“冷分解—正浮選”5萬t/a氯化鉀的工藝技術研究

賈生學

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，青海 格爾木 816099)

1 前言

我國作為農業(yè)大國，鉀肥是農業(yè)三大肥料之一，對絕大多數作物都有增產效果。鉀資源主要分布在青海省察爾汗鹽湖，儲量約占全國的97%，其表面儲量約1.45億t，工業(yè)儲量達0.97億t，大規(guī)模地開發(fā)該鹽湖生產氯化鉀，不但可以緩解國內鉀肥市場的供需矛盾，同時可以節(jié)省大量外匯。目前，國內鹽田生產氯化鉀的主要方法有正浮選法、反浮選法及兌鹵法。而“冷分解—正浮選—洗滌法”是其中的一種傳統(tǒng)工藝。該法生產氯化鉀的歷史從20世紀30年代開始，因其工藝過程自始至終在常溫下進行，工藝條件溫和，所以幾十年來得到了長足的發(fā)展。立足本國的鉀鹽資源，因地制宜，尋求好的氯化鉀生產方法是很有意義的。

研究只考慮生產單一氯化鉀產品，按照研究確定的生產工藝，5萬t/a氯化鉀，生產出的成品氯化鉀質量大于93%。

2 研究原理

(1)光鹵石(KCl·MgCl2·6H2O)是一種能穩(wěn)定存在于很大溫度范圍內(-21 ℃～167.65 ℃)的復鹽，其溶于水時的反應主要為：

不同溫度下NaCl、KCl、MgCl2的溶解度見表1。

從表1可知，氯化鎂在10 ℃低溫下的溶解度為53.50%，在100℃的熱水中為72.70%，而氯化鈉在同溫冷水中為35.70%，在同溫熱水中為39.20%；氯化鉀在同溫冷水中為31.30%，在同溫熱水中為56.20%。可見，常溫下光鹵石中氯化鎂的溶解度隨著溫度升高而增大，且比氯化鈉、氯化鉀在同溫度下的溶解度都大得多，氯化鈉和氯化鉀在冷水中的溶解度相近，在溫度升高時氯化鉀的溶解度急劇增加，氯化鈉的溶解度則增加甚微。

表1 不同溫度下KCl、NaCl與MgCl2的溶解度Tab.1 Solubility of KCl, NaCl and MgCl2 at different temperatures

因此，加工光鹵石的原理基于以下兩點：KCl與MgCl2的溶解度小得多；飽和光鹵石的溶液中MgCl2/KCl (摩爾比)值遠大于1。

(2)冷分解—正浮選。用淡水將光鹵石礦冷分解，使氯化鎂進入溶液，然后在高鎂母液的介質中，以鹽酸十八胺做捕收劑，二號油做起泡劑，對分解料漿進行浮選，得到的精礦過濾后，用少量淡水洗去氯化鈉，所得產品純度可達尾鹽中的氯化鉀含量小于3%。

(3)正浮選法生產氯化鉀的主要優(yōu)點：工藝可靠。由于該工藝的開發(fā)與研究較早，經過多年來的不斷完善，工藝流程已趨于成熟；工藝流程簡單。“冷分解—浮選法”工藝主要可以分兩步：一是光鹵石的冷分解；二是分解料漿的浮選。以鹽酸十八胺作捕收劑，二號油作氣泡劑浮選出氯化鉀，實現氯化鉀與氯化鈉分離，所得粗鉀產品再經洗滌、干燥即得氯化鉀產品。

3 生產流程介紹

用“冷分解—正浮選”生產氯化鉀可分為冷分解、浮選及分離、真空過濾、洗滌、離心分離、干燥及產品包裝等六個工序。

經過相圖分析(見圖1)，可以得到含鈉光鹵石為原料制取氯化鉀的原則流程。運用相圖知識以“冷分解—正浮選”制取氯化鉀的生產過程進行分析。原料含鈉光鹵石組成見表2。

表2 原料含鈉光鹵石的組成Tab.2 Composition of carnallite containing sodium in raw material %

將原料含鈉光鹵石系統(tǒng)組成點標繪在圖中為M(M0)，顯然從相圖中可以知道原料M(M0)是由大量的含鈉光鹵石R(R′)固相與其共飽F(F′)的共飽液所組成，整個工藝流程可用相圖分為七個階段。

圖1 冷分解—正浮選在該工藝中的相圖分析—Na+、K+、Mg2+∥Cl-—H2O(25 ℃)四元水鹽體系相圖Fig.1 Phase diagram analysis of cold decompositive positive flotation in this process-phase diagram of Na+, K+,Mg2+∥Cl-—H2O(25 ℃)

