循環蒸發—熱溶結晶生產氯化鉀新工藝的研究

趙根慶

［中國水電礦業（老撾）鉀鹽有限公司，老撾萬象］

循環蒸發—熱溶結晶生產氯化鉀新工藝的研究

趙根慶

［中國水電礦業（老撾）鉀鹽有限公司，老撾萬象］

為了解決偏鉀石鹽型鉀鹽礦在平原地區采用旱采法生產氯化鉀存在的尾鹽、廢水無法處理的問題，提出了一種采用循環蒸發—熱溶結晶法生產氯化鉀的新工藝。通過理論分析和實際試驗，對采用該法生產氯化鉀的工藝路線、控制指標、主要設備選型進行了研究，取得了工程化階段可以生產出高質量氯化鉀的工藝設備條件，經現場試驗，已生產出高品質的產品。該法成為國內外生產高品質氯化鉀的最新工藝。

氯化鉀；循環蒸發—熱溶結晶法；設備選型

老撾萬象平原蘊藏了大量的氯化鉀資源，根據勘探資料，靠近萬象市區的塔貢礦段礦層的化學組分主要為KCl、NaCl、MgCl2等。其中w（KCl）為9.7％～23.88％，平均為18.28％；w（NaCl）為24.18％～74.52％，平均為32.11％；w（MgCl2）為16.31％～25.86％，平均為21.47％。由于該礦區離城市較近，環保要求高，采用何種工藝開采和生產氯化鉀產品對企業能否生存和發展至關重要。目前國內采用旱采加浮選生產氯化鉀的工藝比較普遍，而采用水采法獲得鹵水再用富鉀鹵水生產氯化鉀的工藝較少。筆者重點研究一種用偏鉀石鹽型鹵水生產氯化鉀的新工藝，此工藝的應用已經生產出優質的氯化鉀產品，目前此工藝在國內外的氯化鉀生產行業鮮有介紹。根據Na-K-Mg-Cl系相圖分析，鹵水蒸發后首先析出氯化鈉；再進一步蒸發進入NaCl、KCl共飽和區，同時析出NaCl、KCl；繼續蒸發進入KCl、NaCl、MgCl2共飽和區，同時析出KCl、NaCl、MgCl2。根據原料特性，設計的工藝路線是：原鹵經循環蒸發、冷卻結晶后先分離NaCl，待蒸發液進入NaCl、KCl共飽和區時進行鉀石鹽分離，分離后的高鎂母液送礦山用于鹵水回采，分離后的固體鉀石鹽進行熱溶，NaCl固體被分離出來，液體經冷卻結晶后析出KCl，KCl被分離出來，固體氯化鈉和氯化鉀經洗滌、干燥后成為產品出售。工藝流程示意圖見圖1。

1 工藝路線選擇

采用水采法生產的鹵水成分為：ρ（KCl）為55～75g/L、ρ（NaCl）為160～220 g/L、ρ（MgCl2）為70～90 g/L。

圖1 工藝流程示意圖

2 工藝指標的確定

循環蒸發—熱溶結晶法生產氯化鉀工藝的主要控制指標有鹵水蒸發溫度、鉀石鹽析出濃度、鉀石鹽熱溶溫度、氯化鉀冷卻結晶溫度。

2.1 鹵水蒸發溫度

根據原鹵成分，經Na-K-Mg-Cl系相圖分析結合現場試驗，蒸發器加熱室液體溫度控制在110～132℃。

2.2 鉀石鹽析出濃度

原鹵經循環蒸發析出NaCl后，母液中KCl、MgCl2濃度進一步提升。經試驗，蒸發冷卻結晶后母液（50℃）濃度控制在ρ（MgCl2）≥138 g/L、ρ（KCl）≥146 g/L時鉀石鹽析出。

2.3 鉀石鹽熱溶溫度

鉀石鹽溶解過程中，NaCl隨溫度的升高溶解度變化較小，而KCl則隨溫度的升高溶解度大幅度增加。根據試驗，鉀石鹽熱溶溫度控制在85～95℃可以確保KCl充分溶解，而NaCl可以成固體狀態分離。

