“冷分解—正浮选”5万t/a氯化钾的工艺技术研究

2020-06-26贾生学

盐科学与化工 2020年5期

贾生学

(青海盐湖工业股份有限公司，青海格尔木 816099)

1 前言

我国作为农业大国，钾肥是农业三大肥料之一，对绝大多数作物都有增产效果。钾资源主要分布在青海省察尔汗盐湖，储量约占全国的97%，其表面储量约1.45亿t，工业储量达0.97亿t，大规模地开发该盐湖生产氯化钾，不但可以缓解国内钾肥市场的供需矛盾，同时可以节省大量外汇。目前，国内盐田生产氯化钾的主要方法有正浮选法、反浮选法及兑卤法。而“冷分解—正浮选—洗涤法”是其中的一种传统工艺。该法生产氯化钾的历史从20世纪30年代开始，因其工艺过程自始至终在常温下进行，工艺条件温和，所以几十年来得到了长足的发展。立足本国的钾盐资源，因地制宜，寻求好的氯化钾生产方法是很有意义的。

研究只考虑生产单一氯化钾产品，按照研究确定的生产工艺，5万t/a氯化钾，生产出的成品氯化钾质量大于93%。

2 研究原理

(1)光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)是一种能稳定存在于很大温度范围内(-21 ℃～167.65 ℃)的复盐，其溶于水时的反应主要为：

不同温度下NaCl、KCl、MgCl2的溶解度见表1。

从表1可知，氯化镁在10 ℃低温下的溶解度为53.50%，在100℃的热水中为72.70%，而氯化钠在同温冷水中为35.70%，在同温热水中为39.20%；氯化钾在同温冷水中为31.30%，在同温热水中为56.20%。可见，常温下光卤石中氯化镁的溶解度随着温度升高而增大，且比氯化钠、氯化钾在同温度下的溶解度都大得多，氯化钠和氯化钾在冷水中的溶解度相近，在温度升高时氯化钾的溶解度急剧增加，氯化钠的溶解度则增加甚微。

表1 不同温度下KCl、NaCl与MgCl2的溶解度Tab.1 Solubility of KCl, NaCl and MgCl2 at different temperatures

因此，加工光卤石的原理基于以下两点：KCl与MgCl2的溶解度小得多；饱和光卤石的溶液中MgCl2/KCl (摩尔比)值远大于1。

(2)冷分解—正浮选。用淡水将光卤石矿冷分解，使氯化镁进入溶液，然后在高镁母液的介质中，以盐酸十八胺做捕收剂，二号油做起泡剂，对分解料浆进行浮选，得到的精矿过滤后，用少量淡水洗去氯化钠，所得产品纯度可达尾盐中的氯化钾含量小于3%。

(3)正浮选法生产氯化钾的主要优点：工艺可靠。由于该工艺的开发与研究较早，经过多年来的不断完善，工艺流程已趋于成熟；工艺流程简单。“冷分解—浮选法”工艺主要可以分两步：一是光卤石的冷分解；二是分解料浆的浮选。以盐酸十八胺作捕收剂，二号油作气泡剂浮选出氯化钾，实现氯化钾与氯化钠分离，所得粗钾产品再经洗涤、干燥即得氯化钾产品。

3 生产流程介绍

用“冷分解—正浮选”生产氯化钾可分为冷分解、浮选及分离、真空过滤、洗涤、离心分离、干燥及产品包装等六个工序。

经过相图分析(见图1)，可以得到含钠光卤石为原料制取氯化钾的原则流程。运用相图知识以“冷分解—正浮选”制取氯化钾的生产过程进行分析。原料含钠光卤石组成见表2。

表2 原料含钠光卤石的组成Tab.2 Composition of carnallite containing sodium in raw material %

将原料含钠光卤石系统组成点标绘在图中为M(M0)，显然从相图中可以知道原料M(M0)是由大量的含钠光卤石R(R′)固相与其共饱F(F′)的共饱液所组成，整个工艺流程可用相图分为七个阶段。

图1 冷分解—正浮选在该工艺中的相图分析—Na+、K+、Mg2+∥Cl-—H2O(25 ℃)四元水盐体系相图Fig.1 Phase diagram analysis of cold decompositive positive flotation in this process-phase diagram of Na+, K+,Mg2+∥Cl-—H2O(25 ℃)

