不純凈軟鉀鎂釩制取硫酸鉀的工藝探討

韓秀珍

（國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司 新疆維吾爾自治區(qū) 哈密市839000）

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不純凈軟鉀鎂釩制取硫酸鉀的工藝探討

韓秀珍

（國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司 新疆維吾爾自治區(qū) 哈密市839000）

摘 要：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所使用的眾多肥料中硫酸鉀是一種優(yōu)質(zhì)肥料，它不僅可提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，而且從經(jīng)濟方面考慮也較為實用，對我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到了一定的促進作用。然而我國鉀鹽含量較少，難以滿足實際生產(chǎn)所需，所以探索一種高效的硫酸鉀合成工藝很關(guān)鍵。通過對不純凈軟鉀鎂釩制取硫酸鉀的具體工藝的分析，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了可靠的保障。

關(guān)鍵詞：不純凈軟鉀鎂釩；硫酸鉀；制??；工藝

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為了促進農(nóng)作物的健康成長，農(nóng)民朋友會根據(jù)作物生長情況噴施一定的肥料，鉀肥是農(nóng)作物生長過程中不可或缺的肥料，更是農(nóng)作物所需硫化物的主要補充來源。與硝酸鉀相比較而言硫酸鉀是一種重要的無氯優(yōu)質(zhì)鉀肥，而且在價格上也較為經(jīng)濟實惠，硫酸鉀肥不僅能提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，而且還能與很多肥料進行混合使用，增強肥效，受到了很多農(nóng)民朋友的青睞。雖然我國硫酸鉀行業(yè)發(fā)展較為緩慢，但不管從生產(chǎn)工藝流程方面亦或是生產(chǎn)基地建設(shè)上均已取得了顯著的成績，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了可靠的保障。因此，重點對不純凈軟鉀鎂帆制取硫酸鉀的工藝流程進行了分析。

1 硫酸鉀生產(chǎn)工藝的現(xiàn)狀

縱觀當(dāng)前各大生產(chǎn)廠家可發(fā)現(xiàn)硫酸鉀的生產(chǎn)方式大致可分為以下三類：一是提取于地下鹵水或硫酸鹽型海湖型鹵水中，總產(chǎn)量占到十成左右；二是使用天然硫酸鉀礦石提取而來；三是通過含硫酸類物質(zhì)與氯化鉀混合轉(zhuǎn)化而來的，在生產(chǎn)實際中大多采取此種方式進行制取。

2 不純凈軟鉀鎂釩制取硫酸鉀的原理

鉀鎂礬主要產(chǎn)自鹽湖地區(qū)，它主要與石鹽、鉀芒硝等物質(zhì)共生。在實際生產(chǎn)中制備硫酸鉀的工藝流程首先是通過石鹽池曬出氯化鈉后從而制得鉀鹽鎂礬混合物，接著通過浮選法獲取軟甲鎂礬的純凈物。天然軟甲鎂礬可依據(jù)K+ , Mg2+// S042-，Cl--H2O的四元體系為基礎(chǔ)，通過將軟甲鎂礬與氯化鉀進行中和反應(yīng)后分解制得硫酸鉀物質(zhì)。

3 在實驗室條件下制取硫酸鉀工藝分析

在實驗研究中制取硫酸鉀的主要方式是通過無雜質(zhì)的軟鉀鎂釩與氯化鉀混合制得。軟鉀鎂釩中一般混有一些雜質(zhì)，若在制取中沒有將雜志徹底清除則所制取的硫酸鉀純度不夠，影響其使用效果，因此應(yīng)采取相應(yīng)的措施盡可能地提取純凈的軟鉀鎂釩。具有可溶性雜質(zhì)的軟鉀鎂釩于氯化鉀轉(zhuǎn)化方程式表示如下：

為了獲取純度較高的硫酸鉀，在制取硫酸鉀中可通過可溶性鹽的溶解使溶液處于飽和狀態(tài)，經(jīng)過化學(xué)變化結(jié)晶后形成的硫酸鉀純度最高。通過對硫酸鉀制取過程的分析，尋求有效的解決措施以提高硫酸鉀的制取效率，先對具體過程進行如下描述：氯化鈉含量的高低直接關(guān)系著轉(zhuǎn)化過程的效率。通常情況下，氯化鈉含量較高時經(jīng)不純凈軟甲鎂礬與氯化鈉中和反應(yīng)轉(zhuǎn)化形成的鉀收率越低，相反地氯化鈉含量越低則轉(zhuǎn)化鉀收率則越高。當(dāng)氯化鈉的含量占到總含量的一半時鉀收率趨向于0。除此之外，光鹵石原礦中氯化鈉含量的高低也會影響氯化鉀的提取含量，其對分解過程的作用為：通過一系列的化學(xué)作用將雜質(zhì)鎂離子溶于液相中，而氯化鉀則以固相形式直接進入下一流程加工中，當(dāng)氯化鈉含量越高，其鉀收率越低，因此應(yīng)根據(jù)具體的情況有效降低分解溫度以及氯化鈉含量，促使氯化鈉處于粗顆粒狀態(tài)后繼而進行后續(xù)環(huán)節(jié)，從而有效降低分解槽的使用數(shù)量，最大限度地減少分解時間，提高鉀收率。

