鉀鹽加工工藝及原理

1、鉀鹽加工工藝及原理 氯化鉀是鉀肥的主要品種，占到鉀肥總量的 95，其它鉀肥如硫酸鉀、硝酸鉀、碳酸鉀等都是以氯化鉀為原料制取得到，因此氯化鉀的生產(chǎn)直接影響著其它鉀肥的生產(chǎn)。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)氯化鉀的方法主要有：冷分解洗滌法、冷分解 浮選法、冷分解熱溶結(jié)晶法、反浮選冷結(jié)晶法、冷結(jié)晶正浮選法、日曬法、兌鹵法等。1.1 氯化鉀的生產(chǎn)方法 1 氯化鉀的生產(chǎn)方法及原理 依據(jù)原料含鉀資源的不同，氯化鉀的生產(chǎn)方法主要分為兩大類：一類是從固體鉀鹽礦中提取，另一類是從含鉀鹵水中加工提取，后者又分為兩種類型，一種是氯化物型含鉀鹽湖鹵水，一種是海水。以固體鉀鹽礦為主的生產(chǎn)方法主要有冷分解浮選法、冷分解熱溶結(jié)晶法等；以液

2、體鉀鹽礦(主要是鹽湖鹵水)為代表的生產(chǎn)方法主要有冷分解洗滌法、冷分解浮選法、 反浮選冷結(jié)晶法、日曬法、冷結(jié)晶正浮選法、兌 鹵速控結(jié)晶法等；另外還有以海水為主的液體礦的海鹽苦鹵兌鹵法和沸石法等。 氯化鉀的生產(chǎn)原理主要是根據(jù)相圖指導生產(chǎn)，依據(jù)各成分蒸發(fā)析出的先后順序，以及在不 同溫度下的溶解度差異，蒸發(fā)結(jié)晶后分離提取出氯化鉀。值得注意的是，固體鉀礦須借助于各種溶劑(主要是水)先把有益礦物轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤海砸合嘈问轿龀龊笤俜蛛x，但其在分離過程中也需根據(jù)相圖來指導生產(chǎn)。 1.2 氯化鉀的生產(chǎn)原理2.1 固體鉀鹽礦的主要生產(chǎn)工藝 固體鉀鹽礦的生產(chǎn)工藝主要分為冷分解浮選法工藝和冷分解熱溶結(jié)晶法工藝。 2.1.

3、1 冷分解浮選法工藝 該工藝主要適用于以鉀石鹽為原料的固體礦，其主要生產(chǎn)步驟為：先加水溶解使其分解，然后再用浮選法得到氯化鉀，其工藝過程如圖1所示。 2 主要生產(chǎn)工藝分析 2.1.2 冷分解熱溶結(jié)晶法工藝 該工藝根據(jù)光鹵石混合液中各組分隨著溫度的變化溶解度各不相同的原理，將各組分分離得到 目標產(chǎn)物氯化鉀。其工藝流程主要為光鹵石加水分解后過濾，再通過熱溶過程，過濾后濾液冷卻干燥然后得到產(chǎn)品氯化鉀。 冷分解一熱溶結(jié)晶法得到的氯化鉀產(chǎn)品粒度較大而且均勻，物理性能較好，產(chǎn)品純度高，可達到 90%以上甚至98%以上，該法鉀的回收率較高，對處理含高泥沙的鉀石鹽固體礦特別有效，且設(shè)備投資少，但是能耗大，成本

4、高，設(shè)備腐蝕嚴重，工藝操作也比較復雜，一般適合在能源較廉價的地區(qū)推廣使用。 液體鉀鹽礦的主要生產(chǎn)工藝有冷分解洗滌法、冷分解浮選法、反浮選冷結(jié)晶法、日曬法、冷結(jié)晶正浮選法、兌鹵法等。 2.2 液體鉀鹽礦的主要生產(chǎn)工藝2.2.1 冷分解洗滌法工藝 該工藝是從死海海水中提取氯化鉀的較原始工藝，20世紀 3O年代由以色列開發(fā)，主要利用海水在日曬過程中液相組成變化基本屬于穩(wěn)定平衡，容易控制不同析鹽階段所析鹽類的種類和品位，棄去在光鹵石剛析出階段的高鈉光鹵石，留下后期析出的光鹵石，從而得到制取氯化鉀的原料低鈉光 鹵石。其主要工藝流程為海水通過鹽田日曬后得到低鈉光鹵石，光鹵石再加水分解后通過分離、洗滌、 干

