取可溶性鉀離子的方法

有效

• 申請號: 201811454095.9
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109504857B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 黃志良;姚東輝;危鈺;雷紅
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C22B3/42
• 分類號: C22B3/42;C22B1/00;C22B26/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明;閉釗

本發明涉及一種利用鎂離子交換法從黑云母中提取可溶性鉀離子的方法。該方法是在原有的鋇離子交換法基礎上改進而來，在硝酸根、氫離子存在條件下，利用鎂離子較強的水合性質，形成的水合鎂離子半徑大于鉀離子半徑，其進入黑云母層間后使得層空間擴張并產生空位，根據空位缺陷擴散理論，更多的鎂離子將會不斷進入云母層間，同時也會攜帶大量水分子進入層空間，從而使得鉀離子高效、快速的浸出。與鋇離子交換法相比，本發明方法具有提鉀效率高、成本低、環境污染小、適用于工業化大規模生產等優點。除此之外，提取完剩余的固體余料仍能夠保持層狀結構，可用于生產其他副產品，有助于實現資源的綜合利用。

技術領域

本發明涉及化學、冶金技術領域，具體涉及一種利用鎂離子交換法從黑云母中提取可溶性鉀離子的方法。

背景技術

鉀元素是土壤中的重要營養元素之一，在植物生長過程中發揮著重要作用，鉀肥的可持續供應關系到我國糧食的品質和數量安全。目前可供利用的鉀資源主要為可溶性鉀，我國的可溶性鉀資源較為貧乏，難溶性鉀資源不僅含量豐富而且分布廣泛，初步查明資源量(以KCl計)在3000億噸以上。這些難溶性鉀資源主要為含鉀頁巖(約占70％)，包括黑云母礦石和鉀長石較高的頁巖等。

黑云母是典型的層狀硅酸鹽礦物，其硅氧四面體層與鋁氧八面體層的比例為2:1，其中四面體層中有1/4的Si被Al置換，八面體中心主要被二價陽離子Mg²⁺、Fe²⁺占據，其中Mg：Fe＜2:1，層間域吸附的主要陽離子為K⁺，從而平衡硅氧四面體產生的多余負電荷，因此鉀離子的提取變得十分困難。目前常用的從黑云母中提取鉀的方法大多通過高溫或強酸強制性破壞硅酸鹽晶格，從而得到游離的鉀離子，這些方法不僅使得更多的雜質與鉀離子混合，加大了后續提取難度，而且存在高耗能、高污染等問題，不利于環境的保護和資源的合理開發利用。

在此之前，本發明人團隊公開了采用鋇離子交換法從黑云母或水云母中提取鉀的方法(CN105016353A、CN106467305A及CN103980009A)。這些方法中有的需要額外使用柱撐劑，一方面增加了成本，另一方面增加了產物中的雜質含量；還有的需要反復多次提取才能達到較高的提取率。除此之外，這些提鉀方法還普遍存在以下幾個問題：(1)與硝酸鎂相比，硝酸鋇的價格更加昂貴，不利于大規模工業化普及；(2)鋇離子屬于重金屬離子，不利于產品后處理，不適應環境保護的要求，廢水處理難度較大、成本較高；(3)硝酸鋇屬于有毒物質，在生產過程中容易出現安全事故；(4)鋇離子交換法最高提鉀率約96％，大約耗時20h，不僅提鉀效率相對較低而且耗時長。在此基礎上，發明人團隊對原有技術進行了升級改進，通過大量實驗開發出了一種新的黑云母提鉀方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有鋇離子提鉀方法存在的上述不足，提供一種鎂離子交換法從黑云母中提取可溶性鉀離子的方法。相比而言，該方法更加安全可靠，成本更低，提鉀效率更高，生產率也得到了大大提高，環保壓力較小，尤其適用于大規模工業化生產。為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

鎂離子交換法從黑云母中提取可溶性鉀離子的方法，包括以下步驟：將黑云母礦石粉碎后過篩，得到黑云母礦粉；按照一定比例將黑云母礦粉與可溶性鎂鹽水溶液混合，再加入酸溶液調節混合溶液pH至酸性，加熱進行反應，過濾后收集濾液。

進一步的，黑云母礦石粉碎后過200目篩網。

進一步的，黑云母礦石中鉀的含量為5.0wt％-10.3wt％。

進一步的，可溶性鎂鹽水溶液的濃度為0.30-1.50mol/L，黑云母礦粉與可溶性鎂鹽水溶液混合時的比例為1g:0.6-5mL。

進一步的，所述可溶性鎂鹽為硝酸鎂，所述酸溶液為稀鹽酸；或者所述可溶性鎂鹽為氯化鎂，所述酸溶液為稀硝酸。

進一步的，反應前用酸溶液調節溶液pH至3-6。