復分解法生產硝酸鉀新工藝研究

王恒磊，姜媛媛，劉亭，陳曉輝，鐘世強

（山東天一化學股份有限公司，山東濰坊262737）

復分解法生產硝酸鉀新工藝研究

王恒磊，姜媛媛，劉亭，陳曉輝，鐘世強

（山東天一化學股份有限公司，山東濰坊262737）

介紹了以硝酸鎂與氯化鉀為原料，通過復分解法生產硝酸鉀的工藝原理、特點及流程。新工藝具有工藝流程簡單、設備操作費用低、操作安全方便等優點。在中試基礎上對原料消耗做了分析，結果表明，使用該工藝生產1 t硝酸鉀分別消耗氯化鉀0.80 t、菱苦土0.26 t、硝酸1.21 t、工藝水5 t、蒸汽2 t。

硝酸鉀；復分解；濕壁結晶器

硝酸鉀是一種含有60%營養成分的優質復合肥料，所有元素均為水溶性養分，鉀離子和硝酸根可以快速被作物吸收，施用后無任何殘留［1］。硝酸鉀還是忌氯作物（如煙草、咖啡、番茄、葡萄、柑橘、花卉、馬鈴薯、鱷梨、茶葉等）的首選復合肥料，可明顯提高經濟作物的產量和品質［2］。此外，硝酸鉀作為一種重要的無機化工原料，也廣泛應用于軍事和火藥等領域。

中國硝酸鉀行業面臨鉀資源缺乏、工藝路線不合理、生產成本偏高等一系列問題，硝酸鉀的潛在市場雖然很大，但由于受生產成本、大規模生產工藝技術不成熟等因素的制約發展緩慢，因此，開發硝酸鉀生產新技術、新工藝是中國亟需解決的問題［3-7］。筆者采用氯化鉀和硝酸鎂通過復分解反應，經濕壁結晶器生產硝酸鉀可大大降低生產成本，提高生產效率，是值得開發且具有工業化前景的方法。

1 工藝原理及特點

1.1 工藝原理

向有定量水的反應釜中投入菱苦土，緩慢加入硝酸溶液，不停攪拌至pH達6左右，確保菱苦土充分溶解。菱苦土與硝酸發生化學反應式：

向菱苦土與硝酸反應完成液中投入氯化鉀，不斷攪拌至溶解，隨后冷卻降溫，因硝酸鉀溶解度隨溫度下降而顯著降低，氯化鎂溶解度隨溫度下降變化緩慢，所以隨著溫度的下降，溶液中析出大量硝酸鉀晶體，主要化學反應式：

因此，以硝酸、菱苦土、氯化鉀為原料生產硝酸鉀，其總反應方程式：

分離硝酸鉀晶體后的母液1主要含有氯化鎂與部分硝酸鉀，故將其經蒸發濃縮和冷卻結晶除去硝酸鉀和少量氯化鎂，分離得到的母液2中主要含有氯化鎂，將其進一步蒸發濃縮，再經制片得到MgCl2·6H2O，主要化學反應式：

1.2 工藝特點

優點：工藝流程簡單，投資小，能耗低，一次轉化率高，操作安全、方便等，具有很好的工業化前景。

缺點：副產品氯化鎂純度不高，需要經2次蒸發濃縮，工序設備效率低，從而會影響整體工藝的規模化生產。

2 工藝流程

圖1為用硝酸鎂與氯化鉀為原料生產硝酸鉀的工藝流程示意圖。

圖1 復分解法生產硝酸鉀工藝流程圖

2.1 配鎂與反應工序

在不斷攪拌條件下向反應釜中加入定量的水，分批次投入所需菱苦土，再緩慢加入適量的硝酸溶液，反應過程中一定要控制好加酸速度，使反應溫度保持在80～110℃，以防沸溢，調整反應溶液pH為6左右，經板框壓濾機除去雜質后送入反應釜。

保持反應釜溫度為95℃左右，在勻速攪拌條件下緩慢加入氯化鉀并保溫6～8 h，使氯化鉀完全溶解后，送入結晶器結晶。

2.2 結晶與分離工序

將反應熱料液從水平小管加入濕壁結晶器（見圖2），冷空氣通過風機并流吹入，高速氣流將溶液散布到整個結晶管內壁上，一部分由于空氣的冷卻作用，一部分由于蒸發作用，溶液開始結晶。晶漿與空氣共同從結晶管的末端排出至緩沖罐，將緩沖料液送入離心機分離，并用少量工藝水洗滌得到硝酸鉀。分離硝酸鉀晶體后的母液1送至蒸發工序，硝酸鉀晶體則送至干燥設備烘干，所得產品即為硝酸鉀，經實驗統計，該法一次結晶效率可達90%以上。