5、燥程序得到成品氯化鉀。 冷分解一洗滌法工藝流程簡單，但鉀的利用率極低，鹽田得到的高鈉光鹵石被遺棄，造成資源浪費，該工藝現(xiàn)已被淘汰。2.2.2 冷分解浮選法工藝 該工藝是以色列20世紀50年代開發(fā)出來的技術(shù)，1953年成立的死海工程有限公司采用本工藝建成年產(chǎn)200kt 的氯化鉀工廠。20世紀6O年代我國青海鹽湖集團所采用的冷分解浮選法工藝(中科院青海鹽湖研究所研發(fā))與以色列最初研發(fā)的工藝基本相似。 該工藝在分解過程中，氯化鎂和少量的氯化鈉也溶入水中，分解完成的固相主要是氯化鉀和氯化鈉的混鹽，浮選后所得精礦含氯化鉀在 7080，經(jīng)逆流洗滌除去其中的氯化鈉和氯化鎂，干燥后產(chǎn)品中氯化鉀純度可達95%

6、。以色列冷分解浮選法生產(chǎn)氯化鉀的主要工藝為海水通過鹽 田日曬得到光鹵石，光鹵石加水分解完全后，再加入鹽酸十八胺進行浮選 ，將浮選后的固相加水洗滌，干燥后得到成品氯化鉀。 我國的冷分解浮選法生產(chǎn)工藝如圖 2。 圖 2 中國冷分解浮選法生產(chǎn)氯化鉀工藝流程圖 冷分解一浮選法工藝生產(chǎn)氯化鉀比較節(jié)省能源，建廠投資較少，技術(shù)簡單易掌握，但是所產(chǎn)產(chǎn)品粒度較細，物理性能不好，鉀的收率較低， 一般為 50%60 % 。由于產(chǎn)品的物理性能不好， 產(chǎn)品中大于 100目的粒度僅占 10% 20 %，已不能適應(yīng)國際市場的要求，所 以該法正在逐漸被淘汰，但 由于其工藝穩(wěn)定，流程簡單，所以在我國青海察爾汗地區(qū)還有很多廠家采

7、用此法。2.2.3 反浮選冷結(jié)晶法工藝 該工藝由以色列死海工程公司于1979年開發(fā)研制。該工藝與冷分解浮選法和冷分解熱溶結(jié)晶法相比，可顯著的節(jié)省能源。工藝全部過程除干燥程序外均在室溫進行，是目前以光鹵石為原料加工制取氯化鉀的最優(yōu)工藝。其中約旦和以色列的工藝流程主要為通過死海鹽田采收以后進行篩分，粗粒的光鹵石直接進行冷結(jié)晶，細粒的光鹵石進行反浮選濃縮脫水后再進行冷結(jié)晶，冷結(jié)晶后進行篩分、濃縮脫水、洗滌脫水、干燥，然后再進行篩分得到粗粒和細粒的氯化鉀產(chǎn)品。 目前，我國察爾汗鹽湖1000k t 氯化鉀工程所采用的反浮選冷結(jié)晶工藝是在借鑒國外冷結(jié)晶技術(shù)的基礎(chǔ)上， 根據(jù)青海察爾汗鹽湖的鹽 田光鹵石的組成

8、特點， 由國內(nèi)自行開發(fā)成功的， 其技術(shù)處于國際先進水平。工藝流程如圖 3所示。 反浮選一冷結(jié)晶工藝生產(chǎn)的氯化鉀質(zhì)量高，可達95左右，且產(chǎn)品粒度粗、外觀效果好；但是其流程較為復雜，操作不易(尤其是結(jié)晶系統(tǒng))，且對原礦的要求較高，依賴性較強。2.2.4 日曬法工藝 該工藝的主要流程為抽取鹵水在鈉鹽池蒸發(fā)析 出NaC1，鹵水濃縮至光鹵石點時排人光鹵石池繼續(xù)蒸發(fā) ，析出光鹵石， 排去老 鹵；然后加淡水溶解，排入鉀鹽池進行日曬蒸發(fā)。根據(jù)鹽類析出順序 ，KC1 首先在鉀鹽池析出， 當鉀鹽池鹵水濃縮至 NaC1 飽和時，此鹵水稱為鉀石鹽點鹵水，返回到鈉鹽池 ，進行再循環(huán)。析 出的氯化鉀粒度一般在 0.2 m

