專利名稱：一種用微波技術提取秸稈中鉀的方法
技術領域：
農作物生長過程中從土壤中吸取的鉀肥，很大比例存在秸稈中。而秸稈作為農業生產的 一種廢料，其中含有大量的鉀資源有必要回收利用。本發明涉及的是對農作物廢料秸稈中鉀的回收方法。即在微波處理下秸稈中的r溶于溶浸液中，用離子交換樹脂或無機離子交換劑吸 附提取液中的鉀，選用鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸等溶液淋洗解脫樹脂或離子交換劑上的鉀， 蒸發濃縮解脫液，結晶得到各種鉀鹽產品。本方法既可用于稻草、玉米、小麥秸稈中鉀的提 取，又可用于竹子、樹木類物質中鉀的提取，同時用于造紙行業中，回收造紙所用木材、竹子、 秸稈等原料中的鉀。
背景技術：
我國是個農業大國同時又是一個鉀資源匱乏的國家,每年工農業生產所需的鉀產品近500 萬噸，其中50%從鹽鹵中提取，約一半需從國外進口。與此同時，施入土壤的鉀肥被作物吸 收后，大部分富集在作物秸稈中，隨著農作物的收割不斷的被帶走，造成土壤鉀素逐漸虧缺， 施肥需求越來越大，已經成為限制我國農業生產持續穩定發展的重要因素之一。農作物秸稈，是常見的農業廢棄物，具有分布廣、資源量大的特點。具資料報道，稻稈、 麥稈和油菜稈中鉀含量分別達到1.89%、 1.18 %和1.94%,甘薯、馬鈴薯秸稈含鉀量可達3% 以上。目前秸稈中鉀的回收利用技術主要有兩種， 一種是燃燒后還田，雖能解決鉀資源的回 收問題，但同時造成嚴重的環境污染；另一種是直接還田，由于秸稈中鉀析出速度緩慢使得 其中鉀不能很好被植物吸收，同時大量的秸稈直接還田，對土壤帶來不良影響。有資料報道 將秸稈用作燃料的熱化學轉化中，秸稈中的鉀、鈉等堿金屬將熱解析出，造成受熱面玷污、 污染以及爐內結渣、聚團等--系列問題，事先分離提取其中的鉀等堿金屬元素，對秸桿熱化 學轉化也是有利的。然而，從秸稈中提取鉀技術未見報道。從秸稈的組織結構分析可知，秸稈中纖維素和木質素構成的復雜結構與纖維素和纖維素 之間形成的結晶性纖維素使得秸稈的破壞有一定難度。秸稈提鉀技術的關鍵在f尋找有效的 處理秸稈的方法，最大限度合理有效的溶解秸稈中所含的鉀。然而，在現有的國內外文獻中 尚未見相關報道。
發明內容
針對上述情況，本發明的目的是提供一種能對秸稈中鉀進行有效溶浸提取的方法。該方 法既可用于稻草、玉米、小麥秸稈中鉀的提取，又可用于竹子、樹木類物質中鉀的浸提。對于由纖維素和木質素以及纖維素和纖維素之間形成的結晶性纖維素構成的結構相當穩 定秸稈，除可經常規的高溫灰化處理使其結構破壞得到相應的無機金屬離子外，試驗顯示， 通過一定的溶浸劑以微波消解形式，促使秸稈中鉀溶解在溶浸劑中，可以達到破壞其原有組 織結構，從而使本發明所需的鉀鹽被溶解于溶浸液中而達到回收目的。溶浸劑可以是水或含 有無機酸或鹽、有機試劑的水溶液。因此本發明采用能破壞秸稈結構的微波消解方法使其中鉀溶于溶浸劑而達到提取鉀的目的。可以實現本發明上述目的的而作為溶浸劑的無機鹽或酸和/或有機類化合物成分很多，選 擇時除考慮經濟因素外，還以盡量避免或減少對環境造成污染的化合物為優選。本發明通過實驗考察了水、硝酸、鹽酸、高氯酸、等溶液對秸稈的增溶作用，本發明所 說的溶浸劑，對上述可供選用的多種溶浸劑成分，既可以只采用單--成分的組成形式，也可 以采用兩種或多種成分混合組成的形式，可以根據秸稈具體成分和情況而定。試驗顯示，不 同的溶浸劑成分的溶浸效果上表現有所不同。水、硝酸、鹽酸、等若干無機溶液對成都東郊 的稻草秸稈的增溶作用的試驗顯示，鉀的溶出率均可達到85%以上，其中以水、硝酸的增溶 效果最好，分別達到89%和92%。由于硝酸具有氧化性，會加速植物纖維氧化溶解在溶浸劑中， 增加后期分離難度，且易腐蝕設備，對水而言，除具有良好的溶解性能外，還具有無毒、價 廉、對秸稈后期處理影響小的特點，是優良的溶浸劑。