氯化鉀中浮選劑對硝酸鉀生產(chǎn)過程影響

張 罡，董朝領(lǐng)，馮曉蕾

(1.威海沁和實(shí)業(yè)有限公司，山東 威海 264400；2.岳陽市鉀鹽科學(xué)研究所，湖南 岳陽 414000)

1 前言

目前，我國主要采用硝酸銨與氯化鉀復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀。生產(chǎn)實(shí)踐表明，原料硝酸銨由于純度較高，主含量達(dá)到99.5%以上，對硝酸鉀生產(chǎn)過程及產(chǎn)品質(zhì)量無明顯影響，但原料氯化鉀中的雜質(zhì)對硝酸鉀生產(chǎn)過程及產(chǎn)品質(zhì)量有較大影響[1-2]。原料氯化鉀中的雜質(zhì)：一是無機(jī)鹽雜質(zhì)，主要有氯化鈉、鈣鎂鹽、硫酸鉀；二是有機(jī)雜質(zhì)，主要是生產(chǎn)氯化鉀過程中帶入氯化鉀中的浮選劑，氯化鉀生產(chǎn)工藝主要有正浮選工藝與反浮選工藝，浮選工藝不同，所用浮選劑也不同。正浮選工藝生產(chǎn)氯化鉀浮選藥劑主要有脂肪胺、松油醇、羧甲基纖維素；反浮選工藝生產(chǎn)氯化鉀浮選藥劑主要有烷基嗎啉等[3-4]。

原料氯化鉀中的無機(jī)鹽雜質(zhì)氯化鈉、鈣鎂鹽、硫酸鉀在生產(chǎn)工藝系統(tǒng)積累到一定程度，會(huì)進(jìn)入產(chǎn)品硝酸鉀中影響硝酸鉀質(zhì)量，增強(qiáng)吸濕性。如硫酸鉀含量過高則會(huì)降低光學(xué)玻璃的透明度；氯化鈉含量過高會(huì)增強(qiáng)吸濕性；鈣鎂鹽含量過高則會(huì)使生產(chǎn)過程母液蒸發(fā)困難，換熱面結(jié)垢嚴(yán)重。為了得到高純度的硝酸鉀，必須對生產(chǎn)工藝中的雜質(zhì)進(jìn)行處理。

原料氯化鉀中的浮選藥劑雖然很少，但對生產(chǎn)工藝影響也很大，文章就氯化鉀中浮選劑對硝酸鉀生產(chǎn)過程影響進(jìn)行探討。

2 氯化鉀中浮選劑主要成分

2.1 正浮選工藝氯化鉀中的浮選劑主要成分

目前，我國主要從俄羅斯、加拿大、以色列、約旦、德國進(jìn)口氯化鉀，進(jìn)口氯化鉀大多是采用正浮選工藝生產(chǎn)。正浮選工藝是以浮選氯化鉀為目的的生產(chǎn)工藝，盡管各生產(chǎn)企業(yè)浮選藥劑不一致，但氯化鉀正浮選藥劑均由捕收劑、起泡劑、抑制劑組成，氯化鉀正浮選捕收劑有胺類陽離子捕收劑及烷基磺酸鈉類陰離子捕收劑兩類，典型捕收劑的有十八烷基伯胺和十二烷基伯胺。起泡劑主要有醇類、醚類、聚醇醚類、酸及皂類、酚類、砒碇類等，松油醇是工業(yè)生產(chǎn)中較為普遍采用的起泡劑。常用的抑制劑有古爾膠、糊精、羧甲基纖維素(CMC)等天然抑制劑和KC-MF抑制劑、SL抑制劑等合成抑制劑[5-6]。

2.2 反浮選工藝氯化鉀中的浮選劑主要成分

目前，我國主要采用反浮選工藝生產(chǎn)氯化鉀，反浮選工藝是以浮選氯化鈉為目的的生產(chǎn)工藝，通過浮選藥劑使氯化鈉盡可能與光鹵石分離，獲得高品質(zhì)的低鈉光鹵石，再進(jìn)行分解結(jié)晶制得氯化鉀產(chǎn)品。氯化鉀反浮選使用捕收劑主要有羧酸類、酰胺類和嗎啉類三種類型，目前，應(yīng)用最廣泛的是十二烷基嗎啉[7-8]。

3 氯化鉀浮選劑對硝酸鉀生產(chǎn)過程影響探討

3.1 浮選劑吸附不溶雜質(zhì)探討[9]

原料氯化鉀中的有機(jī)雜質(zhì)主要是氯化鉀生產(chǎn)過程中帶入的浮選藥劑，如脂肪胺、松油醇、羧甲基纖維素、十二烷基嗎啉等，這些有機(jī)雜質(zhì)中，如脂肪胺、十二烷基嗎啉都有表面活性劑作用，分子的一端具有親水性，另一端具有親油性。

在硝酸鉀生產(chǎn)過程中，溶液體系中存在水不溶物，如難溶鹽、泥砂、油污、人造纖維等, 這些物質(zhì)大都是疏水性物質(zhì)，或者這些物質(zhì)表面是疏水性的。原料氯化鉀中浮選藥劑進(jìn)入溶液中不溶物表面后，在其界面形成一親水的吸附層,使界面張力降低，其中親油基與不溶物結(jié)合，“抱成一團(tuán)”，互相融合在一起，形成外表親水的“膠團(tuán)”，各“膠團(tuán)”凝膠成膠體，形成一層漂浮物浮于溶液表面。這就是氯化鉀溶解后，溶液表面總要漂浮一層紅棕色油脂狀物的原因。