第一階段，原料M(M0)加水恰好完全分解(簡稱冷分解)。若對原料M(M0)加水使其中Car的恰好完全分解，則在干基圖上，先是固相點從R運行到Q點，與之相對應的液相點從F運行到E點，系統(tǒng)點在M點不變；在水圖上，先是固相點由R′運行到Q′，液相點由F′運行到E′，系統(tǒng)點由M0運行到點M1；繼而固相點由Q′運行到H′，而液相點在E′不動，系統(tǒng)點由M1運行到點M2。

此階段為第一次加水過程，加水量為恰好使原料M(M0)中的Car完全分解。

第二階段，對鉀石鹽H(H′)進行浮選及對相應產物進行分離(簡稱浮選及分離)。經過第一階段可以得到鉀石鹽H(H′)及與之對應的共飽液E(E′)，若對其進行分離，理論上可以得到鉀石鹽H(H′)，但是若對分離出來的鉀石鹽H(H′)在常溫加水進行溶洗其中的NaCl，由相圖分析可知，最終是得不到固相KCl，得到的是固相NaCl。又由相圖分析可知，對鉀石鹽在常溫下加水溶洗其中的NaCl可得到固相KCl。該鉀石鹽固相點不能處在之AD間，而只能處在BD之間，為達到此目的，使用浮選手段可以解決這個問題，浮選介質是第一階段得到的高鎂母液E(E′)，浮選藥劑是鹽酸十八胺及二號油。經過浮選，固相鉀石鹽H(H′)變成了粗鉀I(I′)及尾鹽J(J′)。

第四階段，將粗鉀泡沫K(K′)中的固相粗鉀I(I′)與其對應的共飽液E(E′)進行分離(簡稱真空過濾)。尋求一種固液分離設備如轉筒真空過濾機，使其對粗鉀泡沫K(K′)進行固液分離。若固液分離效率能達到100%，則對K(K′)進行固液分離之后，固相為粗鉀(I′)，則液相為與之對應的共飽液E(E′)，但往往轉筒過濾機的分離效率達不到100%，因此假如知道轉筒過濾機的分離效率時，則依此效率可在相圖上找到粗鉀泡沫K(K′)分離后的濾餅點N(N0)及與之對應的共飽點E(E′)，其中為K(K′)系統(tǒng)點。此階段為第二次分離過程，使得濾餅N(N0)與其對應的共飽液E(E′)分離。

第五階段，洗滌濾餅N(N0)中的NaCl (簡稱洗滌)。由相圖分析可知，濾餅N(N0)是由粗鉀I(I′)及與之對應的共飽液E(E′)所組成，當對其加適量水時，固相I(I′)則由運行至B(B′)，而液相E(E′)則由運行至O(O′)，在干基圖上系統(tǒng)點在N0不變，在水圖上系統(tǒng)點則由N0運行至N1。此階段為第二次加水過程，加水量恰好使I(I′)中的NaCl溶洗盡，得到洗滌漿料N(N1) 。

第六階段，將洗滌漿料N(N1)中的固相KClB(B′)與其對應的共飽液O(O′)進行分離(簡稱離心分離)。尋求一種固液分離設備如離心機，使其對洗滌漿料N(N1)進行固液分離，若是固液分離效率能達到100%，則對N(N1)進行固液分離后，固相為純鉀B(B′)，則液相為與之對應的共飽液O(O′)，但往往離心機的分離效率達不到100%，因此假如知道離心機的分離效率時，則依此效率可在相圖上找到對洗滌漿料N(N1)分離后的固相精鉀點P(P′)及與之對應的共飽液點O(O′)，其中N(N1)為系統(tǒng)點。此階段為第三次分離過程，使得精鉀P(P′)與其對應的共飽液O(O′)分離。

第七階段，精鉀在干燥設備中除去所含水分，即得到成品產品(簡稱干燥)。

由相圖分析可知，精鉀P(P′)是由純鉀B(B′)與其對應的共飽液O(O′)所組成。由于該相圖是25 ℃時的相圖，干燥過程的溫度很高，加之干燥過程的相圖分析過程比較簡單，所以略去干燥階段的相圖分析過程。經過相圖分析，可得出由含鈉光鹵石生產氯化鉀的原則流程，如圖2。

圖2 含鈉光鹵石制取氯化鉀的工藝流程Fig.2 Technological process of producing KCl from carnallite containing sodium

3 小結

通過研究發(fā)現,相圖與流程圖的對應關系,使得KCl制備的工藝流程通過相圖獲得，物料組成點在相圖上可準確表達,進行物料衡算時直觀快捷、結果準確。其次，含鈉光鹵石分解回收率最高，單位氯化鉀產量分解耗水量相對較少，與其他光鹵石相比，經濟效益最好。