氯化钾和软钾镁钒二次转化生产硫酸钾的工艺研究与分析

秦兆明（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）



氯化钾和软钾镁钒二次转化生产硫酸钾的工艺研究与分析

秦兆明
（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：硫酸镁法在国外化工行业的普及比较广泛，特别是美国、德国和加拿大等国家，是一种比较好的转化方法。其方法第一步是生成软钾镁矾，然后将软钾镁矾放入水溶液的介质中，用氯化钠处理后而得到硫酸钾。但是就目前我国盐化工业的发展现状可知苦卤中的硫酸镁的浪费现象较为严重，为了提高硫酸镁法的制取效率，只有优化工艺流程，改进生产方式。基于此，本文主要针对氯化钾和软钾镁钒二次转化生产硫酸钾的工艺进行了研究和分析。

关键词：氯化钾；软钾镁钒；二次转化；硫酸钾

因为我国钾资源相对匮乏，从而使得化肥工业中三种常见元素的比例严重失调，钾的比例特别稀少，而钾肥主要成分为硫酸钾、硝酸钾和氯化钠等等，其中氯化钾占的比重最多，约为钾肥总量的百分之九十。但是因为氯化钾中氯离子会附着在土壤中，从而使得土壤中含盐量加剧，导致那些对氯离子过敏的经济作物中毒，所以其不能进行大范围的施用。而仅占到钾肥总量的10%的硝酸钾和硫酸钾则是应用较为广泛的化肥，他们由于存储量有限，来源主要通过氯化钾的化学反应得到，因此在价格方面也要高于氯化钾的制取，为了节省成本通常在经济作物要求严格的基础上才会选择该方法。为了增强氯化钾制取硫酸钾的转化效率，只有不断优化工艺流程，改进生产方式是当前亟待解决的问题。基于此开展对氯化钾和软钾镁钒二次转化生产硫酸钾的工艺分析。

1 氯化钾和软钾镁钒二次转化生产硫酸钾工艺的研究现状

早期海湖盐卤水制取硫酸钾的方法较为单一，主要有苦卤转化与苦卤蒸发-浮选法，但随着我国科技发展浪潮的不断推进，一些新兴技术也得到了广泛的应用像萃取法、离子交换法等。在上个世纪中后期美国相关学者就曾提出了制取硫酸钾的一种有效方法即蒸发-浮选法，该方法在当时得到了广泛的应用，而且工艺流程可有效控制物料的浓度变化范围，受到了很多企业的认可。

我国也有部分科研人员参与到盐湖资源的研究中，并提出了一些建议和结论。如：（1）制取硫酸钾工艺，首先是利用氯化钾生产一种温度较高的盐，这种盐能够与氯化钾发生反应，生成化合物，这种化合物还有多种元素，再在化合物中添加一些反应剂和一些催化剂，待反应结束送进浮选机内，浮选机进行浮选加工处理，最终物质都会分解生成硫酸钾。（2）浮选法苦卤与氯化钾提取硫酸钾工艺其原理是把光卤石与苦卤按照一定比例混合在一起，经过化学反应后生成盐，这种苦卤盐在高温条件下蒸发，形成盐晶体，再将盐与氯化钾及自产钾母液相混合，使其转化分解，并加入某种试剂，发生裂变后的物质经浮选机浮选，分离后生成的物质再与氯化钾和水反应，经过转化后即可。（3）旋流法苦卤与氯化钾制取硫酸钾工艺。这一工艺是分两个阶段进行的。第一阶段是先利用苦卤与自产光卤石反应混合生成氯化钾，同时利用旋流法分解出高温盐，第二阶段就是利用第一阶段中生成的高温盐以及生成的氯化钾作为原料，发生反应后生成硫酸钾。这种制取方式需要以氯化镁溶液为介质，采用旋流法制取高温盐，这种混合盐中所含的硫酸镁最终与氯化钠反应生成硫酸钾。（4）高温盐析法制取硫酸钾工艺，顾名思义就是用系统自产光卤石与苦卤搀兑，分离出苦盐后进行蒸发，得到的高温盐再进行分离，再次经过蒸发浓缩，与氯化钾进行一段转化得到混合物，再添加起泡剂等，送入浮选机进行二段转化分离得到硫酸钾。（5）液膜法卤水提取硫酸钾工艺是建立一种提取钾的必要运行基础，使其物理化学性质相对比较稳定，从而大大增加钾的吸附能力，可最大限度的提取硫酸钾的液膜萃取体系，以便使卤水提取硫酸钾效率进一步提高。虽然人们通过对盐湖资源的探索提出的一系列制取钾的工艺还有很多不完善的地方，比如有的在蒸发流程中会损耗大量热量，有的工序繁杂，有的效率低等，并且也会受到地理环境的影响，但是从海水中提取钾资源是我们今后长期制取钾的方向，因此海水提取硫酸钾的工艺也将不断改进，得到长足发展。