4 不純凈軟鉀鎂釩制取硫酸鉀工藝分析

4.1 可溶性雜質(zhì)的除去

含可溶性雜質(zhì)的軟鉀鎂礬與氯化鉀復(fù)分解的轉(zhuǎn)化過程表示如下：

在實際生產(chǎn)中硫酸鉀固相的純度越高，可利用率也會越高，為了有效減少雜質(zhì)的含量，可將物質(zhì)溶于溶液中使?jié)舛忍幱陲柡蜖顟B(tài)。

4.1.1 軟鉀鎂礬中氯化鈉含量時轉(zhuǎn)化過程的影響

在實際生產(chǎn)中若氯化鈉中含有較多的雜質(zhì)，則一方面會使得轉(zhuǎn)化效率較低，另一方面也會影響硫酸鉀制備的純度，降低其使用效能。經(jīng)過相關(guān)實驗與研究得知當(dāng)氯化鈉的含量達到總含量的7.9%時經(jīng)過相關(guān)化學(xué)轉(zhuǎn)化后所制得母液與KCL、K2SO4、K2SO4·MgS04·6H20三固相處于平衡狀態(tài)；而當(dāng)氯化鈉的含量超過7.9%時經(jīng)過相關(guān)化學(xué)轉(zhuǎn)化后所制得母液與KCL、K2SO4、K2SO4·MgS04·6H20三相處于溶解平衡狀態(tài)，通過對兩者的溶解度進行對比分析后可發(fā)現(xiàn)若采取前者方式則轉(zhuǎn)化效率較高，氯化鈉含量過高時則轉(zhuǎn)化率偏低，當(dāng)氯化鈉含量超過一定范圍時轉(zhuǎn)化率可降為零。簡而言之若軟甲鎂礬中氯化鈉的含量超過一定量時，即便加入適量的氯化鉀與水形成溶液后，轉(zhuǎn)化所形成的硫酸鉀也全部溶解于液相中，實際生產(chǎn)中并未獲取到硫酸鉀產(chǎn)品。如下圖1所示。

圖1

4.1.2 軟鉀鎂礬中 Mg2S04·7H20含量對轉(zhuǎn)化過程的影響

在實際生產(chǎn)中若不純凈軟甲鎂礬中Mg2S04·7H20含量不斷增加,則與之相對應(yīng)的氯化鉀和水的加入量也會呈明顯增多趨勢,最終導(dǎo)致K2SO4產(chǎn)量和鉀收率都變低，原因在于不純凈軟鉀鎂礬中的Mg2S04·7H20與氯化鉀轉(zhuǎn)化生產(chǎn)硫酸鉀等同于用純凈Mg2S04·7H20與氯化鉀一步法轉(zhuǎn)化制硫酸鉀,造成鉀收率低也是理所應(yīng)當(dāng)?shù)摹?/p>

4.1.3 配料比變化對轉(zhuǎn)化過程的影響

通過上述分析可知鉀收率的效率與軟甲鎂礬中氯化鈉的含量有著密不可分的聯(lián)系。要想提高鉀收率最為有效的方式是通過配料的有效調(diào)整，從原料的組成方式以及操作上進行改進可增強實際轉(zhuǎn)化率。具體可從以下兩方面影響因素進行分析：（1）氯化鉀加入量對轉(zhuǎn)化過程鉀收率的影響：倘若在實際生產(chǎn)中氯化鉀的攝入量不充分，則會存在部分軟甲鎂礬沒有轉(zhuǎn)化到溶液中，影響轉(zhuǎn)化效率，而若攝入的氯化鉀含量超過相關(guān)要求時則會導(dǎo)致氯化鉀溶于母液中，沒有進行充分利用造成資源的浪費。因此只有氯化鉀的攝入量處于最佳狀態(tài)才能確保鉀收率的最大化。氯化鉀的用量多少應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實際所需進行適當(dāng)調(diào)整，以此提高鉀收率，為企業(yè)創(chuàng)造較高的價值。（2）加水量對轉(zhuǎn)化過程鉀收率的影響：在進行軟甲鎂礬的轉(zhuǎn)化過程中要根據(jù)氯化鉀的實際加入量確定水量多少，這樣才能提高鉀收率最大化。通過認(rèn)真、全面的分析后可知隨著水量的不斷增多，鉀收率會逐漸降低，但降低的幅度不是很大。比如對含4%NaCL和4%Mg2S04·7H20的軟鉀鎂礬進行研究發(fā)現(xiàn)鉀收率相對百分比分別為100、98.70、97.39、96.07、94.76,從中可看出即便多加入了一定量的水，鉀收率與實際值相比較降低幅度也不是很明顯，但若多加入10%的水則會使水中溶解的氯化鈉含量明顯增多，從而有助于軟甲鎂礬的徹底轉(zhuǎn)化。綜上所述加入10%的水量可提高轉(zhuǎn)化率，促進氯化鈉的有效溶解，獲取更多的氯化鉀，增強生產(chǎn)的成效性。

