[0023] 实施例1：
[0024] 本实施例的凝灰岩粉末原料购自中国河南信阳思牧达科技有限公司，该凝灰岩粉末组分为：SiO2 77.45％、Al2O3 9.73％、CaO 0.78％、TiO2 1.45％、MgO 0.51％、Fe2O3 1.23％、MnO 0.35％、V2O5 0.46％、K2O 7.83％、Na2O 0.21％。
[0025] A)制备凝灰岩粉末，先由研磨装置对上面所述的凝灰岩粉末原料研磨2h，再由筛孔孔径为10μm的筛子过筛，得到凝灰岩过筛粉末；
[0026] B)制备凝灰岩活化粉末，将由步骤A)得到的凝灰岩过筛粉末引入(即导入)低温等离子体反应槽Ⅰ，先开启氧气曝气装置进行氧气曝气并且控制氧气曝气的工艺参数，也就是将氧气的流速控制为1m/s，在氧气曝气的同时进行低温等离子体照射，低温等离子体照射的工艺参数为：将低温等离子体照射的时间控制为2h，并将低温等离子体作用电压控制为10KV，得到凝灰岩活化粉末；
[0027] C)制备磷酸浸出液，将磷酸水溶液与由步骤B)得到的凝灰岩活化粉末按体积重量比为1∶1ml/mg混合并且搅拌2h，再采用离心装置离心分离，离心装置的转速为4000rpm，离心分离的时间为15min，取上清液，得到磷酸浸出液，本步骤中所述磷酸水溶液为4M的磷酸水溶液；
[0028] D)制备磷酸钾成品，将由步骤C)得到的磷酸浸出液导入低温等离子反应槽Ⅱ，先开启氧气曝气装置进行氧气曝气并且控制氧气曝气的工艺参数，也就是将氧气的流速控制为1m/s，在氧气曝气的同时进行低温等离子体照射，低温等离子体照射的时间控制为1h，并将低温等离子体作用电压控制为5KW，得到磷酸钾浊液，而后采用离心分离器对磷酸钾浊液进行离心分离，离心分离器的转速为12000rpm，离心分离的时间为15min，取上清液并将上清液烘干后研磨，得到粉末状的磷酸钾。
[0029] 实施例2：
[0030] 本实施例的凝灰岩粉末原料购自中国河南信阳思牧达科技有限公司，该凝灰岩粉末组分为：SiO2 77.45％、Al2O3 9.73％、CaO 0.78％、TiO2 1.45％、MgO 0.51％、Fe2O3 1.23％、MnO 0.35％、V2O5 0.46％、K2O 7.83％、Na2O 0.21％。
[0031] A)制备凝灰岩粉末，先由研磨装置对上面所述的凝灰岩粉末原料研磨5h，再由筛孔孔径为30μm的筛子过筛，得到凝灰岩过筛粉末；
[0032] B)制备凝灰岩活化粉末，将由步骤A)得到的凝灰岩过筛粉末引入(即导入)低温等离子反应槽Ⅰ，先开启氧气曝气装置进行氧气曝气并且控制氧气曝气的工艺参数，也就是将氧气的流速控制为3.5m/s，在氧气曝气的同时进行低温等离子体照射，低温等离子体照射的工艺参数为：将低温等离子体照射的时间控制为1h，并将低温等离子体作用电压控制为55KV，得到凝灰岩活化粉末；
[0033] C)制备磷酸浸出液，将磷酸水溶液与由步骤B)得到的凝灰岩活化粉末按体积重量比为1∶3ml/mg混合并且搅拌3h，再采用离心装置离心分离，离心装置的转速为2000rpm，离心分离的时间为25min，取上清液，得到磷酸浸出液，本步骤中所述磷酸水溶液为2.5M的磷酸水溶液；
