硫酸镁亚型含钾卤水制取硫酸钾温度控制分析

方 云

(国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司 新疆维吾尔自治区 哈密 839000)



硫酸镁亚型含钾卤水制取硫酸钾温度控制分析

方 云

(国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司 新疆维吾尔自治区 哈密 839000)

摘 要：始于2000年的硫酸钾制作工艺起源于国投新疆罗布泊钾盐公司，该项自主研发并具有自主知识产权的工艺技术更是在2004年获得了我国的科技进步一等奖。下文主要针对借助罗布泊盐湖卤水获取硫酸钾的过程中，温度变化对于不同工序产品所产生的巨大影响以及钾的实际收益的影响作用进行分析，并针对其中存在的诸多问题形成相关应对措施，从而对相关工艺流程进行改进，最终实现钾收益的大幅提升。

关键词：罗布泊盐湖；硫酸镁亚型含钾卤水；硫酸钾；温度

当前来说，全球使用的硫酸钾生产方式极多，但是已经形成工业化生产的方式主要分为以下几种，即借助氯化钾和各种硫酸根化合物进行反应转化；借助可溶性的含有钾元素的硫酸盐形成硫酸钾；以盐湖卤水为原料制取硫酸钾。

1 对于硫酸镁亚型卤水提取硫酸钾相关方式的介绍

罗布湖地处我国新疆地区，其湖水属于硫酸镁亚型卤水，该种水质为提取硫酸钾的最好资源，但是该地周围环境较为恶劣，工业生产条件极为恶劣，因此在罗布泊地区进行硫酸钾的生产不可能通过购买氯化钾实现，此外该地区严重缺水，因此在实际生产过程中不能选择当前国外流传较为广泛的生产方式。基于此，在此过程中应当充分借助罗布泊地区的卤水制取硫酸钾，并选择与之相符的生产流程和相关工艺。国投罗钾公司经过将近四年的科研和实验，基本完成了硫酸钾生产流程和相关工艺水平的提升，该种工艺方式能够极大地提升相关资源利用的基本效率，提升产品质量，降低生产成本，是一种值得大力推广并具有较强创新性的硫酸钾生产方式。其实际生产流程如图1所示。

图1 硫酸钾生产工艺流程图

2 外界温度变化对于生产体系产生的巨大影响

2.1 卤水温度变化对于矿石质量产生的影响作用

一是对于钾混盐矿产生的影响。卤水温度变化对于钾混盐矿质量产生的巨大影响主要出现在冬季时期，当卤水整体温度低于零下5℃时，卤水中便会析出大量泻利盐，从而使得矿石中的镁离子和硫酸根数量大大增加，但是钾离子的含量却急剧降低，最终使得矿石的整体品质降低。此外，根据矿石的物理力学性质分析，在温度较低的冬季矿石洁净速度相对放缓，晶体颗粒较大，矿石硬度大大提升，在实际采收时所产生的切割阻力和块度都大大提升，实际作业效率低下，产能较低。

二是对于光卤石矿的影响。在夏季温度时卤水温度会超过30℃，此时光卤石中的硫酸镁和氯化钾会出现部分转移，从而形成钾盐镁矾，首次影响使得光卤石中的镁离子含量急剧增加，最终使得矿石品位急剧下降。在此期间，光卤石分解出的母液含量会不断增加。此时的矿石物理力学性质类似于钾混盐，在冬季时期矿石的结晶速度也会大大减小，晶体的颗粒直径增加，矿石的硬度也产生较大提升，但是由于光卤石中缺乏钾石岩，因此相对于钾混盐硬度较小，因此对于水采机的实际工作效率影响较小。

2.2 光卤石实际分解效果受到分解液温度的实际影响

一是光卤石的石矿温度往往会随着盐田卤水的温度变化而产生变化，光卤石在实际分解过程中受到的影响主要体现在以下几点：一是在温度较高的夏季受到分解液温度较高影响，在实际分解过程中氯化钾和硫酸镁将会发生反应，形成钾盐镁矾，进而使得光卤石的品质大大降低；二是在温度较低的冬季，分解液的温度也会急剧降低，受此影响光卤石中的氯化镁的实际分解速度会大大降低，进而使得分解过程中需求的母液数量大大增加。

