硫酸鎂亞型含鉀鹵水制取硫酸鉀溫度控制分析

方 云

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

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硫酸鎂亞型含鉀鹵水制取硫酸鉀溫度控制分析

方 云

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

摘 要：始于2000年的硫酸鉀制作工藝起源于國投新疆羅布泊鉀鹽公司，該項自主研發(fā)并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工藝技術(shù)更是在2004年獲得了我國的科技進步一等獎。下文主要針對借助羅布泊鹽湖鹵水獲取硫酸鉀的過程中，溫度變化對于不同工序產(chǎn)品所產(chǎn)生的巨大影響以及鉀的實際收益的影響作用進行分析，并針對其中存在的諸多問題形成相關(guān)應(yīng)對措施，從而對相關(guān)工藝流程進行改進，最終實現(xiàn)鉀收益的大幅提升。

關(guān)鍵詞：羅布泊鹽湖；硫酸鎂亞型含鉀鹵水；硫酸鉀；溫度

當前來說，全球使用的硫酸鉀生產(chǎn)方式極多，但是已經(jīng)形成工業(yè)化生產(chǎn)的方式主要分為以下幾種，即借助氯化鉀和各種硫酸根化合物進行反應(yīng)轉(zhuǎn)化；借助可溶性的含有鉀元素的硫酸鹽形成硫酸鉀；以鹽湖鹵水為原料制取硫酸鉀。

1 對于硫酸鎂亞型鹵水提取硫酸鉀相關(guān)方式的介紹

羅布湖地處我國新疆地區(qū)，其湖水屬于硫酸鎂亞型鹵水，該種水質(zhì)為提取硫酸鉀的最好資源，但是該地周圍環(huán)境較為惡劣，工業(yè)生產(chǎn)條件極為惡劣，因此在羅布泊地區(qū)進行硫酸鉀的生產(chǎn)不可能通過購買氯化鉀實現(xiàn)，此外該地區(qū)嚴重缺水，因此在實際生產(chǎn)過程中不能選擇當前國外流傳較為廣泛的生產(chǎn)方式?；诖耍诖诉^程中應(yīng)當充分借助羅布泊地區(qū)的鹵水制取硫酸鉀，并選擇與之相符的生產(chǎn)流程和相關(guān)工藝。國投羅鉀公司經(jīng)過將近四年的科研和實驗，基本完成了硫酸鉀生產(chǎn)流程和相關(guān)工藝水平的提升，該種工藝方式能夠極大地提升相關(guān)資源利用的基本效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，是一種值得大力推廣并具有較強創(chuàng)新性的硫酸鉀生產(chǎn)方式。其實際生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 硫酸鉀生產(chǎn)工藝流程圖

2 外界溫度變化對于生產(chǎn)體系產(chǎn)生的巨大影響

2.1 鹵水溫度變化對于礦石質(zhì)量產(chǎn)生的影響作用

一是對于鉀混鹽礦產(chǎn)生的影響。鹵水溫度變化對于鉀混鹽礦質(zhì)量產(chǎn)生的巨大影響主要出現(xiàn)在冬季時期，當鹵水整體溫度低于零下5℃時，鹵水中便會析出大量瀉利鹽，從而使得礦石中的鎂離子和硫酸根數(shù)量大大增加，但是鉀離子的含量卻急劇降低，最終使得礦石的整體品質(zhì)降低。此外，根據(jù)礦石的物理力學性質(zhì)分析，在溫度較低的冬季礦石潔凈速度相對放緩，晶體顆粒較大，礦石硬度大大提升，在實際采收時所產(chǎn)生的切割阻力和塊度都大大提升，實際作業(yè)效率低下，產(chǎn)能較低。

