可溶性鉀資源生產(chǎn)氯化鉀工藝淺析

卜俊芬　湛留意　盧志斌

(化工部長沙設(shè)計研究院)

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可溶性鉀資源生產(chǎn)氯化鉀工藝淺析

卜俊芬湛留意盧志斌

(化工部長沙設(shè)計研究院)

概述了利用可溶性鉀資源生產(chǎn)氯化鉀的幾種工藝及其特點，并對形成一定生產(chǎn)規(guī)模的氯化鉀生產(chǎn)工藝做了簡述，以期為鉀資源的開發(fā)方案研究與實踐提供借鑒。

可溶性鉀資源氯化鉀生產(chǎn)工藝

鉀資源可以分為可溶性鉀資源和不可溶性固體鉀資源[1]。由于經(jīng)濟和技術(shù)等原因，不可溶性鉀資源的開發(fā)目前還處在試驗研究或者中試階段。

當(dāng)前，生產(chǎn)氯化鉀的原料主要是可溶性鉀資源，除了少量采用海水外，鉀石鹽礦、硫酸鹽鉀礦、光鹵石礦和混合鹽礦等可溶性地表地下固體鉀礦和地下鹵水是生產(chǎn)氯化鉀的主要原料[1]。

目前，國內(nèi)外從含鉀的鹵水中提取氯化鉀，首先是獲得光鹵石，再加工獲得氯化鉀。常用方法有冷分解—熱溶重結(jié)晶法，冷分解—浮選法，溶解重結(jié)晶法，反浮選—冷結(jié)晶法，冷結(jié)晶—正浮選法等。本文將淺析這幾種工藝的特點和優(yōu)缺點。

1　主要生產(chǎn)工藝分析

1.1冷分解—洗滌法

20世紀(jì)30年代，以色列開發(fā)了冷分解—洗滌工藝，從死海海水中提取了氯化鉀。該法是從液體鉀鹽礦中提鉀的較原始工藝。此工藝主要是利用日曬過程中海水的液相組成基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，容易控制不同的析鹽階段所析出鹽的種類和品位，拋棄在光鹵石剛析出階段析出的高鈉光鹵石，留下后一階段析出的光鹵石，從而獲得低鈉光鹵石。冷分解—洗滌法的主要工藝流程是通過鹽田攤曬海水后獲得低鈉光鹵石，低鈉光鹵石通過加入淡水分解后再通過分離、洗滌、干燥等工序得到產(chǎn)品氯化鉀。

1.2冷分解—正浮選工藝

以色列在20世紀(jì)50年代開發(fā)出冷分解—正浮選工藝。死海工程公司于1953年成立，并據(jù)此建成了20萬t/a氯化鉀加工廠。青海鹽湖集團于20世紀(jì)60年代采用此工藝建成了氯化鉀生產(chǎn)廠。

冷分解—浮選工藝?yán)寐然V和氯化鈉均溶于水，分解后的固相中主要是含氯化鉀和氯化鈉的混鹽，然后通過浮選獲得氯化鉀品位在70%～80%的浮選精礦，再通過攪拌洗滌除去剩余的氯化鈉和氯化鎂，干燥后產(chǎn)品中氯化鉀純度可達95%以上。

以色列開發(fā)的冷分解—正浮選法生產(chǎn)氯化鉀的工藝是以鹽田攤曬海水獲得的光鹵石為原料，加入淡水使光鹵石分解完成后，再加入捕收劑鹽酸十八胺進行浮選，浮選精礦加水洗滌，洗滌料漿脫水干燥后得到氯化鉀產(chǎn)品。

青海鹽湖集團生產(chǎn)氯化鉀的工藝流程見圖1。

圖1　青海鹽湖的冷分解—正浮選原則工藝流程

1.3熱熔結(jié)晶法[2-3]

