氯化鉀生產(chǎn)結(jié)晶的設(shè)備及工藝

李永春，汪寧，劉鑫(.青海鹽湖工業(yè)股份有限公司鉀肥分公司，青海 格爾木 86099；.青海鹽湖三元鉀肥股份有限公司，青海 格爾木 86099)

1 氯化鉀的應(yīng)用價(jià)值

1.1 氯化鉀的基本特性

氯化鉀是氯離子和鉀離子結(jié)合形成的一種鉀鹽，屬于鹽酸鹽中的一種，是白色的晶體或結(jié)晶性的粉末，易溶于水和甘油，且不溶于醚和丙酮，難溶于醇。穩(wěn)定性強(qiáng)，與強(qiáng)氧化劑不相容，強(qiáng)酸、防潮、有吸濕性。

1.2 氯化鉀的基本用途

(1)氯化鉀是制造各種含鉀有機(jī)鹽的主要原料，如：氫氧化鈉、硝酸鉀、氯酸鉀等。(2)在醫(yī)療方面可以用作治療缺鉀癥的藥物，鉀離子對(duì)機(jī)體的各項(xiàng)生理活動(dòng)都有嚴(yán)重的調(diào)控作用。如各種原因引起的低鉀血癥如，進(jìn)食不足、應(yīng)用排鉀利尿藥等。氯化鉀還經(jīng)常被用作電解質(zhì)平衡調(diào)節(jié)藥，而且臨床療效確切。(3)染料工業(yè)用于生產(chǎn)G鹽、活性染料等。(4)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，氯化鉀是一種鉀肥，它的肥效快，可直接適用于農(nóng)田，能使土壤下層的水分上升，有抗旱的作用。因氯化鉀口感與氯化鈉相似，有苦澀感，因此對(duì)于鹽堿地及煙草、甘薯以及有甜味的蔬菜來(lái)講是不適于施種的。

1.3 氯化鉀的生產(chǎn)原料

地殼中鉀的含量極其豐富，自然界中氯化鉀的生產(chǎn)原料主要來(lái)源于兩大方面：

(1)一是利用含鉀有機(jī)鹽來(lái)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)置換生成氯化鉀。(2)另一方面是利用含鉀的鹵水，主要是光鹵石。光鹵石是鉀鎂的鹵化物礦物質(zhì)，分子式為KCl·MgCl2·6H2O，是一種味咸、性脆，無(wú)解理，熒光性強(qiáng)，易溶于水的物質(zhì)。這是含鎂鉀鹽湖中蒸發(fā)作用所最后的產(chǎn)物，常與石鹽，鉀石鹽共生，是生產(chǎn)氯化鉀的重要原料之一。光鹵石是一種非相稱性的復(fù)鹽，可以經(jīng)過(guò)溶解、分布結(jié)晶等加工程序，然后使氯化鉀同氯化鎂進(jìn)行分離提煉出氯化鉀[1]。

2 氯化鉀結(jié)晶設(shè)備的探究

2.1 氯化鉀結(jié)晶設(shè)備簡(jiǎn)介

所謂的結(jié)晶設(shè)備，一般來(lái)講是指結(jié)晶器。是器壁內(nèi)設(shè)有夾套或器內(nèi)裝有蛇管，用于加熱或冷卻槽內(nèi)溶液的一種槽形容器。潔凈槽可用作蒸發(fā)結(jié)晶器或冷卻結(jié)晶器。為了提高結(jié)晶的純度，會(huì)在槽內(nèi)裝設(shè)攪拌器。但一般來(lái)講這種結(jié)晶操作所得到的晶體大，強(qiáng)度小，純度小同時(shí)夾雜雜質(zhì)。只能適用于生產(chǎn)小批量的氯化鉀。

2.2 結(jié)晶的過(guò)程及類型

氯化鉀的結(jié)晶過(guò)程主要是指將稀釋溶液變成過(guò)飽和溶液，然后析出結(jié)晶的過(guò)程。同時(shí)讓氯化鉀溶液達(dá)到飽和的方法又分為兩種：用蒸發(fā)的方法蒸去溶劑得到氯化鉀晶體；對(duì)原料進(jìn)行冷卻，從而降低氯化鉀的溶解度，達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)。

2.3 結(jié)晶器的分類

2.3.1 套管式

套管式的結(jié)晶設(shè)備是由銅管組成的內(nèi)壁和內(nèi)外水套組成。為了保證鑄 有規(guī)整的外形尺寸，在結(jié)晶器的底部安裝了足輥，以利于提高拉速和防止鑄坯脫方。

2.3.2 組合式結(jié)晶器

組合式潔凈器是由寬面及窄面4塊復(fù)合壁板及外框架組成，和結(jié)晶器的每塊復(fù)合地板，又由用螺柱聯(lián)接的內(nèi)壁銅板和外壁鋼制水箱組成。內(nèi)壁銅板和外壁鋼制水箱之間構(gòu)成冷卻水空隙，以通水冷卻，加速氯化鉀的冷卻結(jié)晶[2]。