第一阶段，原料M(M0)加水恰好完全分解(简称冷分解)。若对原料M(M0)加水使其中Car的恰好完全分解，则在干基图上，先是固相点从R运行到Q点，与之相对应的液相点从F运行到E点，系统点在M点不变；在水图上，先是固相点由R′运行到Q′，液相点由F′运行到E′，系统点由M0运行到点M1；继而固相点由Q′运行到H′，而液相点在E′不动，系统点由M1运行到点M2。

此阶段为第一次加水过程，加水量为恰好使原料M(M0)中的Car完全分解。

第二阶段，对钾石盐H(H′)进行浮选及对相应产物进行分离(简称浮选及分离)。经过第一阶段可以得到钾石盐H(H′)及与之对应的共饱液E(E′)，若对其进行分离，理论上可以得到钾石盐H(H′)，但是若对分离出来的钾石盐H(H′)在常温加水进行溶洗其中的NaCl，由相图分析可知，最终是得不到固相KCl，得到的是固相NaCl。又由相图分析可知，对钾石盐在常温下加水溶洗其中的NaCl可得到固相KCl。该钾石盐固相点不能处在之AD间，而只能处在BD之间，为达到此目的，使用浮选手段可以解决这个问题，浮选介质是第一阶段得到的高镁母液E(E′)，浮选药剂是盐酸十八胺及二号油。经过浮选，固相钾石盐H(H′)变成了粗钾I(I′)及尾盐J(J′)。

第四阶段，将粗钾泡沫K(K′)中的固相粗钾I(I′)与其对应的共饱液E(E′)进行分离(简称真空过滤)。寻求一种固液分离设备如转筒真空过滤机，使其对粗钾泡沫K(K′)进行固液分离。若固液分离效率能达到100%，则对K(K′)进行固液分离之后，固相为粗钾(I′)，则液相为与之对应的共饱液E(E′)，但往往转筒过滤机的分离效率达不到100%，因此假如知道转筒过滤机的分离效率时，则依此效率可在相图上找到粗钾泡沫K(K′)分离后的滤饼点N(N0)及与之对应的共饱点E(E′)，其中为K(K′)系统点。此阶段为第二次分离过程，使得滤饼N(N0)与其对应的共饱液E(E′)分离。

第五阶段，洗涤滤饼N(N0)中的NaCl (简称洗涤)。由相图分析可知，滤饼N(N0)是由粗钾I(I′)及与之对应的共饱液E(E′)所组成，当对其加适量水时，固相I(I′)则由运行至B(B′)，而液相E(E′)则由运行至O(O′)，在干基图上系统点在N0不变，在水图上系统点则由N0运行至N1。此阶段为第二次加水过程，加水量恰好使I(I′)中的NaCl溶洗尽，得到洗涤浆料N(N1) 。

第六阶段，将洗涤浆料N(N1)中的固相KClB(B′)与其对应的共饱液O(O′)进行分离(简称离心分离)。寻求一种固液分离设备如离心机，使其对洗涤浆料N(N1)进行固液分离，若是固液分离效率能达到100%，则对N(N1)进行固液分离后，固相为纯钾B(B′)，则液相为与之对应的共饱液O(O′)，但往往离心机的分离效率达不到100%，因此假如知道离心机的分离效率时，则依此效率可在相图上找到对洗涤浆料N(N1)分离后的固相精钾点P(P′)及与之对应的共饱液点O(O′)，其中N(N1)为系统点。此阶段为第三次分离过程，使得精钾P(P′)与其对应的共饱液O(O′)分离。

第七阶段，精钾在干燥设备中除去所含水分，即得到成品产品(简称干燥)。

由相图分析可知，精钾P(P′)是由纯钾B(B′)与其对应的共饱液O(O′)所组成。由于该相图是25 ℃时的相图，干燥过程的温度很高，加之干燥过程的相图分析过程比较简单，所以略去干燥阶段的相图分析过程。经过相图分析，可得出由含钠光卤石生产氯化钾的原则流程，如图2。