熱熔結(jié)晶法以光鹵石經(jīng)冷分解脫鎂后得到的人造鉀石鹽為原料，用加熱到90 ℃的循環(huán)母液進行溶浸，氯化鉀全部溶解于溶液中，絕大部分以固相存在的氯化鈉經(jīng)離心分離去除；澄清后的氯化鉀飽和液經(jīng)真空冷卻結(jié)晶得到純度超過95%的成品氯化鉀，去除的氯化鈉中氯化鉀含量小于2%。

死海工程公司1964年建立的氯化鉀工廠，采用熱熔結(jié)晶法。約旦阿拉伯鉀堿公司也建立了年產(chǎn)120萬t的熱熔法工廠。該法氯化鉀回收率高，粒度粗，產(chǎn)品質(zhì)量不受光鹵石品位影響，但能耗較高，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。由于該法所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量好，在國際市場具有較強的競爭力。

1.4冷分解—結(jié)晶工藝

冷分解—結(jié)晶工藝主要通過改善光鹵石分解、結(jié)晶過程中氯化鉀的分解及結(jié)晶條件，使氯化鉀晶體顆?？稍诔叵麻L大。光鹵石分解結(jié)晶脫鎂后，加水洗滌直接得到結(jié)晶的氯化鉀產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有質(zhì)量好、能耗及成本低等優(yōu)點，是一種比較有前途的加工工藝。但光鹵石的原礦品位對氯化鉀的回收率和產(chǎn)品質(zhì)量影響顯著，低品位光鹵石礦需經(jīng)過富集處理才能采用冷結(jié)晶工藝加工。

1.5反浮選—冷結(jié)晶工藝

反浮選—冷結(jié)晶工藝[4-5]是死海工程公司1979年開發(fā)出的。該工藝中除了干燥工序，其他工序均可以在室溫下進行，因此，生產(chǎn)能耗顯著降低。青海鹽湖百萬噸項目采用了該工藝，以鹽田攤曬鹵水獲得的光鹵石礦為原料，再通過反浮選工藝去除其中粒度較細的NaCl ,得到的低鈉光鹵石NaCl含量小于6%。冷結(jié)晶在常溫下控制低鈉光鹵石的分解速度，控制液相中KCl的濃度，降低KCl成核速率，延長晶體在結(jié)晶器中的停留時間，改善了KCl結(jié)晶條件，得到粒度較粗( ≥0.2 mm) 的KCl產(chǎn)品[6]。該工藝的主要特點是產(chǎn)品質(zhì)量和回收率較高，且粒度粗，易干燥；缺點是操作控制條件比較嚴(yán)格，工藝流程也較復(fù)雜。反浮選—冷結(jié)晶原則工藝流程見圖2。

圖2　青海鹽湖集團反浮選—冷結(jié)晶原則工藝流程

1.6冷結(jié)晶—正浮選工藝

由于冷結(jié)晶技術(shù)在冷結(jié)晶—正浮選聯(lián)合流程中被采用，因而可得到粒度較粗的氯化鉀產(chǎn)品，既有利于氯化鉀的過濾和干燥，也有利于提高氯化鉀的回收率和純度。與單純的冷結(jié)晶工藝對比，對光鹵石原礦性質(zhì)的要求有所降低。冷結(jié)晶—正浮選工藝綜合了2種工藝的長處，彌補了互相的不足。雖然冷結(jié)晶—浮選聯(lián)合流程比浮選法的投資有所增加，但是該工藝節(jié)省了分離、干燥的能耗，產(chǎn)品成本也較低。該工藝主要有冷分解結(jié)晶工序、細晶消除工序、粗鉀浮選工序及精礦洗滌與干燥工序。

冷分解—浮選工藝中，原料光鹵石溶解的同時也存在著氯化鉀的結(jié)晶過程，在此過程中需要很好地控制氯化鉀的晶核形成條件，盡可能得到粒度較粗的氯化鉀晶粒，這就要求光鹵石的溶解速度不要太快，否則會導(dǎo)致液相中氯化鉀的過飽和，形成大量氯化鉀細晶。氯化鉀細晶從結(jié)晶器沉降區(qū)排出，經(jīng)洗滌和溶解工序，細晶消除，母液返回至結(jié)晶器作為光鹵石的分解液，粒度較粗部分即為粗鉀。粗鉀以長鏈脂肪胺為捕收劑，浮選得到粗鉀產(chǎn)品，經(jīng)過濾、洗滌、干燥等工序得到氯化鉀成品[7]。