2 氯化钾和软钾镁钒二次转化生产硫酸钾的工艺原理

通过化学研究结果得知该盐湖化学特性完全满足相关工艺流程之所需，因此可通过日晒的方式提取盐田从而获得一定的软钾镁矾矿，所制取软钾镁矾矿经过氯化钠的处理后可转化成NaCl，KCl等混合物。Jk-Sc的主要组成成分为NaCI，MgSO4•.7H2O，KCI•MgCl2•6H20的DP段钾混盐Jk-sd，将这两段钾混盐矿按一定的比例充分混合均匀后从而可得混矿Sh。倘若将此种化学物质直接与水作用即可得到饱和的氯化钠溶液以及一定量的软钾镁钒，通过相关公式计算可使钾元素的回收率达到38.31%，假设利用高温等将溶液中的氯化钠彻底去除溶液中氯化钾的含量可达27.65%，这种现象会造成钾元素的缺失，因此通过综合权衡将Sh盐采取两次冷分解方式进行试验，首次冷分解主要是将Sh盐分解到D点，以便于将溶液中多余的氯化镁除去，减少其对反应物的影响；第二次冷冻分解是将FS盐分解到对NaCl刚饱和的Sl点得到高品位的软钾镁钒Pic，在第二阶段钾离子的回收率达到70%，综合比对两次分解钾离子的总回收率为61%，研究人员通过深入研究发现若将第二阶段分解的母液重新利用则可大大增强钾离子的回效率，而且还能节省一定的生产成本。具体的工艺流程见图1所示。

图1 钾混盐加工制取K2SO4的工艺流程

3 氯化钾和软钾镁钒二次转化生产硫酸钾的工艺实验过程

3.1原料及方法

（1）原料的有效选取。在实际生产中JksC是C段钾混盐，Jksd是D段钾混盐，将两者相混合可得Sh。（2）方法：将事先混合均匀的原料注入三颈瓶中并放置于常温环境中，根据相关要求采取有效的措施进行分解。

3.2软钾镁钒二次转化试验

3.2.1第一段冷分解试验

本阶段主要是将钾盐中的氯化镁彻底除去。（1）加水量试验。加水量试验主要分为两个阶段进行，第一阶段加水量为计算加水量，第二阶段加水量则主要是为了提高钾离子的回收率而进行的，通过多次试验所获取的数据可知加水量若少于计算加水量一定数值时钾离子的回收率可到达最大化，这时母液液相点的位置与计算点D的实际位置基本吻合，而且最终分解所获取的氯化钠含量要明显少于第一阶段固相氯化钠的含量，经过综合分析与比对得知加水量达到计算水量的九成左右时钾离子提取率是最优的。（2）冷分解时间试验。若冷分解时间为半小时那么钾离子的回收率与实际理论值基本相吻合，从中可知此状态下钾离子的浪费现象不明显，分解固相中氯化钠含量也处于较低的浓度状态，通过多次试验比对可知第一阶段冷分解时间控制在半小时效果最佳。

