氯化鉀和軟鉀鎂釩二次轉化生產硫酸鉀的工藝研究與分析

秦兆明（國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司，新疆維吾爾自治區 哈密 839000）

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氯化鉀和軟鉀鎂釩二次轉化生產硫酸鉀的工藝研究與分析

秦兆明
（國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司，新疆維吾爾自治區 哈密 839000）

摘 要：硫酸鎂法在國外化工行業的普及比較廣泛，特別是美國、德國和加拿大等國家，是一種比較好的轉化方法。其方法第一步是生成軟鉀鎂礬，然后將軟鉀鎂礬放入水溶液的介質中，用氯化鈉處理后而得到硫酸鉀。但是就目前我國鹽化工業的發展現狀可知苦鹵中的硫酸鎂的浪費現象較為嚴重，為了提高硫酸鎂法的制取效率，只有優化工藝流程，改進生產方式。基于此，本文主要針對氯化鉀和軟鉀鎂釩二次轉化生產硫酸鉀的工藝進行了研究和分析。

關鍵詞：氯化鉀；軟鉀鎂釩；二次轉化；硫酸鉀

因為我國鉀資源相對匱乏，從而使得化肥工業中三種常見元素的比例嚴重失調，鉀的比例特別稀少，而鉀肥主要成分為硫酸鉀、硝酸鉀和氯化鈉等等，其中氯化鉀占的比重最多，約為鉀肥總量的百分之九十。但是因為氯化鉀中氯離子會附著在土壤中，從而使得土壤中含鹽量加劇，導致那些對氯離子過敏的經濟作物中毒，所以其不能進行大范圍的施用。而僅占到鉀肥總量的10%的硝酸鉀和硫酸鉀則是應用較為廣泛的化肥，他們由于存儲量有限，來源主要通過氯化鉀的化學反應得到，因此在價格方面也要高于氯化鉀的制取，為了節省成本通常在經濟作物要求嚴格的基礎上才會選擇該方法。為了增強氯化鉀制取硫酸鉀的轉化效率，只有不斷優化工藝流程，改進生產方式是當前亟待解決的問題。基于此開展對氯化鉀和軟鉀鎂釩二次轉化生產硫酸鉀的工藝分析。

1 氯化鉀和軟鉀鎂釩二次轉化生產硫酸鉀工藝的研究現狀

早期海湖鹽鹵水制取硫酸鉀的方法較為單一，主要有苦鹵轉化與苦鹵蒸發-浮選法，但隨著我國科技發展浪潮的不斷推進，一些新興技術也得到了廣泛的應用像萃取法、離子交換法等。在上個世紀中后期美國相關學者就曾提出了制取硫酸鉀的一種有效方法即蒸發-浮選法，該方法在當時得到了廣泛的應用，而且工藝流程可有效控制物料的濃度變化范圍，受到了很多企業的認可。

我國也有部分科研人員參與到鹽湖資源的研究中，并提出了一些建議和結論。如：（1）制取硫酸鉀工藝，首先是利用氯化鉀生產一種溫度較高的鹽，這種鹽能夠與氯化鉀發生反應，生成化合物，這種化合物還有多種元素，再在化合物中添加一些反應劑和一些催化劑，待反應結束送進浮選機內，浮選機進行浮選加工處理，最終物質都會分解生成硫酸鉀。（2）浮選法苦鹵與氯化鉀提取硫酸鉀工藝其原理是把光鹵石與苦鹵按照一定比例混合在一起，經過化學反應后生成鹽，這種苦鹵鹽在高溫條件下蒸發，形成鹽晶體，再將鹽與氯化鉀及自產鉀母液相混合，使其轉化分解，并加入某種試劑，發生裂變后的物質經浮選機浮選，分離后生成的物質再與氯化鉀和水反應，經過轉化后即可。（3）旋流法苦鹵與氯化鉀制取硫酸鉀工藝。這一工藝是分兩個階段進行的。第一階段是先利用苦鹵與自產光鹵石反應混合生成氯化鉀，同時利用旋流法分解出高溫鹽，第二階段就是利用第一階段中生成的高溫鹽以及生成的氯化鉀作為原料，發生反應后生成硫酸鉀。這種制取方式需要以氯化鎂溶液為介質，采用旋流法制取高溫鹽，這種混合鹽中所含的硫酸鎂最終與氯化鈉反應生成硫酸鉀。（4）高溫鹽析法制取硫酸鉀工藝，顧名思義就是用系統自產光鹵石與苦鹵攙兌，分離出苦鹽后進行蒸發，得到的高溫鹽再進行分離，再次經過蒸發濃縮，與氯化鉀進行一段轉化得到混合物，再添加起泡劑等，送入浮選機進行二段轉化分離得到硫酸鉀。（5）液膜法鹵水提取硫酸鉀工藝是建立一種提取鉀的必要運行基礎，使其物理化學性質相對比較穩定，從而大大增加鉀的吸附能力，可最大限度的提取硫酸鉀的液膜萃取體系，以便使鹵水提取硫酸鉀效率進一步提高。雖然人們通過對鹽湖資源的探索提出的一系列制取鉀的工藝還有很多不完善的地方，比如有的在蒸發流程中會損耗大量熱量，有的工序繁雜，有的效率低等，并且也會受到地理環境的影響，但是從海水中提取鉀資源是我們今后長期制取鉀的方向，因此海水提取硫酸鉀的工藝也將不斷改進，得到長足發展。