通過進一步實驗室實驗，提出了微波消解秸稈和離子交換提取鉀技術路線及工藝條件，即 以水為溶浸劑，微波消解秸稈，陽離子交換樹脂或無機離子交換劑提取鉀。采用溶浸法提取秸稈鉀時，溫度(T)、秸稈破碎粒徑、溶浸劑量、消解時間等條件均與秸 稈中鉀溶解率有關。實驗表明，隨著溫度升高，消解時間的增長，可以增大秸稈中鉀的浸出 速度和浸出率，但同時也加大了秸稈中的纖維類物質溶出，這給后續的鉀分離帶來難度。適 宜溫度和時間與秸稈組成及存放時間有關，對于稻草秸稈的消解，適宜消解條件為溫度控制 在40 80'C，時間在2-IO分鐘。可以理解，秸桿粉碎粒徑對鉀溶出影響較大，隨著秸稈破 碎粒徑降低，溶解速率與溶解率均提高。溶浸劑量-般控制在固液比l: 20至1: 80之間， 其中以l: 25效果最佳。溶浸劑量過低，鉀浸出率降低，并且得到的浸出液中纖維類物質濃 度較大，導致液相粘度過大，對后續離子交換吸附分離不利；溶浸劑量過多，增加了離子交 換吸附處理量。實驗顯示，本發明的溶浸方法在上述條件范圍內，秸稈中鉀的浸出率達90% 以上，提取液經樹脂分離富集后結晶得到的鉀鹽產品中K20含量達45M以上。
說明書附圖為用微波法提取秸稈中鉀的工藝流程圖。提取液經交換吸附分離、濃縮結晶、 分離制得鉀產品。液相2根據其中鉀濃度高低可以分別返回到淋洗工序和濃縮結晶工序。
具體實施例方式賣例l本例用成都東郊秸稈為原料，秸稈中K含量為3.2。/。。取秸稈100g,粉碎至200目，加蒸 餾水2500ml微波消解，消解時間3分鐘，消解液中鉀浸出率卯.6%。提取液經離子交換樹脂 富集、蒸發濃縮、得到鉀鹽純度為45.3% (K20)。實例2本例用成都西郊秸稈為原料，秸稈中K含量為2.8。/。。取秸稈200g，粉碎至120目，加蒸 餾水5000ml微波消解，消解時間3分鐘，消解液中鉀含量89.3%。提取液經離子交換樹脂富 集、蒸發濃縮、得到鉀鹽純度為45.1% (K20)。
權利要求
1. 對秸稈中鉀的微波消解溶浸析出方法，對破碎后的秸稈用溶浸劑進行溶浸處理后，用陽離子交換樹脂或無機離子交換劑富集分離其中的鉀，并用含有Cl-、或NO3-、SO42-的水溶液淋洗解脫，解脫液經蒸發濃縮結晶得到KCl、KNO3或K2SO4產品。
2. 如權利要求1所述的對秸稈中鉀的溶浸析出方法，其特征溶浸劑為水溶液，采用方法為 微波消解。
3. 如權利要求2所述的對秸稈中鉀的溶浸析出方法，其特征是說微波消解時間為2-30分鐘。
4. 如權利要求2所述的對秸稈中鉀的溶浸析出方法，其特征是說秸稈與水的固液比為1: 20 1: 80。
5. 如權利要求1至5所述的對秸稈中鉀的溶浸析出方法，其特征是說先對秸稈粉碎至40-200 目，再用水微波消解。
6. 如權利要求i所述的對樹脂吸附的鉀采用5y。-2on/。含有cr、或No:r、 so42—的水溶液解脫。
7. 如權利要求1至6所述的對秸稈中鉀的溶浸析出方法，其特征是說對溶浸液用陽離子交 換樹脂或無機離子交換劑吸附分離富集其中的鉀。
全文摘要
本發明涉及的是一種從秸稈中提取鉀的方法，采用水為溶浸劑，利用微波技術破壞秸稈纖維組織結構，使秸稈中鉀以離子形式析出，用陽離子交換樹脂或沸石等離子交換劑吸附分離浸出溶液中的鉀，采用鹽酸、硫酸或硝酸等溶液解脫，解脫液經蒸發濃縮結晶得到相應的氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀等鉀鹽產品。實驗結果顯示秸稈中鉀的提取率可達70％以上，溶浸液中鉀的濃度可達3.6g/l，本方法也適用于小麥、玉米、竹子、樹木等類似物質中鉀的提取。
文檔編號C01D13/00GK101229922SQ20071004831
公開日2008年7月30日 申請日期2007年1月23日 優先權日2007年1月23日
發明者毅 馮, 唐明林, 安蓮英 申請人:成都理工大學