一種芒硝法制取硫酸鉀的工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制取硫酸鉀的工藝，具體涉及一種芒硝法制取硫酸鉀的工藝。
【背景技術】
[0002]硫酸鉀是一種重要的無氯鉀肥，農(nóng)業(yè)需求十分旺盛。
[0003]目前，世界上有50%的硫酸鉀肥料來自礦物，40%左右的硫酸鉀由氯化鉀與硫酸或硫酸鹽轉化制得，芒硝轉化法也是迄今研宄最多、且最為深入的制取硫酸鉀方法。在我國，芒硝礦產(chǎn)資源已探明總儲量達200億噸左右(以無水硫酸鈉計)，居世界首位，分布在我國14個省區(qū)，其中，以青海、四川、內(nèi)蒙、湖南、云南、新疆六省最為豐富。因此，利用芒硝資源優(yōu)勢，開展芒硝法制取硫酸鉀技術研宄，市場前景十分廣闊。
[0004]在芒硝法制備硫酸鉀工藝中，通常是將二段轉化母液返回一段反應器循環(huán)利用，但普遍存在母液處理量大等技術難題，傳統(tǒng)工藝是將一段轉化母液高溫蒸發(fā)析出氯化鈉，降溫冷卻析出鉀芒硝，冷卻母液再循環(huán)高溫蒸發(fā)-降溫冷卻的方式回收部分鉀，但是，隨著母液不斷循環(huán)，母液量會不斷積累，造成系統(tǒng)母液膨脹，增加設備運行壓力，排出多余母液又會大大降低鉀的收率；若將一段轉化母液徹底蒸發(fā)完全，不僅蒸發(fā)量大，能耗較高，且析出的含鉀混鹽成分復雜，增加分離難度；若將一段轉化母液蒸發(fā)分離部分氯化鈉后，全部返回一段轉化器循環(huán)利用，又會加大一段轉化物料量，設備產(chǎn)能低，生產(chǎn)效率低，同時較大量的循環(huán)母液在裝置間連續(xù)運行，又會增加能耗，增加設備投資和運行成本。
[0005]CN1189456A公開了一種硫酸鉀的生產(chǎn)工藝，是將一段轉化分離所得鉀芒硝母液通過一次高溫蒸發(fā)分離氯化鈉，再經(jīng)負壓蒸發(fā)成制鹽母液過飽和液后參與一段復分解反應，但是，存在蒸發(fā)程度有限，氯化鈉產(chǎn)量小，導致返回母液量大、系統(tǒng)運行成本高、產(chǎn)能較低等缺點，對一段轉化反應器產(chǎn)生較大的生產(chǎn)壓力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提供一種分離純度高，能縮減母液量、減輕系統(tǒng)壓力，產(chǎn)能大，效率高，能耗及成本低的采用芒硝法制取硫酸鉀的工藝。
[0007]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案如下:一種芒硝法制取硫酸鉀的工藝，是將芒硝法結合兩段強制蒸發(fā)和物理分選分離氯化鈉和鉀芒硝高溫鹽的方法制取硫酸鉀，具體包括以下步驟:
(1)一段轉化:將無水芒硝和氯化鉀與水和/或含有硫酸鉀的母液進行混合配料，至系統(tǒng)中鉀元素的質量濃度為9.5?11.5wt% (優(yōu)選10?llwt%)，硫酸根的質量濃度為9.0?13.5wt%(優(yōu)選10?13wt%)，攪拌，轉化反應析出鉀芒硝后，進行固液分離，得鉀芒硝和一段轉化母液；
(2)一段蒸發(fā):將步驟(I)所得一段轉化母液經(jīng)一段蒸發(fā)相當于一段轉化母液質量15?30wt% (優(yōu)選20?28wt%)的水后，進行固液分離，得氯化鈉高溫鹽和一段蒸發(fā)母液； (3)二段蒸發(fā):將步驟(2)所得一段蒸發(fā)母液經(jīng)二段蒸發(fā)相當于一段蒸發(fā)母液質量18?45wt% (優(yōu)選25?42wt%)的水后，進行固液分離，得鉀芒硝/氯化鈉高溫混合鹽和二段蒸發(fā)母液；