2.4 氯化鉀冷卻結晶溫度

氯化鉀隨溫度的下降，溶解度大幅度降低。為了取得質量優良的KCl產品，根據老撾萬象水溫狀況，經試驗，氯化鉀冷卻結晶溫度控制在45～50℃，有利于KCl結晶析出，取得好的產品質量。

3 主要設備的選擇

3.1 鹵水蒸發器

采用外加熱強制循環軸向進料蒸發罐，該型設備管內流速高、強制傳熱、生產強度大，管內不易析出晶體，同時管內流速高可減緩加熱管內壁結垢。循環管內的流速控制在2.0m/s以上，循環泵選用半懸掛式循環泵。

由于高溫鹵水具有強腐蝕性，因此加熱管采用φ38×1.5-6000 TA10鈦合金管，蒸發室采用TA10鈦合金復合板。

3.2 鉀石鹽分離設備

考慮到蒸發母液液相MgCl2含量高、黏度大等因素，根據國內鉀鹽行業的經驗，采用具有結構簡單、運轉部件少、轉速低、故障率低、運行平穩可靠等特點的帶式過濾機。

3.3 氯化鉀冷卻結晶器

氯化鉀冷卻結晶選用DTB型真空結晶器，該型設備具有以下優點：1）蒸發與冷卻同步進行，效率高；2）絕熱蒸發，無需換熱，生產能力大；3）工藝條件易于控制，可實現生產的自動化，產品質量穩定。

考慮到料液高氯根的腐蝕性，材質采用316L復合板。

3.4 氯化鉀氯化鈉分離設備

根據國內鹽化工行業的經驗，氯化鉀、氯化鈉結晶粒徑大于150μm，固液分離設備采用雙級臥式活塞推料離心機較為合理。該系列機型具有自動連續操作、連續排料、生產能力高、對晶體不易破碎、濾餅可洗滌、產品水分低等優點。

由于物料的腐蝕性較強，因此與物料接觸部件材質選用316L不銹鋼。

4 存在問題

循環蒸發—熱溶結晶法氯化鉀生產工藝是偏鉀石鹽型鹵水生產氯化鉀的最先進工藝，它適用于環保要求高、無污染物排放的水采法生產氯化鉀的加工。但工程設計中需要重點關注如下問題：一是，合理的熱量平衡是降低制造成本的關鍵。能最大限度地利用蒸汽余熱，降低燃料消耗，關系到產品的競爭力。因此在工程設計時，對熱能的合理利用仍需要做精細的研究；二是，適度的裝置能力與企業投資規模、運輸能力、人工成本、銷售成本等方面緊密聯系，目前仍需要深入研究，以確定裝置規模的經濟合理性，以便將技術優勢轉變成成本優勢。

5 結語

采用循環蒸發—熱溶結晶法工藝生產氯化鉀是目前國內外最新工藝，解決了偏鉀石鹽型鉀礦在平原地區采用旱采法生產氯化鉀存在的尾鹽、廢水無法處理的問題，其生產的氯化鉀達到工業優等品水平，具有較高的技術含量。如能在設計時做好合理的熱量平衡和選擇適度的投資規模，可以取得良好的經濟效益。

聯系方式：1040753984@qq.com

Research on new technology of potassium chloride produced by cycle evaporation and hot-melt crystallization

Zhao Genqing
（SinohydroMining（Lao）Co.，Ltd.，Vientiane，Laos）

The tailsaltandwastewater in potassium chloride productionwith dryingminingmethod in the sylvine potashmine in the plain areawere unable to dealwith.In order to solve this problem，a new cycle evaporation and hot-melt crystallization method to produce potassium chloridewas proposed.The process route，control indicators，and selection ofmain equipment were studied through theoretical analysis and practical experiment.Process and equipment conditionswhich could produce high quality potassium chloride productswere achieved in engineering stage.Through the field test，high quality productshad been produced.Thismethod willbecome a new technology for the production ofhigh quality potassium chloride in China and abroad.

potassium chloride；cycleevaporation and hot-meltcrystallization；equipmentselection

TQ131.13

A

1006-4990（2014）10-0053-02

2014-04-20

趙根慶（1965—），男，高級工程師，工程碩士，從事鹽化工生產技術管理和科研工作，已發表論文20余篇。