圖2 濕壁結晶器簡圖

2.3 蒸發與分離工序

母液1中主要含有氯化鎂與部分硝酸鉀，故將其送至蒸發器濃縮到1.26 g/cm3后，轉入冷卻結晶器，經冷卻結晶后硝酸鉀晶體析出，同時也會析出少量氯化鎂。再經離心機分離，得到的固體可返回反應器重復利用。母液2中主要含有氯化鎂，將其再次送至蒸發器中。

2.4 氯化鎂制片工序

將分離得到的母液2通過蒸發濃縮至1.31 g/cm3后，濃縮液轉入制片釜中保溫，將制片機滾筒轉動打開，向筒內持續注入冷卻循環水，將制片釜料液緩慢放入制片槽內，制片包裝即為氯化鎂產品。

3 產品質量與效益分析

3.1 產品質量

中試制備得到的硝酸鉀產品經多次檢測，其質量組成見表1。由表1可見，產品符合GB 1918—2011《工業硝酸鉀》一等品標準。所產六水氯化鎂產品其質量組成詳見表2。由表2可以看出，產品符合QB/T 2605—2003《工業氯化鎂》輕工行業標準。

表1 硝酸鉀產品質量檢測結果%

表2 氯化鎂產品質量檢測結果

3.2 成本效益分析

根據中試結果，以生產1 t硝酸鉀計，根椐實際測定數據，其原料噸產品消耗分別為氯化鉀0.80 t、菱苦土0.26 t、硝酸1.21 t、工藝水5 t、蒸汽2 t，副產六水氯化鎂0.9 t。

本文根據中試數據進行年產1萬t硝酸鉀項目設計與經濟效益分析。預計本項目總投資1000萬元，其中土建與廠房投資約600萬元，設備等固定資產投資約400萬元，生產管理人員30人，表3為該項目的經濟效益分析。

表3 1萬t/a硝酸鉀項目的成本效益分析

由以上分析可知，按年產1萬t硝酸鉀可實現年銷售收入4450萬元，年生產成本為3876.2萬元，實現年利稅為573.8萬元，年利潤為410.5萬元，投資回收期為2.43 a，投資利潤率為41.05%。

4 結論

1）本項目與中國現有硝酸鉀生產工藝相比，具有工藝流程簡單、設備操作費用低、操作安全方便等優點；2）本工藝所用濕壁結晶器除了風機功率消耗外，其設備操作費用很低，大大降低了生產成本，該法冷卻結晶過程中也伴有蒸發結晶，結晶效率可達90%以上；3）本項目對母液2進行分步蒸發濃縮，通過第一次濃縮得到鉀鎂復鹽并將其循環利用，從而得到高純度的氯化鎂母液，克服了現存工藝中副產品純度不高、經濟價值偏低等問題；4）采用該工藝技術擬建一套年產1萬t的硝酸鉀裝置，可副產0.9萬t六水氯化鎂，項目總投資1000萬元，可實現年銷售收入4450萬元，年生產成本為3876.2萬元，實現年利稅573.8萬元，年利潤410.5萬元，投資回收期為2.43 a，投資利潤率為41.05%。

［1］張俊先.硝酸鉀的技術現狀和市場展望［J］.現代化工，1999，19（9）：34-36.

［2］汪家銘.我國硝酸鉀發展概況與市場前景［J］.化工科技市場，2009，32（1）：23-28.

［3］王艷語.直接法硝酸鉀母液的優化利用研究［D］.鄭州：鄭州大學，2010.

［4］李雅芙，劉素芹.硝酸鉀生產工藝綜述［J］.海湖鹽與化工，2004，34（3）：27-30.

［5］王恒磊，朱丹，崔佳惠.等.蒸餾法制備硝酸鉀工藝研究［J］.應用化工，2016，45（增刊）：182-184.

［6］段正康，謝帆，張濤，等.硝酸鉀生產工藝概述及復分解法存在的問題與對策［J］.無機鹽工業，2015，47（5）：4-8.

［7］馬譽景，金央，李軍，等.硝酸和氯化鉀直接制備硝酸鉀工藝研究及優化［J］.無機鹽工業，2015，47（3）：31-34.

Study on preparation of potassium nitrate by double decomposition method

Wang Henglei，Jiang Yuanyuan，Liu Ting，Chen Xiaohui，Zhong Shiqiang
（Shandong Tianyi Chemicals Co.，Ltd.，W eifang 262737，China）

A new technology，including the principle，characteristics，and process，for the preparation of potassium nitrate by double decomposition method with magnesium nitrate and potassium chloride as the raw materials was introduced.It has the advantages，such as simple process，low cost，convenient，and safe operation.The raw material consumption analysis results by pilot scale indicated that 0.80 t of potassium chloride，0.26 t of magnesite，1.21 t of nitric acid，5 t of process water，2 t of steam were consumed respectively for 1 t of potassium nitrate′s production.

potassium nitrate；double decomposition；wet wall crystallizer

TQ131.13

A

1006-4990（2017）11-0048-02

2017-05-12

王恒磊（1988—），男，工程師，碩士，現從事鉀鹽生產工藝研發工作。

聯系方式：wanghengleizn@126.com