熱溶冷結晶法制取硫酸鉀鎂肥的實驗研究

談 霞，李宏燦

（青海中信國安科技發展有限公司，青海格爾木 816000）

與傳統硫酸鉀產品相比，硫酸鉀鎂肥具有養分含量豐富，改土效果好，能有效促進作物生長，經濟效益顯著等優點［1-3］，產品可從鹽湖鹵水或固體鉀鎂鹽礦中，利用浮選工藝［4］及兩段轉化工藝制取。筆者以鹽田日曬得到的鉀、硫混鹽礦為原料，采用熱溶冷結晶工藝［5］，探索制得無藥劑污染硫酸鉀鎂肥產品的新工藝。

1 實驗內容

1.1 原料與儀器

原料：鹽田日曬得到的鉀、硫混鹽礦。

儀器：2 L攪拌罐﹑電動攪拌器﹑水浴鍋﹑抽濾瓶及布氏漏斗、真空泵等。

1.2 實驗過程

將原料與轉化液及淡水按一定比例混合，混合液恒溫在水浴鍋中加熱一定時間后過濾，固體廢棄物主要為氯化鈉，熱溶清液采取自然冷結晶，分離生成結晶產物主要為鉀鹽鎂礬混合物（還有部分硫酸鉀﹑氯化鉀和氯化鈉）。將結晶產物加入一定淡水和轉化液反應，生成鉀鎂肥的濕產品，干燥后得到鉀鎂肥產品。冷結晶后尾液排至鹽田日曬成礦，轉化液返回熱溶和轉化工序在生產系統內循環使用。

實驗完成了原礦和淡水的熱溶冷結晶制取鉀鎂肥的開路、閉路實驗流程，并完成了原礦和轉化液熱溶冷結晶制取硫酸鉀鎂肥的實驗。

1.3 分析方法［6］

K+采用季胺鹽容量法測定；Ca2+和 Mg2+采用EDTA容量法測定；Cl-采用硝酸銀容量法測定；采用氯化鋇容量法測定。

2 結果和討論

2.1 原礦粒度對鉀回收率的影響

在其他實驗條件不變，原礦經破碎和未經破碎的條件下，考察了熱溶過濾、冷卻結晶、和轉化過程中鉀的回收率，如表1所示。從表1可以看出，原礦粒度破碎至1.70 mm時，熱溶過濾和冷卻結晶過程中鉀回收率分別比未經破碎的原礦高10.5%和14.6%，經計算總收率高出6.43%。

表1 原礦粒度對熱溶冷結晶的影響

2.2 熱溶劑對鉀回收率的影響

在一定實驗條件下，將原礦分別與淡水、轉化液按一定比例混合，考察了對各過程中鉀回收率的影響，結果見表2。從表2可算出，原礦與淡水混合，其熱溶過濾過程鉀回收率比與轉化液混合的高15.55%，冷結晶過程鉀的回收率則較后者低39.31%。經計算，全部與轉化液混合則鉀的總回收率達87.23%，與淡水混合鉀的總回收率為25%～30%。

表2 不同熱溶溶劑對熱溶冷結晶的影響

2.3 轉化液加入量對鉀回收率的影響

在一定條件下，考察了原礦與轉化液體積比（分別為1∶2和1∶1.5）對實驗各過程中鉀回收率的影響，如表3所示。從表3可以看出，不同轉化液加入量對熱溶過濾過程中鉀回收率的影響不大，而冷結晶過程中原礦與轉化液體積比為1∶2時比1∶1.5時鉀的回收率低26.55%，經計算鉀的總回收率分別為60.32%和58.50%，系統鉀的總回收率變化不明顯。

表3 不同轉化液加入量（與轉化液的體積比）對熱溶冷結晶的影響

2.4 熱溶溫度對鉀回收率的影響

在一定條件下，考察了不同熱溶溫度（分別為80℃和65℃）對實驗各過程中鉀回收率的影響，如表4所示。從表4可以看出，隨著熱溶溫度升高，熱溶過濾過程鉀收率降低但不明顯，冷結晶過程鉀回收率增高明顯。經計算，隨著熱溶溫度升高鉀的總回收率升高不明顯。溫度高于65℃時，熱溶物料過濾后尾固中鉀的損失增大，能耗增加。

表4 熱溶溫度對熱溶冷結晶的影響

2.5 熱溶時間對鉀回收率的影響

在一定條件下，考察了不同熱溶時間（60、30min）對各實驗過程中鉀回收率的影響，如表5所示。由表5可以看出，延長熱溶時間時鉀回收率沒有大的提高。經計算，延長加熱時間鉀的總回收率變化不大。綜合考慮，實驗選擇適宜的熱溶時間為20 min。

表5 熱溶時間對熱溶冷結晶的影響

2.6 冷結晶溫度對鉀回收率的影響

在一定條件下，考察不同的冷結晶溫度對各實驗過程中鉀回收率的影響，如表6所示。由表6可以看出，熱溶清液在10℃下冷結晶的效率優于15℃，其鉀的回收率比后者高12.82%。通過實驗發現，熱溶清液冷結晶溫度為5℃時，冷結晶的效果比較理想，鉀收率最高。

表6 結晶溫度對熱溶冷結晶的影響

2.7 冷結晶時間對鉀回收率的影響

在一定條件下，考察了不同冷結晶時間（24、11h）對各實驗過程中鉀回收率的影響，如表7所示。由表7可知，熱溶清液冷結晶時間24 h時比11 h時鉀的回收率高17%。

表7 冷結晶時間對熱溶冷結晶的影響

3 結論

通過實驗證明，熱溶冷結晶工藝結合制取硫酸鉀鎂肥工藝可行。1）采用該法制取硫酸鉀鎂肥系統鉀的回收率主要決定于原礦中硫鉀質量比的大小。硫鉀質量比為2.6的原礦系統鉀的總收率達到87.23%，硫鉀質量比為1.92的原礦系統鉀的總回收收率為59.64%。2）熱溶冷結晶工藝制取硫酸鉀鎂肥原礦粒度是一個影響熱溶和冷結晶反應過程的因素。3）熱溶冷結晶工藝制取硫酸鉀鎂肥，在保證有足夠轉化液返回熱溶過濾過程，并與淡水按最佳比例混合反應，可保證熱溶過濾過程回收率最高。4）熱溶冷結晶工藝制取硫酸鉀鎂肥，為保證能耗最低，熱溶溫度達到65℃時熱溶過程鉀的回收率較理想，熱溶時間為20 min時比較理想。5）熱溶冷結晶工藝制取硫酸鉀鎂肥，冷結晶溫度控制在5℃時鉀的回收率最高，冷結晶時間可根據不同的冷結晶設備來確定時間。

［1］汪家銘.硫酸鉀鎂肥生產現狀與市場前景［J］.無機鹽工業，2009，41（1）：8-11.

［2］吳小王，朱海麗.西臺吉乃爾鹽湖開發工藝及工業化現狀［J］.廣東化工，2012，39（1）：64，74.

［3］程懷德，馬海洲.中國硫酸鹽型鹽湖資源及無氯鉀肥開發展望［J］.無機鹽工業，2008，40（3）：8-10.

［4］程懷德，馬海州.利用硫酸鹽型鹽湖資源制取軟鉀鎂礬的研究［J］.鹽業與化工，2008，37（3）：24-26.

［5］張占良，申春玲.軟鉀鎂礬結晶實驗研究［J］.內蒙古石油化工，2009（22）：19-20.