硝酸钾主副产品分离设备的改进

马银善(青海盐湖元通钾肥有限公司,青海 格尔木 816000)

1 复分解法生产硝酸钾技术概述

硝酸钾(KNO3)属于二元复合肥，其有效成分是氮元素和钾元素，无论是物理特性还是化学特性都十分稳定，在使用过程中不会挥发损耗。硝酸钾也是黑火药的有效成分(火硝)，同有机物、硫磺等物质混合后，发生撞击或点燃会发生爆炸，本身具有毒性，对地下水会一定的污染，属于危险化学品种类。硝酸钾生产技术的种类较多，主要包括直接生产法、合成法、萃取法、离子交换法、火硝制取法以及复分解法。不同的生产技术需求的工业环境、资源环境和技术环境有很大的区别，如合成法主要依赖的是碳酸钾(氢氧化钾)和硝酸的反应，这需要较为先进的硝酸生产线，而火硝制取法采用从硝土中提取硝酸钾，在进行一系列的化学反应，获得硝酸钾，很明显这需要大量的硝土资源。

2 复分解法生产硝酸钾设备存在问题分析

复分解法是我国当前进行硝酸钾生产的主要技术之一，其原理是，将硝酸钠和氯化钾经过复分解反应产生硝酸钾和氯化钠，整个化学工艺较为简单，方程式如下：

NaNO3+KCl=KNO3↓+NaCl；

不难看出，该反应中主要产品是硝酸钾，而副产品是氯化钠，两种都属于白色粉末晶体，不容易通过肉眼区分；但由于整个反应都是在溶液状态下进行的，可以通过在不同温度下的溶解情况，实现其晶体沉淀将其分离，这也是目前国内硝酸钾工业生产的主要方法。复分解法生产硝酸钾要实现将硝酸钠融入水中，与氯化钾的反应比例约为100∶85，待反应充分后进行蒸发、浓缩、结晶，温度在119 摄氏度的时候氯化钠最先出现晶体状态，随着温度的不断升高，氯化钠的固体成分也就越多，这是重要的分离过程；温度冷却之后硝酸钾晶体即可实现回收，在整个过程中要对时机进行充分的把握，确保蒸发过程中最大限度的获取氯化钠；同时分离过程可以反复提纯。

从设备角度来说，复分解法生产硝酸钾的设备体系中主要有三种，分别是蒸汽压滤罐、真空抽滤盘以及常压过滤器。在此基础上匹配进料管、洗水进管、除渣孔、出料口等辅助装置，具有管道通常、占地少、投资小等优势；但存在的问题也不容忽视。

(1)资源浪费程度高 复分解法生产硝酸钾的工艺原理虽然简单，但涉及到主副产品的分离却十分复杂，副产品主要是氯化钠(俗称渣盐)，其结晶过程中会带走大量的未结晶溶液，造成硝酸钾的浪费；数据显示，单产设备中10%左右的硝酸钾会损耗。

(2)成品纯度质量差 使用蒸汽压滤罐生产硝酸钾，平均加水加料加压过程会持续四个小时左右，阀门开关过程中会导致蒸发和搅拌的停顿，由此造成“粗硝”质量差、产量低，需要进行二次或多次提纯方可达到要求，无疑会造成人工成本的增加。

(3)生产过程不安全 复分解法生产硝酸钾工艺缺乏有效的催化剂应用，为了加速溶液的充分反应，工业生产设备都采用高压容器，而硝酸钠和氯化钾原料的高浓度比例很难控制，压力过小，配料之间反应不充分并容易沾粘内部罐壁，压力过大容易发生爆炸事故。尤其在分离的过程中涉及高温要素，进一步增加了危险性。

3 硝酸钾主副产品分离设备改进策略

首先，需要打破现有硝酸钾产品生产的成熟设备体系，确立工艺改进的思想。由于复分解法的原理简单，很多生产企业在安装设备中按照工艺原理使用压滤罐增加过滤面积，而这恰恰是造成主产品消耗的原因。

其次，具体措施是采用真空抽滤装置代替压滤罐，同时，为了解决真空抽取中不被晶体堵塞管道，可以采用蒸汽疏通、加大管道口径方式，尤其在过滤速度上进行改进。

快速翻斗式真空过滤盘是近年来我国硝酸钾生产企业的技术改进之一，引入之后可以提高安全性，减轻人工劳动力，投资金额较少，是一种典型的独立分离净化体系。

4 结语

全球70%左右的硝酸钾产量来源于美国、以色列、智利等国，70%以上采用的是直接法生产，这与其资源优势有重要的关联。我国目前拥有硝酸钾生产企业五十多家，生产能力大约为每年80000 吨，但随着现代化工产业的发展，硝酸钾需求量逐年上升，远远不能够满足正常的生产需求，加上农业生产的肥料需求，需要每年从国外大量进口，因此积极研发新的硝酸钾生产工艺具有重要的意义。

[1]段正康,谢帆,张涛,李晟,闫建华.硝酸钾生产工艺概述及复分解法存在的问题与对策[J].无机盐工业,2015,05：4-8.

[2]张罡,易健民,沈晃宏.复分解法生产硝酸钾技术存在的问题与建议[J].化肥设计,2006,03：39-41.

[3]马钥德.硝酸钾工艺及复分解法的问题对策[J].化工管理,2015,7：180.

[4]李光耀,李国材.真空结晶复分解法硝酸钾装置设计总结[J].化肥设计,2004,03：29-31.

[5]张罡.我国硝酸钾生产工艺及装置概述[J].化肥工业,2011,02：7-12.