2.4 常見(jiàn)的結(jié)晶設(shè)備類型

2.4.1 晶漿循環(huán)式的連續(xù)結(jié)晶設(shè)備

在進(jìn)行工作時(shí)，原料由循環(huán)管下部加入與結(jié)晶室底部的晶漿充分混合均勻后，由循環(huán)泵送至加熱室，混合物質(zhì)在加熱室被加熱后溫度上升，但不蒸發(fā)，熱的混合物很快使得溶液達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，部分溶質(zhì)被析出附著在管壁上，隨著溶質(zhì)的不斷析出，晶體體積逐步增大。

2.4.2 DTB結(jié)晶器

DTB型結(jié)晶是屬于典型的晶漿循環(huán)式結(jié)晶器，在結(jié)晶器內(nèi)設(shè)置內(nèi)導(dǎo)流筒，筒型擋板，從而形成循環(huán)通道，操作時(shí)熱飽合溶液連續(xù)加熱到循環(huán)管的下部與循環(huán)管內(nèi)夾帶有小晶體的原液混合后由循環(huán)泵送至加熱器里，只需要很低的壓頭，就能使器內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的內(nèi)循環(huán)，同時(shí)結(jié)晶循環(huán)區(qū)和細(xì)晶沉淀區(qū)互不干擾，彼此獨(dú)立。DTB結(jié)晶器同時(shí)還采用了特殊設(shè)計(jì)的攪拌漿，轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)，且真空式的結(jié)晶器過(guò)飽和產(chǎn)生于液面，循環(huán)晶漿能夠迅速的消除過(guò)飽和，而且DTB結(jié)晶器性能良好，生產(chǎn)強(qiáng)度大，設(shè)備內(nèi)不宜結(jié)疤。是生產(chǎn)氯化鉀主要的設(shè)備儀器之一。

2.4.3 OSLO冷卻結(jié)晶器

OSLO冷卻結(jié)晶器為晶體的生長(zhǎng)提供了一個(gè)更為優(yōu)良的場(chǎng)所，過(guò)飽和度產(chǎn)生的區(qū)域與晶體生長(zhǎng)的區(qū)域分別設(shè)置在結(jié)晶器的兩端，晶體在母液循環(huán)液流中流化懸浮，溶液的過(guò)飽和產(chǎn)生于沸騰的液面，然后被送到結(jié)晶器的底部，在上升的過(guò)程中穿過(guò)晶體的床層，逐步消除過(guò)飽和，晶體逐漸變大。由于此工藝適用于溶解度曲線較大，且母液黏度不大的物料降溫結(jié)晶或蒸發(fā)結(jié)晶，因此也常被應(yīng)用在氯化鉀的結(jié)晶生產(chǎn)過(guò)程中。

2.4.4 導(dǎo)流筒結(jié)晶設(shè)備

導(dǎo)流筒結(jié)晶設(shè)備是一種高效率的結(jié)晶設(shè)備。要是有PLC來(lái)控制物料的基本溫度。特征有，傳輸效率高，配置簡(jiǎn)單，操作方便，操作環(huán)境好等特點(diǎn)。

氯化鉀的結(jié)晶設(shè)備一般是真空冷卻結(jié)晶設(shè)備，是使溶液在真空狀態(tài)下絕熱蒸發(fā)，一部分溶劑被除去的同時(shí)溶液因?yàn)槿軇饣瘞ё吡艘徊糠譄崃?，而降低了溫度，使得溶液達(dá)到了過(guò)飽和狀態(tài)。

3 氯化鉀工藝探討

氯化鉀的生產(chǎn)原理主要是本身的性質(zhì)特點(diǎn)，依據(jù)提取溶液中各種成分蒸發(fā)所析出的先后順序，以及在不同的溫度下的溶解度差異，蒸發(fā)結(jié)晶后分離提取出來(lái)氯化鉀。

要生產(chǎn)高純度的氯化鉀結(jié)晶體，原料和工藝要求是關(guān)鍵。文章將常見(jiàn)的氯化鉀生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究討論，如何利用先進(jìn)的結(jié)晶工藝生產(chǎn)出合格的氯化鉀結(jié)晶體。

3.1 重結(jié)晶法

重結(jié)晶法是指將工業(yè)的氯化鉀加入盛有蒸餾水的溶解器皿中進(jìn)行充分溶解，再依次加入脫色劑、除砷劑、除重金屬劑等然充分混合，在進(jìn)行溶液的提純處理，經(jīng)過(guò)沉淀、過(guò)濾、冷卻結(jié)晶、固液分離、干燥等一系列操作后得到食用級(jí)別的氯化鉀結(jié)晶[3]。

缺點(diǎn)：局限性強(qiáng)。如果所提取氯化鉀溶液中所含的雜質(zhì)溶解度對(duì)溫度的要求敏感，那么就可以用降溫的方法從溶液中析出氯化鉀，反之如果是雜質(zhì)比氯化鉀還要敏感的溶質(zhì)，那降溫所析出的是雜質(zhì)，剩余的溶液才是氯化鉀。

