[发明专利]镁离子交换法从黑云母中提取可溶性钾离子的方法

说明书

本发明涉及一种利用镁离子交换法从黑云母中提取可溶性钾离子的方法。该方法是在原有的钡离子交换法基础上改进而来，在硝酸根、氢离子存在条件下，利用镁离子较强的水合性质，形成的水合镁离子半径大于钾离子半径，其进入黑云母层间后使得层空间扩张并产生空位，根据空位缺陷扩散理论，更多的镁离子将会不断进入云母层间，同时也会携带大量水分子进入层空间，从而使得钾离子高效、快速的浸出。与钡离子交换法相比，本发明方法具有提钾效率高、成本低、环境污染小、适用于工业化大规模生产等优点。除此之外，提取完剩余的固体余料仍能够保持层状结构，可用于生产其他副产品，有助于实现资源的综合利用。

技术领域

本发明涉及化学、冶金技术领域，具体涉及一种利用镁离子交换法从黑云母中提取可溶性钾离子的方法。

背景技术

钾元素是土壤中的重要营养元素之一，在植物生长过程中发挥着重要作用，钾肥的可持续供应关系到我国粮食的品质和数量安全。目前可供利用的钾资源主要为可溶性钾，我国的可溶性钾资源较为贫乏，难溶性钾资源不仅含量丰富而且分布广泛，初步查明资源量(以KCl计)在3000亿吨以上。这些难溶性钾资源主要为含钾页岩(约占70％)，包括黑云母矿石和钾长石较高的页岩等。

黑云母是典型的层状硅酸盐矿物，其硅氧四面体层与铝氧八面体层的比例为2:1，其中四面体层中有1/4的Si被Al置换，八面体中心主要被二价阳离子Mg²⁺、Fe²⁺占据，其中Mg：Fe＜2:1，层间域吸附的主要阳离子为K⁺，从而平衡硅氧四面体产生的多余负电荷，因此钾离子的提取变得十分困难。目前常用的从黑云母中提取钾的方法大多通过高温或强酸强制性破坏硅酸盐晶格，从而得到游离的钾离子，这些方法不仅使得更多的杂质与钾离子混合，加大了后续提取难度，而且存在高耗能、高污染等问题，不利于环境的保护和资源的合理开发利用。

在此之前，本发明人团队公开了采用钡离子交换法从黑云母或水云母中提取钾的方法(CN105016353A、CN106467305A及CN103980009A)。这些方法中有的需要额外使用柱撑剂，一方面增加了成本，另一方面增加了产物中的杂质含量；还有的需要反复多次提取才能达到较高的提取率。除此之外，这些提钾方法还普遍存在以下几个问题：(1)与硝酸镁相比，硝酸钡的价格更加昂贵，不利于大规模工业化普及；(2)钡离子属于重金属离子，不利于产品后处理，不适应环境保护的要求，废水处理难度较大、成本较高；(3)硝酸钡属于有毒物质，在生产过程中容易出现安全事故；(4)钡离子交换法最高提钾率约96％，大约耗时20h，不仅提钾效率相对较低而且耗时长。在此基础上，发明人团队对原有技术进行了升级改进，通过大量实验开发出了一种新的黑云母提钾方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有钡离子提钾方法存在的上述不足，提供一种镁离子交换法从黑云母中提取可溶性钾离子的方法。相比而言，该方法更加安全可靠，成本更低，提钾效率更高，生产率也得到了大大提高，环保压力较小，尤其适用于大规模工业化生产。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

镁离子交换法从黑云母中提取可溶性钾离子的方法，包括以下步骤：将黑云母矿石粉碎后过筛，得到黑云母矿粉；按照一定比例将黑云母矿粉与可溶性镁盐水溶液混合，再加入酸溶液调节混合溶液pH至酸性，加热进行反应，过滤后收集滤液。

进一步的，黑云母矿石粉碎后过200目筛网。

进一步的，黑云母矿石中钾的含量为5.0wt％-10.3wt％。

进一步的，可溶性镁盐水溶液的浓度为0.30-1.50mol/L，黑云母矿粉与可溶性镁盐水溶液混合时的比例为1g:0.6-5mL。

进一步的，所述可溶性镁盐为硝酸镁，所述酸溶液为稀盐酸；或者所述可溶性镁盐为氯化镁，所述酸溶液为稀硝酸。

进一步的，反应前用酸溶液调节溶液pH至3-6。