可見，投入原料氯化鉀溶解后，原料氯化鉀中的浮選劑有一部分通過吸附不溶雜質(zhì)后形成一層紅棕色油脂狀物，漂浮在溶液表面，這種紅棕色油脂狀物如果不及時(shí)處理除去，它將嚴(yán)重粘壁與堵管，還會(huì)污染硝酸鉀產(chǎn)品顏色，降低硝酸鉀產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2 浮選劑對硝酸鉀與氯化銨浮選作用探討[10-11]

正浮選法氯化鉀主要浮選劑為胺類物質(zhì)，如十八胺，其他成分主要為酯類物質(zhì)，硝酸鉀生產(chǎn)廠實(shí)踐表明，胺類浮選劑對氯化銨有浮選捕捉作用, 但它對硝酸鉀沒有浮選捕捉作用。溶液在冷卻結(jié)晶析出大量硝酸鉀與少量氯化銨過程中，硝酸鉀晶體則沉降在溶液下層，但溶液上層懸浮了厚厚一層晶體物質(zhì)，有的厚度達(dá)到1 m以上，取懸浮物質(zhì)分析，晶體物質(zhì)主要成分氯化銨，含量61.7%，其次，含硝酸鉀及水38.3%。同樣在冷卻結(jié)晶析出氯化銨過程中，溶液上層也懸浮了厚厚一層晶體物質(zhì)，晶體物質(zhì)主要成分氯化銨，含量80.2%。

這種現(xiàn)象可由表面水合理論解釋。表面水合理論認(rèn)為，可溶鹽能否被浮選主要取決于水分子和捕收劑分子在可溶鹽晶體表面的競爭吸附。依據(jù)該理論，可溶鹽晶體按照其水合情況可以分為表面水合能力較弱的鹽、表面水合能力較強(qiáng)的鹽、表面水合能力很強(qiáng)的鹽。表面水合能力較弱的鹽可以被烷基胺捕收劑浮選；水合能力較強(qiáng)的鹽可以被脂肪酸類捕收劑浮選；水合能力很強(qiáng)的鹽則無法浮選。無機(jī)鹽水合能力的強(qiáng)弱可以通過鹽的溶解熱來判定。無機(jī)鹽溶解時(shí)放熱，即溶解熱為正值，不會(huì)發(fā)生捕收劑吸附浮選；無機(jī)鹽溶解時(shí)吸熱，即溶解熱為負(fù)值，為負(fù)值時(shí)一般會(huì)發(fā)生吸附，可完成浮選。吸熱溶解熱越大，無機(jī)鹽水合能力越強(qiáng)。查文獻(xiàn)[12]可知：氯化銨溶解熱-14.21 kJ/mol；氯化鉀溶解熱-15.88 kJ/mol；硝酸銨溶解熱-26.97 kJ/mol；硝酸鉀溶解熱-34.88 kJ/mol；由于氯化銨、氯化鉀溶解熱較小，其水合能力也較小，烷基胺捕收劑吸附能力大于氯化銨、氯化鉀水合能力，故烷基胺捕收劑能捕捉浮選氯化銨與氯化鉀。而硝酸銨與硝酸鉀水合能力強(qiáng)，故烷基胺捕收劑不能捕捉浮選硝酸銨與硝酸鉀。

國產(chǎn)氯化鉀基本為反浮選法氯化鉀, 國產(chǎn)氯化鉀浮選藥劑主要成分為十八烷基嗎啉，其他成分為烷烴類、酸類和酚類，國產(chǎn)氯化鉀生產(chǎn)中，由于氯化鈉溶解熱為-2.09 kJ/mol[12]，其水合能力很小，故烷基嗎啉能捕捉浮選氯化鈉。

在硝酸鉀生產(chǎn)過程中，烷基嗎啉捕收劑吸附能力小于氯化銨與硝酸鉀水合能力，烷基嗎啉對飽和鹽水中的氯化銨晶體與硝酸鉀晶體沒有浮選作用，從而導(dǎo)致硝酸鉀晶體與氯化銨晶體均下沉，反應(yīng)溶液澄清。由于在飽和溶液中硝酸鉀晶體表面帶負(fù)電荷，氯化銨帶正電荷，硝酸鉀與氯化銨相互吸附形成混晶，使硝酸鉀和氯化銨分離更困難。可見國產(chǎn)氯化鉀不利于硝酸鉀和氯化銨分離。

4 結(jié)束語

原料氯化鉀中浮選劑對用復(fù)分解生產(chǎn)硝酸鉀與氯化銨過程有著重要影響，氯化鉀中浮選劑會(huì)吸附不溶物雜質(zhì)形成一層紅棕色油脂狀物，漂浮在溶液表面，粘壁堵塞管道，污染產(chǎn)品；脂肪胺類浮選劑還將捕捉浮選氯化銨晶體使之懸浮在溶液表面，但它對硝酸鉀沒有捕捉浮選效果；嗎啉類等其它浮選劑，它對硝酸鉀與氯化銨均沒有捕捉浮選效果。