二是對于光鹵石礦的影響。在夏季溫度時鹵水溫度會超過30℃，此時光鹵石中的硫酸鎂和氯化鉀會出現(xiàn)部分轉(zhuǎn)移，從而形成鉀鹽鎂礬，首次影響使得光鹵石中的鎂離子含量急劇增加，最終使得礦石品位急劇下降。在此期間，光鹵石分解出的母液含量會不斷增加。此時的礦石物理力學性質(zhì)類似于鉀混鹽，在冬季時期礦石的結(jié)晶速度也會大大減小，晶體的顆粒直徑增加，礦石的硬度也產(chǎn)生較大提升，但是由于光鹵石中缺乏鉀石巖，因此相對于鉀混鹽硬度較小，因此對于水采機的實際工作效率影響較小。

2.2 光鹵石實際分解效果受到分解液溫度的實際影響

一是光鹵石的石礦溫度往往會隨著鹽田鹵水的溫度變化而產(chǎn)生變化，光鹵石在實際分解過程中受到的影響主要體現(xiàn)在以下幾點：一是在溫度較高的夏季受到分解液溫度較高影響，在實際分解過程中氯化鉀和硫酸鎂將會發(fā)生反應(yīng)，形成鉀鹽鎂礬，進而使得光鹵石的品質(zhì)大大降低；二是在溫度較低的冬季，分解液的溫度也會急劇降低，受此影響光鹵石中的氯化鎂的實際分解速度會大大降低，進而使得分解過程中需求的母液數(shù)量大大增加。

二是分解液的溫度大大降低。光鹵石的分解液通常全部來自于混鉀洗滌液之后的母液，因此其實際溫度變化范圍較小。在溫度較高的夏季，混鉀洗滌液母液的實際溫度也會處于全年范圍內(nèi)較高的時期，因此此時的光鹵石溫度也會得到較大提升，其對于礦石的分解也會產(chǎn)生較大的影響作用，但是在光鹵石實際分解過程中會產(chǎn)生大量鉀鹽鎂礬，而產(chǎn)生的大量鉀鹽鎂礬會被浮選捕收劑完全捕捉，從而極大降低粗氯化鉀的基本質(zhì)量，對于混鉀中軟鉀的配入量產(chǎn)生極大地影響作用，進而使得現(xiàn)有的生產(chǎn)平衡被打破，最終極大降低系統(tǒng)的產(chǎn)能。而在溫度較低的冬季，受到混鉀洗滌液母液溫度變化范圍較小影響，雖然光鹵石的溫度較低，但是母液的溫度卻處于全年的最佳狀態(tài)，因此最終的分解效果和選礦效率也處于最佳狀態(tài)。

2.3 鉀混鹽實際轉(zhuǎn)化過程中受到一轉(zhuǎn)液溫度的影響

在鉀石鹽、瀉利鹽以及鉀鹽鎂礬中加入淡水，經(jīng)過研磨之后在攪拌作用下轉(zhuǎn)化成為軟鉀，此反應(yīng)過程為吸熱過程，但是其實際轉(zhuǎn)化效率將會受到鉀混鹽礦和淡水實際溫度的影響，其中鉀混鹽礦的實際溫度將會伴隨著鹽田鹵水溫度的變化而產(chǎn)生較大變化，由于冬季外界溫度較低，往往會對一轉(zhuǎn)產(chǎn)生較大影響。

而淡水由于常年處于地下，水溫較為穩(wěn)定，長期穩(wěn)定在15-20℃，但是在冬季因為溫度較低，礦石溫度也會急劇降低，受到疊加負效應(yīng)的影響，其實際轉(zhuǎn)化速度和轉(zhuǎn)化率也會大大降低。

2.4 二轉(zhuǎn)受到結(jié)晶器溫度的影響

作為軟鉀和粗氯化鉀的中間性產(chǎn)品，通常將其稱之為二轉(zhuǎn)，借助結(jié)晶器對其進行轉(zhuǎn)化形成硫酸鉀，該反應(yīng)屬于吸熱過程，但是結(jié)晶器的溫度將會對反應(yīng)的實際轉(zhuǎn)化速率、鉀收率以及硫酸鉀晶體的大小以及最終的產(chǎn)品質(zhì)量都會產(chǎn)生極大地影響。

