循环蒸发—热溶结晶生产氯化钾新工艺的研究

赵根庆

［中国水电矿业（老挝）钾盐有限公司，老挝万象］

循环蒸发—热溶结晶生产氯化钾新工艺的研究

赵根庆

［中国水电矿业（老挝）钾盐有限公司，老挝万象］

为了解决偏钾石盐型钾盐矿在平原地区采用旱采法生产氯化钾存在的尾盐、废水无法处理的问题，提出了一种采用循环蒸发—热溶结晶法生产氯化钾的新工艺。通过理论分析和实际试验，对采用该法生产氯化钾的工艺路线、控制指标、主要设备选型进行了研究，取得了工程化阶段可以生产出高质量氯化钾的工艺设备条件，经现场试验，已生产出高品质的产品。该法成为国内外生产高品质氯化钾的最新工艺。

氯化钾；循环蒸发—热溶结晶法；设备选型

老挝万象平原蕴藏了大量的氯化钾资源，根据勘探资料，靠近万象市区的塔贡矿段矿层的化学组分主要为KCl、NaCl、MgCl2等。其中w（KCl）为9.7％～23.88％，平均为18.28％；w（NaCl）为24.18％～74.52％，平均为32.11％；w（MgCl2）为16.31％～25.86％，平均为21.47％。由于该矿区离城市较近，环保要求高，采用何种工艺开采和生产氯化钾产品对企业能否生存和发展至关重要。目前国内采用旱采加浮选生产氯化钾的工艺比较普遍，而采用水采法获得卤水再用富钾卤水生产氯化钾的工艺较少。笔者重点研究一种用偏钾石盐型卤水生产氯化钾的新工艺，此工艺的应用已经生产出优质的氯化钾产品，目前此工艺在国内外的氯化钾生产行业鲜有介绍。根据Na-K-Mg-Cl系相图分析，卤水蒸发后首先析出氯化钠；再进一步蒸发进入NaCl、KCl共饱和区，同时析出NaCl、KCl；继续蒸发进入KCl、NaCl、MgCl2共饱和区，同时析出KCl、NaCl、MgCl2。根据原料特性，设计的工艺路线是：原卤经循环蒸发、冷却结晶后先分离NaCl，待蒸发液进入NaCl、KCl共饱和区时进行钾石盐分离，分离后的高镁母液送矿山用于卤水回采，分离后的固体钾石盐进行热溶，NaCl固体被分离出来，液体经冷却结晶后析出KCl，KCl被分离出来，固体氯化钠和氯化钾经洗涤、干燥后成为产品出售。工艺流程示意图见图1。

1 工艺路线选择

采用水采法生产的卤水成分为：ρ（KCl）为55～75g/L、ρ（NaCl）为160～220 g/L、ρ（MgCl2）为70～90 g/L。

图1 工艺流程示意图

2 工艺指标的确定

循环蒸发—热溶结晶法生产氯化钾工艺的主要控制指标有卤水蒸发温度、钾石盐析出浓度、钾石盐热溶温度、氯化钾冷却结晶温度。

2.1 卤水蒸发温度

根据原卤成分，经Na-K-Mg-Cl系相图分析结合现场试验，蒸发器加热室液体温度控制在110～132℃。

2.2 钾石盐析出浓度

原卤经循环蒸发析出NaCl后，母液中KCl、MgCl2浓度进一步提升。经试验，蒸发冷却结晶后母液（50℃）浓度控制在ρ（MgCl2）≥138 g/L、ρ（KCl）≥146 g/L时钾石盐析出。

2.3 钾石盐热溶温度

钾石盐溶解过程中，NaCl随温度的升高溶解度变化较小，而KCl则随温度的升高溶解度大幅度增加。根据试验，钾石盐热溶温度控制在85～95℃可以确保KCl充分溶解，而NaCl可以成固体状态分离。

