氯化鈉氯化鉀廢水分鹽工藝研究

周艷麗

（河北云瑞化工設備有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引 言

工業生產中每天都要產生大量的氯化鈉氯和氯化鉀廢水，如鋼鐵廠高爐布袋灰、燒結灰、轉爐灰及其他雜質灰的處理工藝中，通過水洗方式將次氧化鋅灰中的鉀、鈉與不溶物進行分離，然后經過除雜處理后剩余的溶液中即含有氯化鈉和氯化鉀，通常稱之為高鉀鈉廢水。

目前，氯化鉀和氯化鈉溶液中未進行鉀和鈉分離，直接出混鹽，這樣只能作為工業廢固處理。

由于我國對鉀肥需求巨大，而鉀礦資源極度匱乏，且大部分集中在我國的西北地區和西南邊境，目前對這些鉀資源還難以大規模開發利用。

因此，對鋼廠固廢粉塵中鉀元素的回收有積極顯著的意義。

鋼廠除塵灰中，往往著重介紹除塵灰處理前工藝中及對鉀鹽提起方法的報道，對于詳細介紹鉀和鈉分離方法及裝置的文獻報道不多。

如能研究出鉀和鈉分離切實可行的方法，回收得到高純度的氯化鉀和氯化鈉，滿足工業級產品的品質要求，可直接回收套用或作為副產品出售，實現鹽類的資源化利用，將有極大的經濟效益。

本文針對不同鉀和鈉含量的溶液，重點闡述鉀和鈉分離的幾種工藝方法。

1 鉀和鈉分離原理

由于氯化鈉和氯化鉀的溶解度不同，氯化鉀溶解度大于氯化鈉溶解度，同時隨著溫度升高，氯化鉀溶解度增大，而氯化鈉溶解度隨溫度變化不大。我們利用不同溫度條件下氯化鈉和氯化鉀的溶解度比例不同，通過不同蒸發溫度的轉換，分別對應2種鹽的飽和狀態的原理，分別析出純凈氯化鉀和純凈氯化鈉。采用在高溫狀態下結晶析出氯化鈉、低溫狀態下結晶析出氯化鉀。

氯化鈉和氯化鉀在不同溫度下的相圖如圖1所示。

圖1 氯化鈉和氯化鉀在不同溫度下的相圖Fig.1 phase diagram of sodium chloride and potassium chloride at different temperatures

2 鉀和鈉分離工藝

結合氯化鉀氯化鈉相圖，從鉀和鈉分離原理上有3 種可行的分離工藝，即熱蒸- 冷凍、熱蒸-閃蒸、熱蒸—閃蒸- 冷凍—熱蒸。

2.1 熱蒸- 閃蒸

根據氯化鉀和氯化鈉在110 ℃和50 ℃溶解度的不同，來料首先在溫度為110 ℃時，蒸發濃縮至一定濃度（控制不能超過氯化鉀析出來的濃度點），結晶析出氯化鈉，然后蒸發母液在溫度為50 ℃時，進行閃蒸，結晶析出氯化鉀，閃蒸母液再返回蒸發系統去析出氯化鈉，蒸發和閃蒸出來的冷凝水工藝回用。

采用高溫析鈉低溫析鉀的思路，可實現氯化鉀和氯化鈉高鹽廢水的有效分離回收。

該方法可以實現鉀鈉鹽的全部回收利用，本系統可得到合格的氯化鈉和氯化鉀，冷凝水返回工藝系統。

析出的鹽符合國標，其中氯化鈉符合國標GB/T5462-2003，精制工業鹽二級；氯化鉀符合國標GB/T7118-2008，工業鹽二級。

工藝過程可靠穩定，能耗低，投資小，運行成本低，各種指標符合節能環保的要求。

氯化鉀和氯化鈉分離工藝流程框圖如圖2所示。

圖2 氯化鉀和氯化鈉分離工藝流程框圖Fig.2 Flowdiagram of potassium chloridesodium chloride separation process

2.2 熱蒸—冷凍法

根據氯化鉀和氯化鈉不同溫度下溶解度的不同，來料首先在溫度為110 ℃時，蒸發濃縮至一定濃度（控制不能超過氯化鉀析出來的濃度點），結晶析出氯化鈉，然后蒸發母液在低溫下進行降溫結晶，結晶析出氯化鉀，結晶母液返回蒸發析鈉系統繼續析出氯化鈉，降溫結晶溫度可為50、40、30、20 ℃或更低溫度。