2　討　論

(1)提鉀原料性質(zhì)不同，所采用的提鉀工藝應(yīng)有所差異；即便是相同的原料，提鉀工藝不同，氯化鉀產(chǎn)品的品位、回收率以及生產(chǎn)成本等自然也不同，同時，每種方法均有各自的優(yōu)缺點。

(2)冷分解—浮選法得到的氯化鉀產(chǎn)品粒度細，平均粒度為170目左右[8]，這使得離心脫水濾餅含濕量較高，增加后續(xù)干燥作業(yè)的能耗。

(3)反浮選—冷結(jié)晶工藝生產(chǎn)的氯化鉀產(chǎn)品質(zhì)量高，可以達到95%以上，結(jié)晶出的氯化鉀粒度可達0.2 mm以上[9]，但該工藝較復(fù)雜，操作較困難，氯化鉀結(jié)晶系統(tǒng)較難控制，并且對原礦的礦物特性要求較高，對原礦性質(zhì)有較強的依賴性。

(4)冷結(jié)晶—正浮選工藝優(yōu)于冷分解—正浮選工藝，克服了冷分解—正浮選工藝所得氯化鉀產(chǎn)品粒度細的缺點，使氯化鉀的質(zhì)量和回收率都有所提高，但該工藝還不完善，例如結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)形式對產(chǎn)品的影響，較大顆粒氯化鉀浮選較困難等。

(5)熱溶結(jié)晶工藝得到的氯化鉀顆粒純度高，且粒度又粗又均勻，因而可獲得純度高達98%的氯化鉀產(chǎn)品，并且鉀的回收率較高。對處理含泥沙量高的鉀石鹽地下固體礦比較有效，同時設(shè)備投資少，但是單位產(chǎn)品能耗高，設(shè)備腐蝕較嚴(yán)重，工藝操作較復(fù)雜，在能源較低廉的地區(qū)可以選擇性推廣使用。

(6)冷分解洗滌法由于工藝簡單，鉀回收率低，導(dǎo)致資源的高度浪費。因此，該工藝目前已被淘汰。

3　結(jié)　論

雖然生產(chǎn)氯化鉀的工藝多種多樣，但每種方法各有千秋，在確定生產(chǎn)工藝時，要綜合考慮資源情況，當(dāng)?shù)氐哪茉础⑺Y源情況等，以及氯化鉀生產(chǎn)過程中的其他影響因素，選用氯化鉀產(chǎn)品質(zhì)量和回收率高、生產(chǎn)成本低的工藝，充分提高鉀資源的利用率，減少鉀資源浪費。

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[2]王懿平.鹽田光鹵石生產(chǎn)氯化鉀的工藝研究[J].青海師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版[J].2000(2):23-25.

[3]張守斌.利用熱熔結(jié)晶技術(shù)生產(chǎn)鉀肥的新工藝[J].鹽業(yè)與化工，2009(6):51-52.

[4]蔡生吉,馬國華,屈亞林.用鹽湖鹵水生產(chǎn)氯化鉀反浮選冷結(jié)晶工藝流程[J].無機鹽化工，2005(5):10-11.

[5]方勒升,王慶生.反浮選—冷結(jié)晶生產(chǎn)氯化鉀工藝過程的優(yōu)化[J].無機鹽化工，2001(5)：32-33.

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[7]錢曉楊.冷結(jié)晶—浮選法由光鹵石中提氯化鉀[J].海湖鹽與化工，1995(3):17-18.

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2016-06-26)

卜俊芬(1983—)，女，工程師，碩士，410116 湖南省長沙市雨花區(qū)洞井鋪洞株路6#。