[发明专利]加工杂卤石矿的方法、制备硫酸钾的方法及相关系统

说明书

优先权声明

本申请要求以Chastain等人的名义于2011年11月14日提交的针对“加工杂卤石矿的方法、制备硫酸钾的方法及相关系统(METHODS OF PROCESSING POLYHALITE ORE,METHODS OF PRODUCING POTASSIUM SULFATE,AND RELATED SYSTEMS.)”的序列号为61/559,488的美国临时专利申请的提交日的权益。

技术领域

本申请一般地涉及加工杂卤石矿以制备钾碱的硫酸盐(sulfate of potash)、无水钾镁矾和/或其他产品。

背景

杂卤石是一种具有式K₂Ca₂Mg(SO₄)₄·2H₂O的矿石，其天然存在于例如德克萨斯州、新墨西哥州、乌克兰和德国的矿床中。由于杂卤石没有足够的水溶性以允许矿床被经济地以溶浸法开采，因此矿床常规地经地下开采以产生岩石或大块形式的矿石。

杂卤石可以用于制备多种盐，如硫酸钾(也称为钾碱的硫酸盐或SOP)、硫酸镁钾、硫酸钙钾、氢氧化钾、硫酸镁等。一些钾盐是化肥和用于多种工业过程的原料中的重要成分。

在不经煅烧的情况下(即，加热至杂卤石至少部分离解的温度)，杂卤石在水溶液中是可溶的或可浸出的，但是溶解相对缓慢。加工杂卤石矿的几种方法是已知的，如在John E.Conley和Everett P.Partridge,Potash Salt from Texas-New Mexico Polyhalite Deposits:Commercial Possibilities,Proposed Technology,and Pertinent Salt-Solution Equilibria,U.S.Dept.of the Interior Bureau of Mines Bulletin459(1944)中描述的那些。例如，杂卤石可以通过本领域已知的方法煅烧，并且K₂SO₄和MgSO₄可以通过热水、冷水或其他方法提取。所产生的溶液可以经历多种工艺以产生产品如硫酸钾(SOP或K₂SO₄)、钾镁矾(K₂SO₄MgSO₄·4H₂O)、软钾镁矾(K₂SO₄MgSO₄·6H₂O)、无水钾镁矾(K₂SO₄·2MgSO₄)、水镁矾(MgSO₄·H₂O)、泻利盐(MgSO₄·7H₂O)等。

加工杂卤石矿的已知方法一般地需要大量的功率和/或蒸汽输入，并且可能具有加工限制。例如，在一些方法中，K₂SO₄可以以约86％的效率回收，但是可能不为常规地用作化肥的形式(例如，晶型、纯度等)。在一些方法中，钾可以完全作为SOP制备，但是效率可能仅为约74％，并且蒸汽和功率需求可能相对较高。在其他方法中，K₂SO₄效率可以高达95％，但是具有更高的蒸汽和功率需求。一些方法可以以不理想的比例(即，以不能使产品的经济值最大化的比例)产生含硫酸盐的产品。因此，提供使这些缺点最小化或减轻的加工杂卤石的方法是有利的。

发明内容

在本发明的一些实施方案中，形成硫酸钾的方法包括煅烧杂卤石矿颗粒以将杂卤石矿颗粒转化为水溶性组合物。将至少一部分水溶性组合物溶于水性介质中以形成包含K⁺、Mg²⁺和SO₄^2-离子的水溶液和含钙固体。将含钙固体与水溶液分离以形成包含K⁺、Mg²⁺和SO₄^2-离子的滤液。将含钾盐溶于滤液中来提高K⁺和SO₄^2-离子的浓度以形成浓缩液体，并且从浓缩液体中结晶K₂SO₄。