二是分解液的温度大大降低。光卤石的分解液通常全部来自于混钾洗涤液之后的母液，因此其实际温度变化范围较小。在温度较高的夏季，混钾洗涤液母液的实际温度也会处于全年范围内较高的时期，因此此时的光卤石温度也会得到较大提升，其对于矿石的分解也会产生较大的影响作用，但是在光卤石实际分解过程中会产生大量钾盐镁矾，而产生的大量钾盐镁矾会被浮选捕收剂完全捕捉，从而极大降低粗氯化钾的基本质量，对于混钾中软钾的配入量产生极大地影响作用，进而使得现有的生产平衡被打破，最终极大降低系统的产能。而在温度较低的冬季，受到混钾洗涤液母液温度变化范围较小影响，虽然光卤石的温度较低，但是母液的温度却处于全年的最佳状态，因此最终的分解效果和选矿效率也处于最佳状态。

2.3 钾混盐实际转化过程中受到一转液温度的影响

在钾石盐、泻利盐以及钾盐镁矾中加入淡水，经过研磨之后在搅拌作用下转化成为软钾，此反应过程为吸热过程，但是其实际转化效率将会受到钾混盐矿和淡水实际温度的影响，其中钾混盐矿的实际温度将会伴随着盐田卤水温度的变化而产生较大变化，由于冬季外界温度较低，往往会对一转产生较大影响。

而淡水由于常年处于地下，水温较为稳定，长期稳定在15-20℃，但是在冬季因为温度较低，矿石温度也会急剧降低，受到叠加负效应的影响，其实际转化速度和转化率也会大大降低。

2.4 二转受到结晶器温度的影响

作为软钾和粗氯化钾的中间性产品，通常将其称之为二转，借助结晶器对其进行转化形成硫酸钾，该反应属于吸热过程，但是结晶器的温度将会对反应的实际转化速率、钾收率以及硫酸钾晶体的大小以及最终的产品质量都会产生极大地影响。

一是对于结晶器产能的影响。上述反应的转化速度以及硫酸钾晶核的实际增长速度都将对结晶器的实际产能产生较大影响，在常温下晶核的形成速度较慢，因此二转的速度也会逐渐减缓，单位容积结晶器的实际产能也会急剧降低。但是当结晶器温度较高时，硫酸钾晶核形成的速度也会急剧增加，二转速度也会急剧增加，单位容积结晶器的实际产能也得到了较大提升。

二是钾收率的变化。在常温状态下随着加入淡水量的增加，母液离子的浓度也会逐渐降低，结晶器中形成的E2母液含量也会增加，此时的结晶器所能够形成的钾收率也会大大降低。但是当结晶器中的温度得到提升时，当加入的淡水量减少，母液中的离子浓度也会得到较大提升，而硫酸钾的溶解度将会随着温度的变化而大大降低，因此结晶器所能形成的一次钾收率会较大提升。

三是所获得产品粒度的变化。在常温状态下，母液中的离子浓度也会处于较低水平，受到浓度差较小的影响，晶核的实际生长速度也会大大降低，此时的晶体能够得到较为充分的生长，最终所形成的结晶体实际粒度也会较大。

四是最终产品的基本品质。受到结晶器中实际反映效果影响，最终所能够获得的硫酸钾基本质量也会受到较大影响，而结晶器的实际温度将会与反应时间程反比例。在相同的时间中，当温度得到较大提升时，最终所获得的产品质量也会得到较大提升。

2.5 混钾洗涤质量受到E2母液温度的影响

有效剔除软钾和粗氯化钾中存在的细晶氯化钠，从而确保二转过程中形成的硫酸钾产品的基本质量是进行混钾洗涤的基本目标。从而减少钾芒硝在实际结晶过程中的析出。

一是实际洗涤速度。洗涤速度将会受到相关温度的巨大影响，而温度和洗涤速度通常会成正比例，而洗涤液的全部来源是结晶器分离硫酸钾之后产生的E2母液。

二是对于氯化钠的洗涤效果。氯化钠的实际洗涤效果将会受到洗涤温度、洗涤液的加入量、其实际化学组成以及洗涤时间的共同影响。

三是钾收率的变化。在氯化钠和氯化钾同时饱和的溶液中，随着溶液温度的上升，氯化钠的溶解度也会逐渐减小，而氯化钾的溶解度则会不断增加，两者之间呈现出交叉关系。基于此，应当尽可能降低洗涤液的温度以增加对氯化钠的溶解度，此外还可以有效减少钾的损失，进而提升钾离子的实际收率。