9、m 以上 。 濃縮結(jié)晶路線是：首先結(jié)晶氯化鈉 ( NaCl ) ；其次結(jié)晶光鹵石( KClMgCl26H2O)；最后結(jié)晶水氯鎂石 (MgCl26H2O)，所以從這種類型的鹵水中提取氯化鉀產(chǎn)品的方法可確定為：首先抽取晶間鹵水，在鈉鹽池蒸發(fā)析出氯化鈉，鹵水濃縮至光鹵石點時排入光鹵石池繼續(xù)蒸發(fā)， 析出光鹵石，排去老鹵( 主要含MgCl2 )，然后加淡水溶解，排入鉀鹽池，進行日曬蒸發(fā)。 v根據(jù)鹽類析出順序，氯化鉀首先在鉀鹽池析出，當鉀鹽池鹵水濃縮至氯化鈉飽和時，此鹵水稱鉀石鹽點鹵水，返回到鈉鹽池，進行再循環(huán)。析出的氯化鉀粒度0.2mm， 堆集便可自然瀝去母液。圖 Na+、K+、Mg+/Cl-H2O四元

10、水鹽體系(25) 相圖晶間鹵水鈉鹽池光鹵石池光鹵石溶解鉀鹽池蒸發(fā)蒸發(fā)蒸發(fā)淡水析KCl老鹵排放析NaCl鉀石鹽點鹵水析光鹵石日曬法生產(chǎn)氯化鉀工藝流程 日曬法工藝充分利用太陽能，不加任何藥劑， 產(chǎn)品質(zhì)量好、純度高，但是受自然條件影響較大。2.2.5 冷結(jié)晶正浮選法工藝 該工藝是近期發(fā)展起來的一項新技術(shù)，它利用控制光鹵石分解體系的過飽和度，達到在常溫條件下使氯化鉀晶體顆粒長大的目的。其主要工藝流程為：光鹵石原料進入冷結(jié)晶器，并在其中分解，繼而結(jié)晶出較大顆粒的氯化鉀晶體，從沉降區(qū)排出的細晶經(jīng)洗滌、溶解后，母液返回結(jié)晶器作為分解液，粗粒部分即為粗鉀。粗鉀進入浮選系統(tǒng)，浮選后精礦加淡水洗滌、過濾、干燥、

11、得氯化鉀成品。該工藝產(chǎn)品平均粒度為 0.273 mm，純度95%左右，回收率65%左右。 冷結(jié)晶一正浮選雖然流程簡單，氯化鉀的質(zhì)量和收率較高，但工藝流程還不成熟、不完善。2.2.6 兌鹵速控結(jié)晶法工藝( 青鉀4#工藝) 該工藝是 20世紀 90年代，由我國化工部連云港設(shè)計院發(fā)明的，達到了國際水平的氯化鉀生產(chǎn)工藝，該工藝代表了我國光鹵石生產(chǎn)氯化鉀達到了擁有獨立知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)水平。 兌鹵一速控結(jié)晶法具有工藝流程簡單，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，基本建設(shè)投資省，生產(chǎn)成本低、作業(yè)回收率高，資源利用率高，無環(huán)境污染等顯著優(yōu)點，具有廣闊的前景，但是該工藝以分解母液為原料，因此其生產(chǎn)規(guī)模不能隨意擴大。2.3.1 海鹽苦鹵

12、兌鹵法生產(chǎn)氯化鉀工藝 該工藝主要根據(jù)苦鹵中含有的主要鹽類如氯化鎂、氯化鈉、硫酸鎂、氯化鉀等的溶解度隨溫度變化的規(guī)律不同，在加熱蒸發(fā)條件下，首先使氯化鈉和硫酸鎂 (以MgSO4 H2O 的形式) 析出，進行固液分離后 ，降低母液溫度，氯化鉀和氯化鎂以復鹽光鹵石的形式自母液析出，進行固液分離后便得到光鹵石，加水溶解其中的氯化鎂，則得到氯化鉀。工藝流程如圖 4 。 2.3.2 沸石法海水提取氯化鉀工藝 該工藝是以天然斜發(fā)沸石為離子交換劑，以氯化鈉為洗脫劑，通過海水中 K與沸石上的Na 的離子交換，實現(xiàn)海水鉀的富集，制得富鉀鹽水。富鉀鹽水經(jīng)蒸發(fā)析鹽、冷卻結(jié) 晶、洗滌分離及干燥等工序制取氯化鉀并聯(lián)產(chǎn)精制鹽。 工藝流程如圖 5。 而從海水中提取氯化鉀雖然工藝上可行， 但存在鹽耗高、能耗高、成本高等問題，因此要進行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)還有一定困難。 雖然目前世界上生產(chǎn)氯化鉀的方法多種多樣，但每種方法各有優(yōu)缺點，我們在