[0034] D)制备磷酸钾成品，将由步骤C)得到的磷酸浸出液导入低温等离子反应槽Ⅱ，先开启氧气曝气装置进行氧气曝气并且控制氧气曝气的工艺参数，也就是将氧气的流速控制为3.5m/s，在氧气曝气的同时进行低温等离子体照射，低温等离子体照射的时间控制为0.5h，并将低温等离子体作用电压控制为17.5KW，得到磷酸钾浊液，而后对采用离心分离器对磷酸钾浊液进行离心分离，离心分离器的转速为6000rpm，离心分离的时间为25min，取上清液并将上清液烘干后研磨，得到粉末状的磷酸钾。
[0035] 实施例3：
[0036] 本实施例的凝灰岩粉末原料购自中国河南信阳思牧达科技有限公司，该凝灰岩粉末组分为：SiO2 77.45％、Al2O3 9.73％、CaO 0.78％、TiO2 1.45％、MgO 0.51％、Fe2O3 1.23％、MnO 0.35％、V2O5 0.46％、K2O 7.83％、Na2O 0.21％。
[0037] A)制备凝灰岩粉末，先由研磨装置对上面所述的凝灰岩粉末原料研磨8h，再由筛孔孔径为50μm的筛子过筛，得到凝灰岩过筛粉末；
[0038] B)制备凝灰岩活化粉末，将由步骤A)得到的凝灰岩过筛粉末引入(即导入)低温等离子反应槽Ⅰ，先开启氧气曝气装置进行氧气曝气并且控制氧气曝气的工艺参数，也就是将氧气的流速控制为6m/s，在氧气曝气的同时进行低温等离子体照射，低温等离子体照射的工艺参数为：将低温等离子体照射的时间控制为3h，并将低温等离子体作用电压控制为100KV，得到凝灰岩活化粉末；
[0039] C)制备磷酸浸出液，将磷酸水溶液与由步骤B)得到的凝灰岩活化粉末按体积重量比为1∶2ml/mg混合并且搅拌1h，再采用离心装置离心分离，离心装置的转速为6000rpm，离心分离的时间为5min，取上清液，得到磷酸浸出液，本步骤中所述磷酸水溶液为1M的磷酸水溶液；
[0040] D)制备磷酸钾成品，将由步骤C)得到的磷酸浸出液导入低温等离子反应槽Ⅱ，先开启氧气曝气装置进行氧气曝气并且控制氧气曝气的工艺参数，也就是将氧气的流速控制为6m/s，在氧气曝气的同时进行低温等离子体照射，低温等离子体照射的时间控制为1.5h，并将低温等离子体作用电压控制为30KW，得到磷酸钾浊液，而后对采用离心分离器对磷酸钾浊液进行离心分离，离心分离器的转速为18000rpm，离心分离的时间为5min，取上清液并将上清液烘干后研磨，得到粉末状的磷酸钾。
[0041] 上述实施1至3的反应机理或称作用机理如下：
[0042] 通过将凝灰岩进行研磨和过筛可将凝灰岩中高钾含量的细微颗粒剥离并与颗粒较大难粉碎的二氧化硅分离，实现钾初步富集。低温等离子体照射作用过程中，氧气在放电通道中因受高能电子束撞击发生电离和解离，生成氧自由基。同时低温等离子体照射作用过程中伴随着热与微波的释放。在热催化作用下，氧自由基与含钾矿物反应诱发钾离子转化为氧化钾。同时高能电子束对凝灰岩粉末的撞击使得凝灰岩颗粒温度急剧上升，凝灰岩粉末中的硅酸盐和硅铝酸盐与矿物中的钙、镁、铁、锰、钛、矾等元素反应，生成难容的地质聚合物。将磷酸水溶液与活化凝灰岩研磨粉末混合，搅拌过程中氧化钾快速溶解到溶液中。对磷酸浸出液进行低温等离子体照射，在氧自由基和氢氧根自由基作用下，磷酸浸出液溶解的钙、镁、铁、钛等元素发生氧化，从而形成细小颗粒从液体中分离出来。
[0043] 上述实施例1至3的钾含量的测定及钾回收率计算：钾回收前后的凝灰岩中钾含量按照国家标准《土壤全钾测定法》(GB9836‑1988)进行测定。钾回收率按照公式(1)进行计算，其中Rk为钾回收率，h0和ht分别为钾回收前和钾回收后的凝灰岩中钾含量(mg/kg)。