2 氯化鉀和軟鉀鎂釩二次轉化生產硫酸鉀的工藝原理

通過化學研究結果得知該鹽湖化學特性完全滿足相關工藝流程之所需，因此可通過日曬的方式提取鹽田從而獲得一定的軟鉀鎂礬礦，所制取軟鉀鎂礬礦經過氯化鈉的處理后可轉化成NaCl，KCl等混合物。Jk-Sc的主要組成成分為NaCI，MgSO4?.7H2O，KCI?MgCl2?6H20的DP段鉀混鹽Jk-sd，將這兩段鉀混鹽礦按一定的比例充分混合均勻后從而可得混礦Sh。倘若將此種化學物質直接與水作用即可得到飽和的氯化鈉溶液以及一定量的軟鉀鎂釩，通過相關公式計算可使鉀元素的回收率達到38.31%，假設利用高溫等將溶液中的氯化鈉徹底去除溶液中氯化鉀的含量可達27.65%，這種現象會造成鉀元素的缺失，因此通過綜合權衡將Sh鹽采取兩次冷分解方式進行試驗，首次冷分解主要是將Sh鹽分解到D點，以便于將溶液中多余的氯化鎂除去，減少其對反應物的影響；第二次冷凍分解是將FS鹽分解到對NaCl剛飽和的Sl點得到高品位的軟鉀鎂釩Pic，在第二階段鉀離子的回收率達到70%，綜合比對兩次分解鉀離子的總回收率為61%，研究人員通過深入研究發現若將第二階段分解的母液重新利用則可大大增強鉀離子的回效率，而且還能節省一定的生產成本。具體的工藝流程見圖1所示。

圖1 鉀混鹽加工制取K2SO4的工藝流程

3 氯化鉀和軟鉀鎂釩二次轉化生產硫酸鉀的工藝實驗過程

3.1原料及方法

（1）原料的有效選取。在實際生產中JksC是C段鉀混鹽，Jksd是D段鉀混鹽，將兩者相混合可得Sh。（2）方法：將事先混合均勻的原料注入三頸瓶中并放置于常溫環境中，根據相關要求采取有效的措施進行分解。

3.2軟鉀鎂釩二次轉化試驗

3.2.1第一段冷分解試驗

本階段主要是將鉀鹽中的氯化鎂徹底除去。（1）加水量試驗。加水量試驗主要分為兩個階段進行，第一階段加水量為計算加水量，第二階段加水量則主要是為了提高鉀離子的回收率而進行的，通過多次試驗所獲取的數據可知加水量若少于計算加水量一定數值時鉀離子的回收率可到達最大化，這時母液液相點的位置與計算點D的實際位置基本吻合，而且最終分解所獲取的氯化鈉含量要明顯少于第一階段固相氯化鈉的含量，經過綜合分析與比對得知加水量達到計算水量的九成左右時鉀離子提取率是最優的。（2）冷分解時間試驗。若冷分解時間為半小時那么鉀離子的回收率與實際理論值基本相吻合，從中可知此狀態下鉀離子的浪費現象不明顯，分解固相中氯化鈉含量也處于較低的濃度狀態，通過多次試驗比對可知第一階段冷分解時間控制在半小時效果最佳。