根據氯化鉀和氯化鈉在低溫下溶解度的差異，溫度越低差異越大，結晶析出的氯化鉀產品就越多，但降溫結晶溫度越低能耗就越大，結晶需要的冷量和母液返回氯化鈉蒸發系統需要升溫的能量就會越大，故較為經濟的降溫結晶溫度為40 ～50 ℃，降溫階段采用循環水作為冷介質降溫即可。蒸發出來的冷凝水工藝回用。

采用熱蒸- 冷凍的分鹽思路，可以實現氯化鉀和氯化鈉高鹽廢水的有效分離回收。

該方法可以實現100%的鹽回收利用，氯化鈉符合國標GB/T5462-2003 精制工業鹽二級；氯化鉀符合國標GB/T7118-2008 工業鹽二級。氯化鉀-氯化鈉分離工藝流程框圖如圖3 所示。

圖3 氯化鉀- 氯化鈉分離工藝流程框圖Fig.3 Flowdiagram of potassium chloride- sodium chloride separation process

2.3 熱蒸—閃蒸- 冷凍—熱蒸法

對于含高鉀的鉀鈉廢水，先通過熱蒸析出氯化鉀，在熱蒸階段回收鉀鈉廢水中大部分鉀鹽，來料鉀的比例越多在熱蒸系統中回收的鉀越多，回收鉀之后的母液進入降溫結晶系統進一步提取鉀，降溫結晶可選擇閃蒸結晶或冷凍結晶。

降溫結晶后的母液進入氯化鈉回收系統，通過熱蒸的方式將溶液中的氯化鈉結晶析出來，蒸發母液再返回閃蒸- 冷凍系統提鉀，通過熱蒸—閃蒸-冷凍—熱蒸的方法可以實現高含鉀的鉀鈉廢水中鉀鈉鹽的分離。

整個工藝系統無廢棄物，實現結晶鹽的資源化，水全部回收利用，實現水的零排放。

該方法可以實現100%的鹽回收利用，氯化鈉符合國標GB/T5462-2003 精制工業鹽二級；氯化鉀符合國標GB/T7118-2008 工業鹽二級。氯化鉀-氯化鈉分離工藝流程框圖如圖4 所示。

圖4 氯化鉀- 氯化鈉分離工藝流程框圖Fig.4 Flowdiagram of potassium chloridesodium chloride separation process

3 結果與討論

3.1 處理效果

采用熱蒸- 閃蒸、熱蒸- 冷凍、熱蒸- 閃蒸-冷凍- 熱蒸法3 種工藝均可實現鉀鈉鹽的完全分離，水全部回收利用，析出的鹽符合國標。其中氯化鈉符合國標GB/T5462-2003，精制工業鹽二級；氯化鉀符合國標GB/T7118-2008，工業鹽二級。

3.2 閃蒸結晶和冷凍結晶對比

（1） 閃蒸結晶工藝更加穩定，不容易出現堵塞風險；而冷凍結晶因涉及到列管換熱器冷熱換熱的問題有堵管的風險。

（2） 閃蒸結晶受真空度限制，閃蒸結晶溫度一般做到50 ℃左右，較為經濟；而冷凍結晶則可做到更低溫度，但結晶溫度越低冷量的能耗越大，母液返回熱蒸需要的熱量也越大，所以太低溫度不經濟，較為經濟的是采用循環水作為冷介質，結晶溫度為40 ℃左右。在運行能耗上閃蒸結晶比冷凍結晶小。

（3） 閃蒸結晶得到的氯化鉀產品粒徑小，冷凍結晶得到的鉀鹽粒徑相對較大；投資上閃蒸結晶比冷凍結晶小。

4 結 語

熱蒸- 閃蒸、熱蒸- 冷凍和熱蒸- 閃蒸- 冷凍- 熱蒸法這3 種工藝均可真正實現零排放，水全部回收利用，附產高附加值的氯化鈉和氯化鉀，適合在我國工業上尤其鋼鐵行業上推廣。

隨著我國鋼鐵行業的日益發展和完善，鋼鐵水洗灰廢水（鉀鈉廢水） 日益增加，今后幾年內，開發和建立鉀和鈉高鹽廢水分離裝置，勢必會帶來巨大的社會效益、經濟效益和環境效益。