循環(huán)蒸發(fā)—熱溶結(jié)晶生產(chǎn)氯化鉀新工藝的研究

趙根慶

［中國(guó)水電礦業(yè)（老撾）鉀鹽有限公司，老撾萬(wàn)象］

循環(huán)蒸發(fā)—熱溶結(jié)晶生產(chǎn)氯化鉀新工藝的研究

趙根慶

［中國(guó)水電礦業(yè)（老撾）鉀鹽有限公司，老撾萬(wàn)象］

為了解決偏鉀石鹽型鉀鹽礦在平原地區(qū)采用旱采法生產(chǎn)氯化鉀存在的尾鹽、廢水無(wú)法處理的問(wèn)題，提出了一種采用循環(huán)蒸發(fā)—熱溶結(jié)晶法生產(chǎn)氯化鉀的新工藝。通過(guò)理論分析和實(shí)際試驗(yàn)，對(duì)采用該法生產(chǎn)氯化鉀的工藝路線、控制指標(biāo)、主要設(shè)備選型進(jìn)行了研究，取得了工程化階段可以生產(chǎn)出高質(zhì)量氯化鉀的工藝設(shè)備條件，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，已生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品。該法成為國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)高品質(zhì)氯化鉀的最新工藝。

氯化鉀；循環(huán)蒸發(fā)—熱溶結(jié)晶法；設(shè)備選型

老撾萬(wàn)象平原蘊(yùn)藏了大量的氯化鉀資源，根據(jù)勘探資料，靠近萬(wàn)象市區(qū)的塔貢礦段礦層的化學(xué)組分主要為KCl、NaCl、MgCl2等。其中w（KCl）為9.7％～23.88％，平均為18.28％；w（NaCl）為24.18％～74.52％，平均為32.11％；w（MgCl2）為16.31％～25.86％，平均為21.47％。由于該礦區(qū)離城市較近，環(huán)保要求高，采用何種工藝開(kāi)采和生產(chǎn)氯化鉀產(chǎn)品對(duì)企業(yè)能否生存和發(fā)展至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)采用旱采加浮選生產(chǎn)氯化鉀的工藝比較普遍，而采用水采法獲得鹵水再用富鉀鹵水生產(chǎn)氯化鉀的工藝較少。筆者重點(diǎn)研究一種用偏鉀石鹽型鹵水生產(chǎn)氯化鉀的新工藝，此工藝的應(yīng)用已經(jīng)生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的氯化鉀產(chǎn)品，目前此工藝在國(guó)內(nèi)外的氯化鉀生產(chǎn)行業(yè)鮮有介紹。根據(jù)Na-K-Mg-Cl系相圖分析，鹵水蒸發(fā)后首先析出氯化鈉；再進(jìn)一步蒸發(fā)進(jìn)入NaCl、KCl共飽和區(qū)，同時(shí)析出NaCl、KCl；繼續(xù)蒸發(fā)進(jìn)入KCl、NaCl、MgCl2共飽和區(qū)，同時(shí)析出KCl、NaCl、MgCl2。根據(jù)原料特性，設(shè)計(jì)的工藝路線是：原鹵經(jīng)循環(huán)蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶后先分離NaCl，待蒸發(fā)液進(jìn)入NaCl、KCl共飽和區(qū)時(shí)進(jìn)行鉀石鹽分離，分離后的高鎂母液送礦山用于鹵水回采，分離后的固體鉀石鹽進(jìn)行熱溶，NaCl固體被分離出來(lái)，液體經(jīng)冷卻結(jié)晶后析出KCl，KCl被分離出來(lái)，固體氯化鈉和氯化鉀經(jīng)洗滌、干燥后成為產(chǎn)品出售。工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

1 工藝路線選擇

采用水采法生產(chǎn)的鹵水成分為：ρ（KCl）為55～75g/L、ρ（NaCl）為160～220 g/L、ρ（MgCl2）為70～90 g/L。

圖1 工藝流程示意圖

2 工藝指標(biāo)的確定

循環(huán)蒸發(fā)—熱溶結(jié)晶法生產(chǎn)氯化鉀工藝的主要控制指標(biāo)有鹵水蒸發(fā)溫度、鉀石鹽析出濃度、鉀石鹽熱溶溫度、氯化鉀冷卻結(jié)晶溫度。

2.1 鹵水蒸發(fā)溫度

根據(jù)原鹵成分，經(jīng)Na-K-Mg-Cl系相圖分析結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，蒸發(fā)器加熱室液體溫度控制在110～132℃。

2.2 鉀石鹽析出濃度

原鹵經(jīng)循環(huán)蒸發(fā)析出NaCl后，母液中KCl、MgCl2濃度進(jìn)一步提升。經(jīng)試驗(yàn)，蒸發(fā)冷卻結(jié)晶后母液（50℃）濃度控制在ρ（MgCl2）≥138 g/L、ρ（KCl）≥146 g/L時(shí)鉀石鹽析出。