2.4 氯化钾冷却结晶温度

氯化钾随温度的下降，溶解度大幅度降低。为了取得质量优良的KCl产品，根据老挝万象水温状况，经试验，氯化钾冷却结晶温度控制在45～50℃，有利于KCl结晶析出，取得好的产品质量。

3 主要设备的选择

3.1 卤水蒸发器

采用外加热强制循环轴向进料蒸发罐，该型设备管内流速高、强制传热、生产强度大，管内不易析出晶体，同时管内流速高可减缓加热管内壁结垢。循环管内的流速控制在2.0m/s以上，循环泵选用半悬挂式循环泵。

由于高温卤水具有强腐蚀性，因此加热管采用φ38×1.5-6000 TA10钛合金管，蒸发室采用TA10钛合金复合板。

3.2 钾石盐分离设备

考虑到蒸发母液液相MgCl2含量高、黏度大等因素，根据国内钾盐行业的经验，采用具有结构简单、运转部件少、转速低、故障率低、运行平稳可靠等特点的带式过滤机。

3.3 氯化钾冷却结晶器

氯化钾冷却结晶选用DTB型真空结晶器，该型设备具有以下优点：1）蒸发与冷却同步进行，效率高；2）绝热蒸发，无需换热，生产能力大；3）工艺条件易于控制，可实现生产的自动化，产品质量稳定。

考虑到料液高氯根的腐蚀性，材质采用316L复合板。

3.4 氯化钾氯化钠分离设备

根据国内盐化工行业的经验，氯化钾、氯化钠结晶粒径大于150μm，固液分离设备采用双级卧式活塞推料离心机较为合理。该系列机型具有自动连续操作、连续排料、生产能力高、对晶体不易破碎、滤饼可洗涤、产品水分低等优点。

由于物料的腐蚀性较强，因此与物料接触部件材质选用316L不锈钢。

4 存在问题

循环蒸发—热溶结晶法氯化钾生产工艺是偏钾石盐型卤水生产氯化钾的最先进工艺，它适用于环保要求高、无污染物排放的水采法生产氯化钾的加工。但工程设计中需要重点关注如下问题：一是，合理的热量平衡是降低制造成本的关键。能最大限度地利用蒸汽余热，降低燃料消耗，关系到产品的竞争力。因此在工程设计时，对热能的合理利用仍需要做精细的研究；二是，适度的装置能力与企业投资规模、运输能力、人工成本、销售成本等方面紧密联系，目前仍需要深入研究，以确定装置规模的经济合理性，以便将技术优势转变成成本优势。

5 结语

采用循环蒸发—热溶结晶法工艺生产氯化钾是目前国内外最新工艺，解决了偏钾石盐型钾矿在平原地区采用旱采法生产氯化钾存在的尾盐、废水无法处理的问题，其生产的氯化钾达到工业优等品水平，具有较高的技术含量。如能在设计时做好合理的热量平衡和选择适度的投资规模，可以取得良好的经济效益。

联系方式：1040753984@qq.com

Research on new technology of potassium chloride produced by cycle evaporation and hot-melt crystallization

Zhao Genqing
（SinohydroMining（Lao）Co.，Ltd.，Vientiane，Laos）

The tailsaltandwastewater in potassium chloride productionwith dryingminingmethod in the sylvine potashmine in the plain areawere unable to dealwith.In order to solve this problem，a new cycle evaporation and hot-melt crystallization method to produce potassium chloridewas proposed.The process route，control indicators，and selection ofmain equipment were studied through theoretical analysis and practical experiment.Process and equipment conditionswhich could produce high quality potassium chloride productswere achieved in engineering stage.Through the field test，high quality productshad been produced.Thismethod willbecome a new technology for the production ofhigh quality potassium chloride in China and abroad.

potassium chloride；cycleevaporation and hot-meltcrystallization；equipmentselection

TQ131.13

A

1006-4990（2014）10-0053-02

2014-04-20

赵根庆（1965—），男，高级工程师，工程硕士，从事盐化工生产技术管理和科研工作，已发表论文20余篇。