3 对于温度的控制

（1）盐田卤水温度所产生的变化，并对其进行有效控制。借助日光对卤水进行充分蒸发，从而获得相关岩盐。但是在此过程中卤水的实际温度往往会受到季节变化的影响，此外盐田卤水的深度也会对卤水的实际温度产生较大影响。在夏季为了有效降低光卤石盐田中的卤水温度，通过对光卤石的盐田水位提升，从而降低光卤石矿的基本温度，最终减少钾盐镁矾的生成量。在温度较低的冬季，通过提升光卤石盐田的水位能够实现保温效果，进而提升矿石的温度，减少钾盐镁矾的析出量。（2）对于光卤石分解温度的有效控制。在夏季生产过程中对于混钾洗涤液母液温度的控制能够保证对分解温度的控制，另外，受到混钾母液温度下降，硫酸根和镁离子的含量都会降低，其对于最终分解效果也会产生较大的促进作用。在冬季生产过程中为了提升分解温度，应当在分解槽中加入适量蒸汽进行加热，从而保证光卤石分解的基本效果。（3）对于一转母液温度的控制。冬季生产一转中加入的淡水应当借助太阳能或者蒸汽对其进行加热，从而提升一转效果。（4）对于硫酸钾结晶器温度的控制。根据硫酸钾产品质量以及产能的分析，应当尽可能保持结晶器温度的稳定性。（5）对于E2母液温度的控制。最终的洗涤效果将会受到E2母液温度的直接影响，而为了有效提升实际洗涤效果，应当保证E2母液的温度始终处于20-25℃之间。（6）对于混钾洗涤母液温度的控制。光卤石的最终分解效果将会受到混钾母液温度和化学实际组成成分的影响，而对于工艺控制稳定性的控制将直接受到混钾母液温度和化学组成成分稳定性的影响。

4 结论

由于含钾硫酸镁亚型盐湖卤水在生产硫酸钾过程中涉及到的工艺系统较为庞大，进行温度控制的环节极多，更有大量环节难以实现人为控制，基于此，在实际生产过程中对于温度的控制将具有极强的现实意义。保证温度控制的稳定性能够极大地延长生产周期，保证能够实现长期无障碍生产，此外对于系统的节能减排对于提升钾收率有较大的促进作用。

[参考文献]

[1]化工部长沙设计研究院,新疆罗布泊钾盐科技开发有限责任公司.新疆罗布泊硫酸镁亚型卤水制取硫酸钾工艺(LBP-01工艺)中试报告[R].2002.

[2]化工部长沙设计研究院.新疆罗布泊钾肥基地年产120万吨钾肥项目盐田工程初步设计[R].2007.

[3]汤建良,李文皓.冻硝对盐田工艺的影响[J].无机盐工业,2006,38(8):38-39.

[4]李 浩,唐中凡,尹新斌,等.罗布泊盐湖卤水等温蒸发研究[J].化工矿物与加工,2008,37(11):5-8.

Temperature Control Analysis of Potassium Sulfate in the Production of the Sub Type of Magnesium Sulfate

Fang Yun
(SDIC Xinjiang Lop Nor Salt Co. Ltd. the Xinjiang Uygur Autonomous Region Hami 839000)

Abstract:start in 2000 years of potassium sulfate production process originated in SDIC Xinjiang Luobupo potash company, the independent research and development and has independent intellectual property rights of technology is in 2004 won the first prize for scientific and technological progress in China. Below mainly to obtain potassium sulfate with the help of Lop Nur Salt Lake Brine Process and the effect of temperature changes for different process products generated huge influence as well as the potassium of actual income analysis, and for the existing problems related measures, from the relevant process improvement, and ultimately significantly enhance the yield of potassium.

Key words:saline lake in lop nor; magnesium sulfate; sub type potassium containing brine; potassium sulfate; temperature

作者简介：方云（1986-），男，汉，甘肃张掖人，本科，助理工程师，研究方向：硫酸镁亚型卤水制取硫酸钾。