[0044]
[0045] 磷酸钾的纯度检测及计算：称取质量为m(g)的本发明所制备的磷酸钾，将磷酸钾溶解到体积为V(L)的溶液中，获得待检测溶液。待检测溶液中钾的浓度通过高分辨率电感耦合等离子体质谱仪(型号：ELEMENT 2，ICP‑MS)。磷酸钾的纯度按照公式(2)进行计算，M为磷酸钾的摩尔质量(g/mol)，m为所制备的磷酸钾的质量(g)，ck为待测溶液中钾浓度(mol/L)，为待测溶液的体积V(L)。
[0046]
[0047] 针对上述实施例1至3的步骤A)的研磨时间的所作的试验结果见下表所示。
[0048] 本表为凝灰岩研磨时间对钾回收及所制得的磷酸钾纯度的影响
[0049] 凝灰岩研磨时间 Rk 相对误差 Pk 相对误差0.5小时 75.97％ ±0.1％ 79.23％ ±0.2％
1小时 81.78％ ±0.1％ 84.36％ ±0.1％
1.5小时 86.31％ ±0.1％ 88.19％ ±0.2％
2小时(实施例1) 91.64％ ±0.1％ 92.25％ ±0.1％
5小时(实施例2) 93.75％ ±0.1％ 94.87％ ±0.1％
8小时(实施例3) 94.22％ ±0.1％ 95.16％ ±0.1％
9小时 89.53％ ±0.1％ 91.74％ ±0.1％
10小时 85.49％ ±0.2％ 87.52％ ±0.1％
11小时 79.16％ ±0.2％ 83.48％ ±0.1％
[0050] 由上表可看出，当凝灰岩研磨时间小于2小时(如表中，凝灰岩研磨时间＝1.5小时、1小时、0.5小时以及表中未列举的更低值)，研磨时间不足，凝灰岩中高钾含量的细微颗粒剥离效果较差，与颗粒较大且难粉碎的二氧化硅分离不充分，使得钾初步富集效率变低，导致凝灰岩钾回收率及磷酸钾的纯度均随着凝灰岩研磨时间减小而显著降低。当凝灰岩研磨时间等于2～8小时(如表中，凝灰岩研磨时间＝2小时、5小时、8小时)，研磨时间适中，凝灰岩中高钾含量的细微颗粒充分剥离，高钾含量的细微颗粒与的二氧化硅分离充分。最终，凝灰岩钾回收率均大于91％，磷酸钾纯度均大于92％。当凝灰岩研磨时间大于8小时(如表中，凝灰岩研磨时间＝9小时、10小时、11小时以及表中未列举的更高值)，高钾含量的细微颗粒与颗粒较大的二氧化硅均得到充分粉碎，并混合在一起，使得两者分离效果变差，导致凝灰岩钾回收率及磷酸钾的纯度均随着凝灰岩研磨时间进一步增加而显著降低。综合而言，结合效益与成本，当凝灰岩研磨时间等于2～8小时，最有利于提高凝灰岩钾回收率及磷酸钾的纯度。
[0051] 针对上述实施例1至3的步骤B)的低温等离子体照射时间的不同所作的试验结果见下表所示。
[0052] 本表为低温等离子体照射时间对钾回收及所制备磷酸钾纯度的影响[0053]
[0054]
[0055] 由上表可看出，当低温等离子体照射时间小于1小时(如表中，低温等离子体照射时间＝0.9小时、0.7小时、0.5小时以及表中未列举的更低值)，低温等离子体照射时间较短，钾离子转化为氧化钾效率较低，凝灰岩粉末中的硅酸盐和硅铝酸盐与矿物中的钙、镁、铁、锰、钛、矾等元素反应不充分，导致凝灰岩钾回收率及磷酸钾的纯度均随着低温等离子体照射时间减小而显著降低。当低温等离子体照射时间等于1～3小时(如表中，低温等离子体照射时间＝2小时、1小时、3小时)，低温等离子体照射作用过程中，氧气在放电通道中因受高能电子束撞击发生电离和解离，生成氧自由基。