一是對于結(jié)晶器產(chǎn)能的影響。上述反應(yīng)的轉(zhuǎn)化速度以及硫酸鉀晶核的實際增長速度都將對結(jié)晶器的實際產(chǎn)能產(chǎn)生較大影響，在常溫下晶核的形成速度較慢，因此二轉(zhuǎn)的速度也會逐漸減緩，單位容積結(jié)晶器的實際產(chǎn)能也會急劇降低。但是當結(jié)晶器溫度較高時，硫酸鉀晶核形成的速度也會急劇增加，二轉(zhuǎn)速度也會急劇增加，單位容積結(jié)晶器的實際產(chǎn)能也得到了較大提升。

二是鉀收率的變化。在常溫狀態(tài)下隨著加入淡水量的增加，母液離子的濃度也會逐漸降低，結(jié)晶器中形成的E2母液含量也會增加，此時的結(jié)晶器所能夠形成的鉀收率也會大大降低。但是當結(jié)晶器中的溫度得到提升時，當加入的淡水量減少，母液中的離子濃度也會得到較大提升，而硫酸鉀的溶解度將會隨著溫度的變化而大大降低，因此結(jié)晶器所能形成的一次鉀收率會較大提升。

三是所獲得產(chǎn)品粒度的變化。在常溫狀態(tài)下，母液中的離子濃度也會處于較低水平，受到濃度差較小的影響，晶核的實際生長速度也會大大降低，此時的晶體能夠得到較為充分的生長，最終所形成的結(jié)晶體實際粒度也會較大。

四是最終產(chǎn)品的基本品質(zhì)。受到結(jié)晶器中實際反映效果影響，最終所能夠獲得的硫酸鉀基本質(zhì)量也會受到較大影響，而結(jié)晶器的實際溫度將會與反應(yīng)時間程反比例。在相同的時間中，當溫度得到較大提升時，最終所獲得的產(chǎn)品質(zhì)量也會得到較大提升。

2.5 混鉀洗滌質(zhì)量受到E2母液溫度的影響

有效剔除軟鉀和粗氯化鉀中存在的細晶氯化鈉，從而確保二轉(zhuǎn)過程中形成的硫酸鉀產(chǎn)品的基本質(zhì)量是進行混鉀洗滌的基本目標。從而減少鉀芒硝在實際結(jié)晶過程中的析出。

一是實際洗滌速度。洗滌速度將會受到相關(guān)溫度的巨大影響，而溫度和洗滌速度通常會成正比例，而洗滌液的全部來源是結(jié)晶器分離硫酸鉀之后產(chǎn)生的E2母液。

二是對于氯化鈉的洗滌效果。氯化鈉的實際洗滌效果將會受到洗滌溫度、洗滌液的加入量、其實際化學組成以及洗滌時間的共同影響。

三是鉀收率的變化。在氯化鈉和氯化鉀同時飽和的溶液中，隨著溶液溫度的上升，氯化鈉的溶解度也會逐漸減小，而氯化鉀的溶解度則會不斷增加，兩者之間呈現(xiàn)出交叉關(guān)系?；诖?，應(yīng)當盡可能降低洗滌液的溫度以增加對氯化鈉的溶解度，此外還可以有效減少鉀的損失，進而提升鉀離子的實際收率。