3.2.2第二段冷分解试验

这一段冷分解主要是为了分离出第一段FS盐中的NaCI，但是要在得到的混合矿物质能够符合制取另一物质的前提下，尽可能的减少K的消耗，增加K收率。（1）加水量实验。加水量实验的主要意义是首先保证软钾镁钒中氯化钠的含量不超过总含量的7%，降低加水量，从而最大化的提高K的收率，因此，为达到这一目标，使加水量远远大于计算量的百分率时，即加水量处于最佳状态，此时k收率达到最高，就能将氯化钠的含量控制在7%以下。（2）冷分解时间试验。通过分析冷分解试验对固相氯化钠含量为0.9%的要求，以及探索高台盐湖盐田制取钾工艺原理，可得出这段冷分解的最佳时间为一小时，这种情况下，分解的钾混盐矿的物理化学性质都相对稳定，使氯化钠吸附量增加，方便去除，从而得到更高质量的软钾镁钒。

3.2.3第二段冷分解母液的循环利用

首先将Sh盐加水分解到软钾镁矾析出对氯化钠处于饱和状态的Ln点，从而制得循环母液Ln，紧接着将Sh盐先分解到D点，可得到固相FS，FS与Ln相互融合后可将体系点进行适当调整，最终回到Sh，从而使得Ln不断循环使用，通过多次反应后排到盐田的就是D点母液，这种方式钾收率可到87%。倘若在制取中氯化钠含量过多则会影响Ln点的母液，不能进行循环利用，造成资源的无故浪费。如果FS的钠离子指数高，则钾离子和Ln混合后的Sh其Na指数为M点，通过作图法此Sh点再加水分解到NaCl刚饱和时的液相点Ln向Sh方向移动，通过不断的循环往复最终使相关溶液与Sh相互交融。

3.3氯化钾和软钾镁钒二次转化生产硫酸钾试验

在氯化钾和软钾镁钒二次转化生产硫酸钾试验中，将SO2--H2O，K+，Mg2+//Cl-进行相互匹配从而计算各个材料的用量，并且其是在55摄氏度转化半小时，然后将其冷却到25摄氏度进行分离，得到硫酸钾的湿度含量大于百分之九十以上，钾的容量大于百分之六十四。通过上面的分析，其通过盐湖晶间卤水进行日晒的到钾矿，并加工得到硫酸钾，并且这种方式在技术上是可实行的。它也代表了世界上盐化工业制钾的一种大趋势，通过盐田得到钾，然后进行工业生产，此方法适合大量生产操作，不会受到环境方面的影响，适应能力强，操作简单，得到的硫酸钾含量高。

4 结束语

综上所述，我国应该因地制宜，采用适合我国的生产工艺，解决K2SO2的供需矛盾，根据我国实际发展现状生产制造硫酸钾，从而提高经济效益。目前比较成熟的工业生产方式是通过软钾镁钒进行二次转化来制造硫酸钾，其特点就是去除了以往对动力消耗特别大的磨矿程序，制造过程不添加氯化钾，节约了资源，从而降低了生产成本，其是在常温常压下进行的，并且操作简单，对原料有很好的适应性，得到的质量也相对较高。并且我们应该在成熟的制造工艺的基础上进行改造创新，降低资源的利用率，最大限度地提高硫酸钾的生产效率，从而增强我国相关行业的核心竞争力。

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Study and Analysis on the Process of Potassium Sulfate Production by Two Times of Potassium Chloride and Potassium Magnesium Vanadium

Qin Zhaoming
（SDIC Xinjiang Lop Nor Salt Co.Ltd. the Xinjiang Uygur Autonomous Region ，Hami 839000，China）

Abstract:Magnesium Sulfate method is widely used in chemical industry， especially in the United States， Germany， Canada and other countries. The method of the first step is to generate soft potassium magnesium sulfate， and then the soft leonite into the aqueous medium，after treatment of sodium chloride and potassium sulfate. But now China salt industry development status of known bitter bittern of magnesium sulfate waste phenomenon is serious， in order to improve the production efficiency of magnesium sulfate method， only the optimization of process flow， improve the mode of production. Based on this， this paper mainly aimed at the process of potassium chloride and potassium and magnesium two transformation of the production of potassium sulfate.

Key words:potassium chloride； potassium magnesium； two transformation； potassium sulfate

作者简介：秦兆明（1983-），男，四川南充人，大专，助理工程师；研究方向：硫酸镁亚型卤水制取硫酸钾。