热溶冷结晶法制取硫酸钾镁肥的实验研究

谈 霞，李宏灿

（青海中信国安科技发展有限公司，青海格尔木 816000）

与传统硫酸钾产品相比，硫酸钾镁肥具有养分含量丰富，改土效果好，能有效促进作物生长，经济效益显著等优点［1-3］，产品可从盐湖卤水或固体钾镁盐矿中，利用浮选工艺［4］及两段转化工艺制取。笔者以盐田日晒得到的钾、硫混盐矿为原料，采用热溶冷结晶工艺［5］，探索制得无药剂污染硫酸钾镁肥产品的新工艺。

1 实验内容

1.1 原料与仪器

原料：盐田日晒得到的钾、硫混盐矿。

仪器：2 L搅拌罐﹑电动搅拌器﹑水浴锅﹑抽滤瓶及布氏漏斗、真空泵等。

1.2 实验过程

将原料与转化液及淡水按一定比例混合，混合液恒温在水浴锅中加热一定时间后过滤，固体废弃物主要为氯化钠，热溶清液采取自然冷结晶，分离生成结晶产物主要为钾盐镁矾混合物（还有部分硫酸钾﹑氯化钾和氯化钠）。将结晶产物加入一定淡水和转化液反应，生成钾镁肥的湿产品，干燥后得到钾镁肥产品。冷结晶后尾液排至盐田日晒成矿，转化液返回热溶和转化工序在生产系统内循环使用。

实验完成了原矿和淡水的热溶冷结晶制取钾镁肥的开路、闭路实验流程，并完成了原矿和转化液热溶冷结晶制取硫酸钾镁肥的实验。

1.3 分析方法［6］

K+采用季胺盐容量法测定；Ca2+和 Mg2+采用EDTA容量法测定；Cl-采用硝酸银容量法测定；采用氯化钡容量法测定。

2 结果和讨论

2.1 原矿粒度对钾回收率的影响

在其他实验条件不变，原矿经破碎和未经破碎的条件下，考察了热溶过滤、冷却结晶、和转化过程中钾的回收率，如表1所示。从表1可以看出，原矿粒度破碎至1.70 mm时，热溶过滤和冷却结晶过程中钾回收率分别比未经破碎的原矿高10.5%和14.6%，经计算总收率高出6.43%。

表1 原矿粒度对热溶冷结晶的影响

2.2 热溶剂对钾回收率的影响

在一定实验条件下，将原矿分别与淡水、转化液按一定比例混合，考察了对各过程中钾回收率的影响，结果见表2。从表2可算出，原矿与淡水混合，其热溶过滤过程钾回收率比与转化液混合的高15.55%，冷结晶过程钾的回收率则较后者低39.31%。经计算，全部与转化液混合则钾的总回收率达87.23%，与淡水混合钾的总回收率为25%～30%。

表2 不同热溶溶剂对热溶冷结晶的影响

2.3 转化液加入量对钾回收率的影响

在一定条件下，考察了原矿与转化液体积比（分别为1∶2和1∶1.5）对实验各过程中钾回收率的影响，如表3所示。从表3可以看出，不同转化液加入量对热溶过滤过程中钾回收率的影响不大，而冷结晶过程中原矿与转化液体积比为1∶2时比1∶1.5时钾的回收率低26.55%，经计算钾的总回收率分别为60.32%和58.50%，系统钾的总回收率变化不明显。

表3 不同转化液加入量（与转化液的体积比）对热溶冷结晶的影响

2.4 热溶温度对钾回收率的影响

在一定条件下，考察了不同热溶温度（分别为80℃和65℃）对实验各过程中钾回收率的影响，如表4所示。从表4可以看出，随着热溶温度升高，热溶过滤过程钾收率降低但不明显，冷结晶过程钾回收率增高明显。经计算，随着热溶温度升高钾的总回收率升高不明显。温度高于65℃时，热溶物料过滤后尾固中钾的损失增大，能耗增加。

表4 热溶温度对热溶冷结晶的影响

2.5 热溶时间对钾回收率的影响

在一定条件下，考察了不同热溶时间（60、30min）对各实验过程中钾回收率的影响，如表5所示。由表5可以看出，延长热溶时间时钾回收率没有大的提高。经计算，延长加热时间钾的总回收率变化不大。综合考虑，实验选择适宜的热溶时间为20 min。

表5 热溶时间对热溶冷结晶的影响

2.6 冷结晶温度对钾回收率的影响

在一定条件下，考察不同的冷结晶温度对各实验过程中钾回收率的影响，如表6所示。由表6可以看出，热溶清液在10℃下冷结晶的效率优于15℃，其钾的回收率比后者高12.82%。通过实验发现，热溶清液冷结晶温度为5℃时，冷结晶的效果比较理想，钾收率最高。

表6 结晶温度对热溶冷结晶的影响

2.7 冷结晶时间对钾回收率的影响

在一定条件下，考察了不同冷结晶时间（24、11h）对各实验过程中钾回收率的影响，如表7所示。由表7可知，热溶清液冷结晶时间24 h时比11 h时钾的回收率高17%。

表7 冷结晶时间对热溶冷结晶的影响

3 结论

通过实验证明，热溶冷结晶工艺结合制取硫酸钾镁肥工艺可行。1）采用该法制取硫酸钾镁肥系统钾的回收率主要决定于原矿中硫钾质量比的大小。硫钾质量比为2.6的原矿系统钾的总收率达到87.23%，硫钾质量比为1.92的原矿系统钾的总回收收率为59.64%。2）热溶冷结晶工艺制取硫酸钾镁肥原矿粒度是一个影响热溶和冷结晶反应过程的因素。3）热溶冷结晶工艺制取硫酸钾镁肥，在保证有足够转化液返回热溶过滤过程，并与淡水按最佳比例混合反应，可保证热溶过滤过程回收率最高。4）热溶冷结晶工艺制取硫酸钾镁肥，为保证能耗最低，热溶温度达到65℃时热溶过程钾的回收率较理想，热溶时间为20 min时比较理想。5）热溶冷结晶工艺制取硫酸钾镁肥，冷结晶温度控制在5℃时钾的回收率最高，冷结晶时间可根据不同的冷结晶设备来确定时间。

［1］汪家铭.硫酸钾镁肥生产现状与市场前景［J］.无机盐工业，2009，41（1）：8-11.

［2］吴小王，朱海丽.西台吉乃尔盐湖开发工艺及工业化现状［J］.广东化工，2012，39（1）：64，74.

［3］程怀德，马海洲.中国硫酸盐型盐湖资源及无氯钾肥开发展望［J］.无机盐工业，2008，40（3）：8-10.

［4］程怀德，马海州.利用硫酸盐型盐湖资源制取软钾镁矾的研究［J］.盐业与化工，2008，37（3）：24-26.

［5］张占良，申春玲.软钾镁矾结晶实验研究［J］.内蒙古石油化工，2009（22）：19-20.