3.2.2第二段冷分解試驗

這一段冷分解主要是為了分離出第一段FS鹽中的NaCI，但是要在得到的混合礦物質能夠符合制取另一物質的前提下，盡可能的減少K的消耗，增加K收率。（1）加水量實驗。加水量實驗的主要意義是首先保證軟鉀鎂釩中氯化鈉的含量不超過總含量的7%，降低加水量，從而最大化的提高K的收率，因此，為達到這一目標，使加水量遠遠大于計算量的百分率時，即加水量處于最佳狀態，此時k收率達到最高，就能將氯化鈉的含量控制在7%以下。（2）冷分解時間試驗。通過分析冷分解試驗對固相氯化鈉含量為0.9%的要求，以及探索高臺鹽湖鹽田制取鉀工藝原理，可得出這段冷分解的最佳時間為一小時，這種情況下，分解的鉀混鹽礦的物理化學性質都相對穩定，使氯化鈉吸附量增加，方便去除，從而得到更高質量的軟鉀鎂釩。

3.2.3第二段冷分解母液的循環利用

首先將Sh鹽加水分解到軟鉀鎂礬析出對氯化鈉處于飽和狀態的Ln點，從而制得循環母液Ln，緊接著將Sh鹽先分解到D點，可得到固相FS，FS與Ln相互融合后可將體系點進行適當調整，最終回到Sh，從而使得Ln不斷循環使用，通過多次反應后排到鹽田的就是D點母液，這種方式鉀收率可到87%。倘若在制取中氯化鈉含量過多則會影響Ln點的母液，不能進行循環利用，造成資源的無故浪費。如果FS的鈉離子指數高，則鉀離子和Ln混合后的Sh其Na指數為M點，通過作圖法此Sh點再加水分解到NaCl剛飽和時的液相點Ln向Sh方向移動，通過不斷的循環往復最終使相關溶液與Sh相互交融。

3.3氯化鉀和軟鉀鎂釩二次轉化生產硫酸鉀試驗

在氯化鉀和軟鉀鎂釩二次轉化生產硫酸鉀試驗中，將SO2--H2O，K+，Mg2+//Cl-進行相互匹配從而計算各個材料的用量，并且其是在55攝氏度轉化半小時，然后將其冷卻到25攝氏度進行分離，得到硫酸鉀的濕度含量大于百分之九十以上，鉀的容量大于百分之六十四。通過上面的分析，其通過鹽湖晶間鹵水進行日曬的到鉀礦，并加工得到硫酸鉀，并且這種方式在技術上是可實行的。它也代表了世界上鹽化工業制鉀的一種大趨勢，通過鹽田得到鉀，然后進行工業生產，此方法適合大量生產操作，不會受到環境方面的影響，適應能力強，操作簡單，得到的硫酸鉀含量高。

4 結束語

綜上所述，我國應該因地制宜，采用適合我國的生產工藝，解決K2SO2的供需矛盾，根據我國實際發展現狀生產制造硫酸鉀，從而提高經濟效益。目前比較成熟的工業生產方式是通過軟鉀鎂釩進行二次轉化來制造硫酸鉀，其特點就是去除了以往對動力消耗特別大的磨礦程序，制造過程不添加氯化鉀，節約了資源，從而降低了生產成本，其是在常溫常壓下進行的，并且操作簡單，對原料有很好的適應性，得到的質量也相對較高。并且我們應該在成熟的制造工藝的基礎上進行改造創新，降低資源的利用率，最大限度地提高硫酸鉀的生產效率，從而增強我國相關行業的核心競爭力。

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Study and Analysis on the Process of Potassium Sulfate Production by Two Times of Potassium Chloride and Potassium Magnesium Vanadium

Qin Zhaoming
（SDIC Xinjiang Lop Nor Salt Co.Ltd. the Xinjiang Uygur Autonomous Region ，Hami 839000，China）

Abstract:Magnesium Sulfate method is widely used in chemical industry， especially in the United States， Germany， Canada and other countries. The method of the first step is to generate soft potassium magnesium sulfate， and then the soft leonite into the aqueous medium，after treatment of sodium chloride and potassium sulfate. But now China salt industry development status of known bitter bittern of magnesium sulfate waste phenomenon is serious， in order to improve the production efficiency of magnesium sulfate method， only the optimization of process flow， improve the mode of production. Based on this， this paper mainly aimed at the process of potassium chloride and potassium and magnesium two transformation of the production of potassium sulfate.

Key words:potassium chloride； potassium magnesium； two transformation； potassium sulfate

作者簡介：秦兆明（1983-），男，四川南充人，大專，助理工程師；研究方向：硫酸鎂亞型鹵水制取硫酸鉀。