同时低温等离子体照射作用过程中伴随着热与微波的释放。在热催化作用下，氧自由基与含钾矿物反应诱发钾离子转化为氧化钾。同时高能电子束对凝灰岩粉末的撞击使得凝灰岩颗粒温度急剧上升，凝灰岩粉末中的硅酸盐和硅铝酸盐与矿物中的钙、镁、铁、锰、钛、矾等元素反应，生成难溶的地质聚合物。最终，凝灰岩钾回收率均大于94％，磷酸钾纯度均大于95％。当低温等离子体照射时间大于3小时(如表中，低温等离子体照射时间＝3.2小时、3.5小时、4小时以及表中未列举的更高值)，低温等离子体照射时间过长，凝灰岩粉末发生烧结与部分熔融现象，使得钾离子被包裹在玻璃体中，导致凝灰岩钾回收率及磷酸钾的纯度均随着低温等离子体照射时间进一步增加而显著降低。综合而言，结合效益与成本，当低温等离子体照射时间等于1～3小时，最有利于提高凝灰岩钾回收率及磷酸钾的纯度。
[0056] 针对上述实施例1至3的氧气曝气流速对钾回收及所制备磷酸钾纯度的影响所作的试验结果见下表所示。
[0057] 本表为氧气曝气流速对钾回收及所制备磷酸钾纯度的影响
[0058]氧气曝气流速 Rk 相对误差 Pk 相对误差
0.5m/s 85.19％ ±0.1％ 78.94％ ±0.1％
0.7m/s 81.95％ ±0.2％ 84.52％ ±0.2％
0.9m/s 87.34％ ±0.1％ 90.46％ ±0.1％
1m/s 95.28％ ±0.1％ 96.71％ ±0.1％
3.5m/s 97.84％ ±0.1％ 98.32％ ±0.1％
6m/s 98.47％ ±0.1％ 99.56％ ±0.1％
6.5m/s 94.39％ ±0.1％ 94.78％ ±0.1％
7m/s 86.63％ ±0.2％ 87.46％ ±0.1％
8m/s 78.51％ ±0.2％ 81.92％ ±0.2％
[0059] 由上表可看出，当氧气曝气流速小于1m/s(如表中，氧气曝气流速＝0.9m/s、0.7m/s、0.5m/s以及表中未列举的更低值)，氧气曝气流速过小，低温等离子体照射作用过程中氧自由基生成量较少，同时氧自由基与凝灰岩粉末接触效果变差，导致凝灰岩钾回收率及磷酸钾的纯度均随着氧气曝气流速减小而显著降低。当氧气曝气流速等于1～6m/s(如表中，氧气曝气流速＝1m/s、3.5m/s、6m/s)，低温等离子体照射作用过程中，氧气在放电通道中因受高能电子束撞击发生电离和解离，生成氧自由基。同时低温等离子体照射作用过程中伴随着热与微波的释放。在热催化作用下，氧自由基与含钾矿物反应诱发钾离子转化为氧化钾。同时高能电子束对凝灰岩粉末的撞击使得凝灰岩颗粒温度急剧上升，凝灰岩粉末中的硅酸盐和硅铝酸盐与矿物中的钙、镁、铁、锰、钛、矾等元素反应，生成难容的地质聚合物。最终，凝灰岩钾回收率均大于95％，磷酸钾纯度均大于96％。当氧气曝气流速大于6m/s(如表中，氧气曝气流速＝6.5m/s、7m/s、8m/s以及表中未列举的更高值)，氧气曝气流速过大，凝灰岩粉末接触到介质板造成局部短路，使得高能电子束激发效率降低，导致凝灰岩钾回收率及磷酸钾的纯度均随着氧气曝气流速进一步增加而显著降低。综合而言，结合效益与成本，当氧气曝气流速等于1～6m/s，最有利于提高凝灰岩钾回收率及磷酸钾的纯度。
[0060] 综上所述，本发明提供的技术方案弥补了已有技术中的缺憾，顺利地完成了发明任务，如实地兑现了申请人在上面的技术效果栏中载述的技术效果。