3 對于溫度的控制

（1）鹽田鹵水溫度所產(chǎn)生的變化，并對其進行有效控制。借助日光對鹵水進行充分蒸發(fā)，從而獲得相關(guān)巖鹽。但是在此過程中鹵水的實際溫度往往會受到季節(jié)變化的影響，此外鹽田鹵水的深度也會對鹵水的實際溫度產(chǎn)生較大影響。在夏季為了有效降低光鹵石鹽田中的鹵水溫度，通過對光鹵石的鹽田水位提升，從而降低光鹵石礦的基本溫度，最終減少鉀鹽鎂礬的生成量。在溫度較低的冬季，通過提升光鹵石鹽田的水位能夠?qū)崿F(xiàn)保溫效果，進而提升礦石的溫度，減少鉀鹽鎂礬的析出量。（2）對于光鹵石分解溫度的有效控制。在夏季生產(chǎn)過程中對于混鉀洗滌液母液溫度的控制能夠保證對分解溫度的控制，另外，受到混鉀母液溫度下降，硫酸根和鎂離子的含量都會降低，其對于最終分解效果也會產(chǎn)生較大的促進作用。在冬季生產(chǎn)過程中為了提升分解溫度，應(yīng)當在分解槽中加入適量蒸汽進行加熱，從而保證光鹵石分解的基本效果。（3）對于一轉(zhuǎn)母液溫度的控制。冬季生產(chǎn)一轉(zhuǎn)中加入的淡水應(yīng)當借助太陽能或者蒸汽對其進行加熱，從而提升一轉(zhuǎn)效果。（4）對于硫酸鉀結(jié)晶器溫度的控制。根據(jù)硫酸鉀產(chǎn)品質(zhì)量以及產(chǎn)能的分析，應(yīng)當盡可能保持結(jié)晶器溫度的穩(wěn)定性。（5）對于E2母液溫度的控制。最終的洗滌效果將會受到E2母液溫度的直接影響，而為了有效提升實際洗滌效果，應(yīng)當保證E2母液的溫度始終處于20-25℃之間。（6）對于混鉀洗滌母液溫度的控制。光鹵石的最終分解效果將會受到混鉀母液溫度和化學實際組成成分的影響，而對于工藝控制穩(wěn)定性的控制將直接受到混鉀母液溫度和化學組成成分穩(wěn)定性的影響。

4 結(jié)論

由于含鉀硫酸鎂亞型鹽湖鹵水在生產(chǎn)硫酸鉀過程中涉及到的工藝系統(tǒng)較為龐大，進行溫度控制的環(huán)節(jié)極多，更有大量環(huán)節(jié)難以實現(xiàn)人為控制，基于此，在實際生產(chǎn)過程中對于溫度的控制將具有極強的現(xiàn)實意義。保證溫度控制的穩(wěn)定性能夠極大地延長生產(chǎn)周期，保證能夠?qū)崿F(xiàn)長期無障礙生產(chǎn)，此外對于系統(tǒng)的節(jié)能減排對于提升鉀收率有較大的促進作用。

[參考文獻]

[1]化工部長沙設(shè)計研究院,新疆羅布泊鉀鹽科技開發(fā)有限責任公司.新疆羅布泊硫酸鎂亞型鹵水制取硫酸鉀工藝(LBP-01工藝)中試報告[R].2002.

[2]化工部長沙設(shè)計研究院.新疆羅布泊鉀肥基地年產(chǎn)120萬噸鉀肥項目鹽田工程初步設(shè)計[R].2007.

[3]湯建良,李文皓.凍硝對鹽田工藝的影響[J].無機鹽工業(yè),2006,38(8):38-39.

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Temperature Control Analysis of Potassium Sulfate in the Production of the Sub Type of Magnesium Sulfate

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

Abstract:start in 2000 years of potassium sulfate production process originated in SDIC Xinjiang Luobupo potash company, the independent research and development and has independent intellectual property rights of technology is in 2004 won the first prize for scientific and technological progress in China. Below mainly to obtain potassium sulfate with the help of Lop Nur Salt Lake Brine Process and the effect of temperature changes for different process products generated huge influence as well as the potassium of actual income analysis, and for the existing problems related measures, from the relevant process improvement, and ultimately significantly enhance the yield of potassium.

Key words:saline lake in lop nor; magnesium sulfate; sub type potassium containing brine; potassium sulfate; temperature

作者簡介：方云（1986-），男，漢，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。