3.2 冷分解浮選法

該工藝主要是用于提取海水中氯化鉀的傳統(tǒng)工藝方法。是將光鹵石粉碎后放入分解器，然后在中間過(guò)程注入水、母液邊攪拌邊加入1%的十八胺浮選劑，同時(shí)加入2%的纖維素進(jìn)行浮選。然后由分解器下部排出的含鉀原料漿由泵求送到沉降槽中，將熬夜中的水母液和浮選劑進(jìn)行分解，再經(jīng)過(guò)粗選，精選過(guò)濾、洗滌、離心分離、干燥制的氯化鉀成品。

優(yōu)缺點(diǎn)：冷分解正浮選法工藝可靠，流程簡(jiǎn)單氯化鉀的質(zhì)量和回收率偏低。在這項(xiàng)工藝的制作過(guò)程中，氯化鎂和少量的氯化鈉也會(huì)融入到水中，分解形成氯化鉀和氯化鈉的混和鹽，而浮選后所得的精礦鹽含氯化鉀是在70%左右，再一次經(jīng)過(guò)逆流洗滌，再除去混合在其中的氯化鎂和氯化鈉雜質(zhì)。結(jié)晶器純度大約在90%以上。

3.3 兌鹵法

兌鹵法直接來(lái)講是一種回收工藝，是將海水中析出氯化鈉后的剩余溶液和析出氯化鉀鎂復(fù)鹽后的母液按照一定的比例摻合。先在混合鹵中充分析出含氯化鎂，硫酸鎂和氯化鉀的溶液。并將混合鹵液蒸發(fā)濃縮至128 ℃后放入保溫沉降器。然后逐步降溫液化冷卻析出人造光鹵石，在降光路時(shí)加水進(jìn)行分解，使氯化鎂溶解得到純度較低的氯化鉀，然后再經(jīng)過(guò)水洗、重結(jié)晶得到純度高的固體氯化鉀[4]。

工藝優(yōu)缺點(diǎn)：此工藝操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量較高，兌鹵調(diào)整空間大，經(jīng)濟(jì)效益好，成本低，能耗低。但由于受國(guó)內(nèi)機(jī)械設(shè)計(jì)能力的局限，限制了對(duì)爐法的生產(chǎn)能力，從而導(dǎo)致氯化鉀晶體的產(chǎn)量較低。

3.4 化學(xué)中合法

將氫氧化鉀用鹽酸中和，進(jìn)行反應(yīng)所得的反應(yīng)產(chǎn)物為氯化鉀，操作工藝是在純氫氧化鉀的鹽溶液中加入一定濃度的鹽酸，控制和反應(yīng)條件是溶液略呈酸性，然后進(jìn)行加熱反應(yīng)，濃縮。氫氧化鉀和鹽酸反應(yīng)后生成氯化鉀、氫氣和水。因此需要將反應(yīng)后的溶液進(jìn)行冷卻，冷卻后會(huì)有氯化鉀沉淀析出，然后進(jìn)行過(guò)濾，將沉淀至于蒸發(fā)皿上。邊攪拌邊加熱，進(jìn)行干燥。此工藝原料不僅僅局限于氫氧化鉀，而是含有鉀離子的各種無(wú)機(jī)鹽。優(yōu)缺點(diǎn)：化學(xué)實(shí)驗(yàn)法要求的反應(yīng)物比例要嚴(yán)格，同時(shí)鹽酸有一定的腐蝕性，在一定的條件范圍內(nèi)氯化鉀結(jié)晶的產(chǎn)量會(huì)隨溶劑得量多少而發(fā)生變化，同時(shí)也影響氯化鉀晶體的純度和質(zhì)量。

3.5 返浮選-冷結(jié)晶法

該工藝是目前世界上較為先進(jìn)的加工工藝。流程是將深水鹽經(jīng)水采管輸送至加工廠，然后加入Na浮選劑將附著在內(nèi)的氯化鈉被刮板刮出，而光鹵石則留在原漿中低得到低鈉光鹵石。再將低鈉光鹵石進(jìn)行提純、分離，再將得到的粗鉀鹽進(jìn)行洗滌、分離、干燥后得氯化鉀晶體[5]。

優(yōu)缺點(diǎn)：以光鹵石為原料制取的氯化鉀的反浮選-冷結(jié)晶法的氯化鉀的回收穩(wěn)定性大約在90%以上?；厥章矢撸秉c(diǎn)就是工藝流程復(fù)雜操作控制等不方便，在浮選及潔凈的操作過(guò)程中，精度要求較高。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)氯化鉀工藝的分析我們了解到不同的原料我們可以應(yīng)用不同的提取方法，每種方法都有它的權(quán)衡利弊，兌鹵工藝作為一種常用的生產(chǎn)工藝方法。雖然在操作的過(guò)程中也有一定的缺點(diǎn)。但它的操作簡(jiǎn)單、資源利用率高、產(chǎn)出的氯化鉀純度好，因此我們要致力于氯化鉀設(shè)備工藝的生產(chǎn)改進(jìn)，提高資源的利用率，減少資源的浪費(fèi)，使社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展更進(jìn)一個(gè)臺(tái)階。