2.3 鉀石鹽熱溶溫度

鉀石鹽溶解過(guò)程中，NaCl隨溫度的升高溶解度變化較小，而KCl則隨溫度的升高溶解度大幅度增加。根據(jù)試驗(yàn)，鉀石鹽熱溶溫度控制在85～95℃可以確保KCl充分溶解，而NaCl可以成固體狀態(tài)分離。

2.4 氯化鉀冷卻結(jié)晶溫度

氯化鉀隨溫度的下降，溶解度大幅度降低。為了取得質(zhì)量?jī)?yōu)良的KCl產(chǎn)品，根據(jù)老撾萬(wàn)象水溫狀況，經(jīng)試驗(yàn)，氯化鉀冷卻結(jié)晶溫度控制在45～50℃，有利于KCl結(jié)晶析出，取得好的產(chǎn)品質(zhì)量。

3 主要設(shè)備的選擇

3.1 鹵水蒸發(fā)器

采用外加熱強(qiáng)制循環(huán)軸向進(jìn)料蒸發(fā)罐，該型設(shè)備管內(nèi)流速高、強(qiáng)制傳熱、生產(chǎn)強(qiáng)度大，管內(nèi)不易析出晶體，同時(shí)管內(nèi)流速高可減緩加熱管內(nèi)壁結(jié)垢。循環(huán)管內(nèi)的流速控制在2.0m/s以上，循環(huán)泵選用半懸掛式循環(huán)泵。

由于高溫鹵水具有強(qiáng)腐蝕性，因此加熱管采用φ38×1.5-6000 TA10鈦合金管，蒸發(fā)室采用TA10鈦合金復(fù)合板。

3.2 鉀石鹽分離設(shè)備

考慮到蒸發(fā)母液液相MgCl2含量高、黏度大等因素，根據(jù)國(guó)內(nèi)鉀鹽行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，采用具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)部件少、轉(zhuǎn)速低、故障率低、運(yùn)行平穩(wěn)可靠等特點(diǎn)的帶式過(guò)濾機(jī)。

3.3 氯化鉀冷卻結(jié)晶器

氯化鉀冷卻結(jié)晶選用DTB型真空結(jié)晶器，該型設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）蒸發(fā)與冷卻同步進(jìn)行，效率高；2）絕熱蒸發(fā)，無(wú)需換熱，生產(chǎn)能力大；3）工藝條件易于控制，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

考慮到料液高氯根的腐蝕性，材質(zhì)采用316L復(fù)合板。

3.4 氯化鉀氯化鈉分離設(shè)備

根據(jù)國(guó)內(nèi)鹽化工行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，氯化鉀、氯化鈉結(jié)晶粒徑大于150μm，固液分離設(shè)備采用雙級(jí)臥式活塞推料離心機(jī)較為合理。該系列機(jī)型具有自動(dòng)連續(xù)操作、連續(xù)排料、生產(chǎn)能力高、對(duì)晶體不易破碎、濾餅可洗滌、產(chǎn)品水分低等優(yōu)點(diǎn)。

由于物料的腐蝕性較強(qiáng)，因此與物料接觸部件材質(zhì)選用316L不銹鋼。

4 存在問(wèn)題

循環(huán)蒸發(fā)—熱溶結(jié)晶法氯化鉀生產(chǎn)工藝是偏鉀石鹽型鹵水生產(chǎn)氯化鉀的最先進(jìn)工藝，它適用于環(huán)保要求高、無(wú)污染物排放的水采法生產(chǎn)氯化鉀的加工。但工程設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注如下問(wèn)題：一是，合理的熱量平衡是降低制造成本的關(guān)鍵。能最大限度地利用蒸汽余熱，降低燃料消耗，關(guān)系到產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。因此在工程設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)熱能的合理利用仍需要做精細(xì)的研究；二是，適度的裝置能力與企業(yè)投資規(guī)模、運(yùn)輸能力、人工成本、銷(xiāo)售成本等方面緊密聯(lián)系，目前仍需要深入研究，以確定裝置規(guī)模的經(jīng)濟(jì)合理性，以便將技術(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變成成本優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

采用循環(huán)蒸發(fā)—熱溶結(jié)晶法工藝生產(chǎn)氯化鉀是目前國(guó)內(nèi)外最新工藝，解決了偏鉀石鹽型鉀礦在平原地區(qū)采用旱采法生產(chǎn)氯化鉀存在的尾鹽、廢水無(wú)法處理的問(wèn)題，其生產(chǎn)的氯化鉀達(dá)到工業(yè)優(yōu)等品水平，具有較高的技術(shù)含量。如能在設(shè)計(jì)時(shí)做好合理的熱量平衡和選擇適度的投資規(guī)模，可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

聯(lián)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

趙根慶（1965—），男，高級(jí)工程師，工程碩士，從事鹽化工生產(chǎn)技術(shù)管理和科研工作，已發(fā)表論文20余篇。