4.2 不溶性雜質(zhì)的除去

倘若在不純凈的軟鉀鎂礬中混入一定量的石膏或者泥砂，則會使溶解度處于很低的水平，物質(zhì)將處于固相狀態(tài)并以雜質(zhì)的形式存在于硫酸鉀中，從而影響物質(zhì)的屬性，因此在轉(zhuǎn)化中應(yīng)盡可能地將其除去。軟鉀鎂礬在轉(zhuǎn)化中需加入一定量的水，所以針對水能否溶解軟鉀鎂礬中的雜質(zhì)繼而采取沉降或者過濾方式去除不溶物的方式值得借鑒?，F(xiàn)以100g含95%純凈軟鉀鎂礬和5%水不溶物的樣品為例加以說明,當(dāng)水量超過占到總體積的20%時，軟鉀鎂礬與水的比例為100:151,根據(jù)計算可知軟鉀鎂礬的含量為100g時需加水151g。倘若軟鉀鎂礬與硫酸鉀等物質(zhì)在水中得以全部溶解，那么溶液中硫酸鉀的含量可達16.71%,硫酸鎂為11.54%,從K2SO4-MgS04-H20三元體系溶解度數(shù)據(jù)可以看出,隨著溫度的升高，硫酸鉀與硫酸鎂的溶解度都呈現(xiàn)上升的趨勢。當(dāng)溫度上升到80℃時,硫酸鉀和硫酸鎂的溶解度分別達到16.9%和12.0%。換句話說若將含水5%、質(zhì)量100g的軟鉀鎂礬加入到151g水中，當(dāng)溫度達到一定程度時軟鉀鎂礬中的雜質(zhì)可全部溶解，這時可通過實際需求采取沉降或者過濾的方式去掉水中不溶物，并加入一定量的氯化鉀進行轉(zhuǎn)化處理，這樣最終所制得硫酸鉀將是不含任何雜質(zhì)的。在這個過程中值得注意的是一旦加入氯化鉀則反應(yīng)物料的溫度會受到一定的影響，通過一系列轉(zhuǎn)化后將其控制在一定范圍內(nèi)波動，從中也可看出雖然反應(yīng)終溫有所上升，但對鉀收率的影響幅度較小，此方法可以被采納。

5 國內(nèi)硫酸鉀產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望

隨著我國經(jīng)濟實力的不斷增強，中國的硫酸鉀產(chǎn)業(yè)也已初具規(guī)模，不管是從工藝流程的選擇上亦或是設(shè)備選擇中都已達到領(lǐng)先水平，對我國農(nóng)業(yè)的長久發(fā)展也起到了一定的促進作用。近些年來隨著國際競爭的日益激烈，硫酸鉀產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路也變得日益嚴(yán)峻，為了使企業(yè)得以長久發(fā)展，只有不斷改進技術(shù)理念，在設(shè)備的選擇上要合理有效，加大副產(chǎn)品的開發(fā)力度，在資金有限的基礎(chǔ)上擴大經(jīng)濟規(guī)模。國家相關(guān)部門應(yīng)做好監(jiān)督與管理工作，對于企業(yè)所作出的不當(dāng)行為應(yīng)進行嚴(yán)厲處置，對情況嚴(yán)重的應(yīng)令其關(guān)閉整頓，杜絕不良現(xiàn)象的發(fā)生。

6 結(jié)束語

總之，通過對K2SO4供需矛盾的狀況的了解并結(jié)合我國鉀肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢，在選擇硫酸鉀生產(chǎn)工藝中應(yīng)從以下幾點加以重視：(1)生產(chǎn)工藝的選擇應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H條件，挑選那些可獲取的生產(chǎn)原料進行加工生產(chǎn)為企業(yè)創(chuàng)造更多的價值；(2)在溫度方面應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)；(3)從環(huán)境方面應(yīng)該使用污染小并且無“三廢”的生產(chǎn)工藝；(4)在成熟工藝基礎(chǔ)上研發(fā)更加利于工業(yè)化的新工藝，以適應(yīng)未來市場經(jīng)濟的發(fā)展，加強產(chǎn)品在市場的說服力，使我國硫酸鉀的產(chǎn)量等到提升。

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Process for Preparing Potassium Sulfate From the Process of the Production of Pure Potassium and Magnesium

Han Xiuzhen
(SDIC Xinjiang Lop Nor Salt Co. Ltd. the Xinjiang Uygur Autonomous Region Hami 839000)

Abstract:many fertilizers used in agricultural production of potassium sulfate is a good fertilizer. It not only can increase agricultural production and from the economic aspect consider is also more practical, to the development of agriculture in our country to a certain role in promoting. However China's potash content is less, it is difficult to meet the needs of the actual production. Therefore, to explore an efficient potassium sulfate synthesis process is the key. Through the analysis of the specific process of pure schoenite potassium sulfate, and provide reliable guarantee for agricultural production.

Key words:non pure soft potassium magnesium; potassium sulfate; preparation; technology

作者簡介：韓秀珍（1986-），女，甘肅張掖人，本科，助理工程師，研究方向：硫酸鎂亞型鹵水制取硫酸鉀。