用“冷分解-篩分法”生產(chǎn)氯化鉀的新工藝研究

陳 默，沙作良

（天津科技大學(xué)化工與材料學(xué)院，天津300457）

氯化鉀用途廣泛，主要用作肥料、制造鉀鹽的化工原料、電鍍、照相、軍事消焰劑、醫(yī)用利尿劑、金屬淬火劑、油田固井劑等多個方面［1］。目前，常用的生產(chǎn)工藝有冷分解-洗滌法、冷分解-正浮選法、冷分解-結(jié)晶法、冷結(jié)晶-正浮選法、反浮選-冷結(jié)晶法、熱熔-結(jié)晶法等常用工藝［2-3］，在實(shí)際生產(chǎn)中，需要綜合考慮當(dāng)?shù)刭Y源、能源、水源的情況，優(yōu)選鉀回收率高且產(chǎn)品質(zhì)量合格、生產(chǎn)成本低的工藝［3］。隨著業(yè)界對上述氯化鉀生產(chǎn)工藝和成核動力學(xué)研究實(shí)踐的不斷深入［3-8］，有獨(dú)特適用性的氯化鉀生產(chǎn)新工藝不斷出現(xiàn)。本文從待分離鹽的結(jié)晶粒度差異［3-4，9］入手，借鑒經(jīng)典成核理論（CNT）［10-11］、兩步成核機(jī)理［7］等現(xiàn)有理論，通過實(shí)驗(yàn)的方法，采用鹽湖光鹵石為原料，開發(fā)研究了“冷分解-篩分法”生產(chǎn)氯化鉀的新工藝，并對其生產(chǎn)條件進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與原料

AV4101 型電子天平（精確度為±0.1 g）；50 L 水浴槽（自制）；XMT 型數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀（精確度為±0.5 ℃）；4IK30RA-C 攪拌器；XF-400 型標(biāo)準(zhǔn)旋振篩；TD5G 型臺式過濾離心機(jī)；DZF-6020N 型24L 臺式真空干燥箱。

察爾汗鹽湖光鹵石原礦、 大浪灘鹽湖光鹵石原礦，化學(xué)組成如表1 所示。

表1 察爾汗鹽湖與大浪灘鹽湖光鹵石原礦化學(xué)組成 %

氯化鋇、乙醇、乙二胺四乙酸二鈉、氯化銨、氨水、鉻黑T 指示劑、溴酚藍(lán)、松節(jié)油、四苯硼酸鈉、醋酸、醋酸鈉、硫酸鎂、硝酸銀等，均為AR。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理與方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)原理

有研究表明，冷結(jié)晶法制取氯化鉀過程中，鈉離子等的存在使得絕大部分氯化鉀固相顆粒直徑在0.2 mm 以下［3］，正交實(shí)驗(yàn)得到冷結(jié)晶氯化鉀顆粒平均粒徑為0.084～0.168 mm［4］，相對而言，氯化鈉在原料和分解漿料固相中的粒徑變化不大，粒徑大多在0.84 mm 以上［9］。

以鹽湖光鹵石為原料，根據(jù)該原料中氯化鎂的含量計算出加水量，進(jìn)行加水分解，使原料中的氯化鎂全部進(jìn)入液相，得到固液混合漿料，此時，漿料固相主要由氯化鉀、氯化鈉及少量不溶性雜質(zhì)組成。將上述漿料進(jìn)行篩分，篩分孔徑為0.175～1.651 mm，得到固相氯化鈉篩上物和富集固相氯化鉀的混合漿料篩下物，再將篩下物按照常規(guī)分離方法進(jìn)行固液分離，就得到高品質(zhì)的粗鉀產(chǎn)品。

因此，理論上可以利用含鈉光鹵石分解漿料固相中氯化鉀與氯化鈉的粒徑分布差異，通過篩分、固液分離等物理方法，獲得粗鉀產(chǎn)品。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方法

首先，分別取兩種光鹵石原礦1 000 g 進(jìn)行篩分，篩分孔徑依次為1.651、1.168、0.833、0.246、0.175 mm，得到光鹵石原礦粒徑分布數(shù)據(jù)，記錄于表2 中。

然后，進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。對鹽湖原料光鹵石進(jìn)行化學(xué)分析，取3 000 g 同一樣品放入5 000 mL 容器內(nèi)，加入表3 中指定的淡水量，分解溫度為15 ℃，攪拌40 min，而后按表3 中指定的孔徑用標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行濕篩分，篩上物為濕氯化鈉，用離心機(jī)脫鹵后得氯化鈉，篩下物為氯化鉀漿料，用離心機(jī)脫鹵后得氯化鉀。及時化驗(yàn)，并將數(shù)據(jù)記錄整理于表3 中，根據(jù)物料衡算得到氯化鉀取得率、氯化鈉分離率、溶解在分解液中的氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

用另一份鹽湖原料光鹵石重復(fù)進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)4 次，記錄并處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 察爾汗鹽湖與大浪灘鹽湖光鹵石原礦粒徑篩分?jǐn)?shù)據(jù)與分析

