硝酸鉀主副產(chǎn)品分離設(shè)備的改進(jìn)

馬銀善(青海鹽湖元通鉀肥有限公司,青海 格爾木 816000)

1 復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀技術(shù)概述

硝酸鉀(KNO3)屬于二元復(fù)合肥，其有效成分是氮元素和鉀元素，無論是物理特性還是化學(xué)特性都十分穩(wěn)定，在使用過程中不會揮發(fā)損耗。硝酸鉀也是黑火藥的有效成分(火硝)，同有機(jī)物、硫磺等物質(zhì)混合后，發(fā)生撞擊或點(diǎn)燃會發(fā)生爆炸，本身具有毒性，對地下水會一定的污染，屬于危險化學(xué)品種類。硝酸鉀生產(chǎn)技術(shù)的種類較多，主要包括直接生產(chǎn)法、合成法、萃取法、離子交換法、火硝制取法以及復(fù)分解法。不同的生產(chǎn)技術(shù)需求的工業(yè)環(huán)境、資源環(huán)境和技術(shù)環(huán)境有很大的區(qū)別，如合成法主要依賴的是碳酸鉀(氫氧化鉀)和硝酸的反應(yīng)，這需要較為先進(jìn)的硝酸生產(chǎn)線，而火硝制取法采用從硝土中提取硝酸鉀，在進(jìn)行一系列的化學(xué)反應(yīng)，獲得硝酸鉀，很明顯這需要大量的硝土資源。

2 復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀設(shè)備存在問題分析

復(fù)分解法是我國當(dāng)前進(jìn)行硝酸鉀生產(chǎn)的主要技術(shù)之一，其原理是，將硝酸鈉和氯化鉀經(jīng)過復(fù)分解反應(yīng)產(chǎn)生硝酸鉀和氯化鈉，整個化學(xué)工藝較為簡單，方程式如下：

NaNO3+KCl=KNO3↓+NaCl；

不難看出，該反應(yīng)中主要產(chǎn)品是硝酸鉀，而副產(chǎn)品是氯化鈉，兩種都屬于白色粉末晶體，不容易通過肉眼區(qū)分；但由于整個反應(yīng)都是在溶液狀態(tài)下進(jìn)行的，可以通過在不同溫度下的溶解情況，實現(xiàn)其晶體沉淀將其分離，這也是目前國內(nèi)硝酸鉀工業(yè)生產(chǎn)的主要方法。復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀要實現(xiàn)將硝酸鈉融入水中，與氯化鉀的反應(yīng)比例約為100∶85，待反應(yīng)充分后進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶，溫度在119 攝氏度的時候氯化鈉最先出現(xiàn)晶體狀態(tài)，隨著溫度的不斷升高，氯化鈉的固體成分也就越多，這是重要的分離過程；溫度冷卻之后硝酸鉀晶體即可實現(xiàn)回收，在整個過程中要對時機(jī)進(jìn)行充分的把握，確保蒸發(fā)過程中最大限度的獲取氯化鈉；同時分離過程可以反復(fù)提純。

從設(shè)備角度來說，復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀的設(shè)備體系中主要有三種，分別是蒸汽壓濾罐、真空抽濾盤以及常壓過濾器。在此基礎(chǔ)上匹配進(jìn)料管、洗水進(jìn)管、除渣孔、出料口等輔助裝置，具有管道通常、占地少、投資小等優(yōu)勢；但存在的問題也不容忽視。

(1)資源浪費(fèi)程度高 復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀的工藝原理雖然簡單，但涉及到主副產(chǎn)品的分離卻十分復(fù)雜，副產(chǎn)品主要是氯化鈉(俗稱渣鹽)，其結(jié)晶過程中會帶走大量的未結(jié)晶溶液，造成硝酸鉀的浪費(fèi)；數(shù)據(jù)顯示，單產(chǎn)設(shè)備中10%左右的硝酸鉀會損耗。

(2)成品純度質(zhì)量差 使用蒸汽壓濾罐生產(chǎn)硝酸鉀，平均加水加料加壓過程會持續(xù)四個小時左右，閥門開關(guān)過程中會導(dǎo)致蒸發(fā)和攪拌的停頓，由此造成“粗硝”質(zhì)量差、產(chǎn)量低，需要進(jìn)行二次或多次提純方可達(dá)到要求，無疑會造成人工成本的增加。

(3)生產(chǎn)過程不安全 復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀工藝缺乏有效的催化劑應(yīng)用，為了加速溶液的充分反應(yīng)，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備都采用高壓容器，而硝酸鈉和氯化鉀原料的高濃度比例很難控制，壓力過小，配料之間反應(yīng)不充分并容易沾粘內(nèi)部罐壁，壓力過大容易發(fā)生爆炸事故。尤其在分離的過程中涉及高溫要素，進(jìn)一步增加了危險性。

3 硝酸鉀主副產(chǎn)品分離設(shè)備改進(jìn)策略

首先，需要打破現(xiàn)有硝酸鉀產(chǎn)品生產(chǎn)的成熟設(shè)備體系，確立工藝改進(jìn)的思想。由于復(fù)分解法的原理簡單，很多生產(chǎn)企業(yè)在安裝設(shè)備中按照工藝原理使用壓濾罐增加過濾面積，而這恰恰是造成主產(chǎn)品消耗的原因。

其次，具體措施是采用真空抽濾裝置代替壓濾罐，同時，為了解決真空抽取中不被晶體堵塞管道，可以采用蒸汽疏通、加大管道口徑方式，尤其在過濾速度上進(jìn)行改進(jìn)。

快速翻斗式真空過濾盤是近年來我國硝酸鉀生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)改進(jìn)之一，引入之后可以提高安全性，減輕人工勞動力，投資金額較少，是一種典型的獨(dú)立分離凈化體系。

4 結(jié)語

全球70%左右的硝酸鉀產(chǎn)量來源于美國、以色列、智利等國，70%以上采用的是直接法生產(chǎn)，這與其資源優(yōu)勢有重要的關(guān)聯(lián)。我國目前擁有硝酸鉀生產(chǎn)企業(yè)五十多家，生產(chǎn)能力大約為每年80000 噸，但隨著現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，硝酸鉀需求量逐年上升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足正常的生產(chǎn)需求，加上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的肥料需求，需要每年從國外大量進(jìn)口，因此積極研發(fā)新的硝酸鉀生產(chǎn)工藝具有重要的意義。

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