中國主要鉀資源地青海省察爾汗鹽湖和大浪灘鹽湖的光鹵石原礦粒徑分布數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 察爾汗鹽湖與大浪灘鹽湖光鹵石原礦粒徑篩分?jǐn)?shù)據(jù)

根據(jù)樣品分析數(shù)據(jù)可知，察爾汗鹽湖光鹵石的粒徑大于0.833 mm 的約占75%，粒徑大于0.246 mm的占100%，樣品中最大顆粒的粒徑為12 mm；大浪灘鹽湖光鹵石的粒徑大于1.651 mm 的約占92%，粒徑大于0.833 mm 的占100%； 上述差異源于察爾汗鹽湖開發(fā)年限早，光鹵石原礦為二次生成。綜合分析上述數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在鹽湖開發(fā)的前期和中后期，含鈉光鹵石原礦的粒徑大于0.246 mm，其中，氯化鈉顆粒的粒徑分布偏向大粒徑范圍［9］，因此，原礦中氯化鈉顆粒的粒徑大于0.246 mm；氯化鈉在原料和分解漿料固相中的粒徑分布變化不大［9］，為氯化鈉與氯化鉀的分離提供了基礎(chǔ)。

2.2 光鹵石分解漿料篩分?jǐn)?shù)據(jù)與分析

將5 組對比實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，光鹵石分解漿料篩分?jǐn)?shù)據(jù)如表3 所示。

根據(jù)分解漿料篩分?jǐn)?shù)據(jù)可知，光鹵石加水分解時，實(shí)例3、 實(shí)例4 的實(shí)際加水量為理論加水量的118%和125%，但由于原料光鹵石中氯化鉀含量低，氯化鈉及不溶物含量大，分離氯化鈉時氯化鉀帶失也大，結(jié)果是產(chǎn)品的質(zhì)量沒有提高，取得率也低。實(shí)例2、實(shí)例5 的實(shí)際加水量為理論加水量的96%，由于原料光鹵石中氯化鉀含量較高且氯化鈉含量較低，因此，產(chǎn)品的品質(zhì)較高且取得率較高。

上述實(shí)驗(yàn)表明，光鹵石分解時的加水量、產(chǎn)品品質(zhì)及取得率與原料光鹵石的組成具有直接關(guān)系，光鹵石分解實(shí)際優(yōu)選加水量與理論加水量吻合。另外，光鹵石分解加水量還可根據(jù)分解液中氯化鎂的實(shí)測含量來檢驗(yàn)并微調(diào)，確定優(yōu)選分解液中氯化鎂質(zhì)量濃度＞300 g/L； 氯化鈉的分離率受原料光鹵石中氯化鈉含量的影響，其含量升高，則分離率升高，反之降低。

表3 光鹵石分解漿料固相粒徑篩分?jǐn)?shù)據(jù)與組成表

3 新工藝優(yōu)點(diǎn)與鉀提取率

本方法的優(yōu)點(diǎn)有：1）對原料光鹵石適應(yīng)性廣，對光鹵石中氯化鈉含量適用范圍廣，加水分解操作可調(diào)范圍大，可做概率操作，精確操作要求不高，對設(shè)備儀表和操作人員要求不高；2）鉀提取率在81%以上，較其他冷分解類方法高，可以提高國內(nèi)短缺的鉀資源利用率。

4 光鹵石生產(chǎn)氯化鉀的“冷分解-篩分法”工藝流程

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)與分析，設(shè)計光鹵石生產(chǎn)氯化鉀的“冷分解-篩分法”工藝流程，如圖1 所示。

圖1 光鹵石生產(chǎn)氯化鉀的“冷分解-篩分法”工藝流程簡圖

本工藝不需要浮選、反浮選，只有兩道工序，用簡單的操作就可使光鹵石中的氯化鎂、氯化鉀、氯化鈉單獨(dú)分離，而所得的高品質(zhì)粗鉀一般能適合國內(nèi)農(nóng)用氯化鉀的要求。如果再做簡單提純加工，即可獲得品位更高的工業(yè)級氯化鉀產(chǎn)品。

5 結(jié)論

本文以察爾汗鹽湖和大浪灘鹽湖光鹵石原礦為原料，利用冷分解-篩分法進(jìn)行氯化鉀生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了無浮選劑生產(chǎn)的可行性，對鉀鹽生產(chǎn)尤其是柴達(dá)木盆地鉀鹽生產(chǎn)現(xiàn)狀具有啟發(fā)性和實(shí)際指導(dǎo)意義。

1）冷分解-篩分法所得粗鉀產(chǎn)品品質(zhì)較其他冷分解類方法高，比現(xiàn)有的氯化鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)（50%左右）提高15%～20%。2）工藝流程短，設(shè)備簡單，生產(chǎn)成本低，具有現(xiàn)實(shí)可行性。3）尤其具有實(shí)際投產(chǎn)優(yōu)勢。建廠時對低品位光鹵石無需化鹵重制，減少大規(guī)模湖區(qū)復(fù)曬池等的投入，擴(kuò)大礦藏可利用儲量，延長工廠使用年限，同等產(chǎn)能規(guī)模的投入將顯著降低。