(4)物理分選:將步驟(3)所得鉀芒硝/氯化鈉高溫混合鹽進行物理分選，得鉀芒硝和氯化鈉；
(5)二段轉化:將步驟(1)、(4)所得鉀芒硝與氯化鉀和水或含有硫酸鉀的母液進行混合配料，至系統(tǒng)中鉀元素的質量濃度為18.5?23.5wt% (優(yōu)選20?22wt%)，硫酸根的質量濃度為15.0?20.5wt% (優(yōu)選16?19wt%)，攪拌，轉化反應析出硫酸鉀后，進行固液分離，得硫酸鉀粗產(chǎn)品和二段轉化母液；
(6)洗滌、干燥:將步驟(5)所得硫酸鉀粗產(chǎn)品經(jīng)再漿洗滌，過濾，濾餅干燥后，得硫酸鉀產(chǎn)品。
[0008]本工藝所述無水芒硝中Na2SO4含量彡80wt%。
[0009]一段轉化反應的目的主要是制取鉀芒硝；將所得一段轉化母液通過兩段強制蒸發(fā)，不僅可在一段蒸發(fā)后得到純度較高的氯化鈉粗產(chǎn)品，二段蒸發(fā)結晶所得鉀芒硝/氯化鈉高溫混合鹽品位較高，降低了分選難度，同時，兩段強制蒸發(fā)可蒸失掉母液中大部分的淡水量，不僅氯化鈉和鉀芒硝產(chǎn)出量大，還大大降低了一段轉化母液返回量，減少設備規(guī)模，另外，縮減循環(huán)母液后可大大降低蒸發(fā)裝置運轉能耗；二段轉化反應將一段轉化得到的鉀芒硝與物理分選得到的鉀芒硝與氯化鉀共同轉化，制取硫酸鉀產(chǎn)品。
[0010]步驟(I)中，混合配料后控制系統(tǒng)中鉀元素的質量濃度為9.5?11.5wt%，硫酸根的質量濃度為9.0?13.5wt%，主要是為了保證原料各離子間能較充分地發(fā)生交互反應，以得到品位較高的鉀芒硝，同時可使一段轉化母液相圖點較好的控制在Na+、K+//Cr、S042_-H20四元水鹽體系平衡相圖的氯化鈉和鉀芒硝共飽和線上。
[0011]步驟(2)中，控制一段蒸發(fā)水量，主要是為了保證蒸發(fā)結晶過程僅有氯化鈉結晶析出，而鉀芒硝不析出。
[0012]步驟(3)中，控制二段蒸發(fā)水量，主要是為了得到更多的鉀芒硝/氯化鈉高溫混合鹽，若蒸發(fā)程度過小，物理分選效果不佳，達不到鉀芒硝的品位要求，產(chǎn)量較小，不具經(jīng)濟性；若蒸發(fā)程度過大，析出的混鹽成分復雜，增加分選難度，同時降低鉀芒硝純度，影響硫酸鉀產(chǎn)品的品位和二段轉化效率。
[0013]步驟(4)中，所述物理分選包括振蕩法、溢流法、旋流器法、沉降離心法或降溫后浮選分離等方法，由于高溫鹽中氯化鈉和鉀芒硝在粒度上的明顯差異，用鉀芒硝與氯化鈉共飽和母液將鉀芒硝/氯化鈉高溫混合鹽配成料漿后可直接分離出鉀芒硝漿料和氯化鈉漿料，通過進一步再漿洗滌純化，可得到鉀芒硝和氯化鈉。
[0014]進一步，步驟(I)中，所述一段轉化反應的溫度為20?40°C，時間為I?6h (優(yōu)選1.5 ?3h)0
[0015]進一步，步驟(2)中，所述一段蒸發(fā)的溫度為80?120°C。所述溫度范圍是綜合考慮了飽和母液共飽點的溫度范圍和能耗節(jié)約，以最大程度蒸發(fā)分離出氯化鈉副產(chǎn)品，并有效減輕系統(tǒng)物料壓力為目的而確定的。
[0016]進一步，步驟(3)中，所述二段蒸發(fā)的溫度為80?120°C。所述溫度范圍是綜合考慮了飽和母液共飽點的溫度范圍和能耗節(jié)約，以最大程度蒸發(fā)分離出鉀芒硝/氯化鈉高溫混合鹽，并有效減輕系統(tǒng)物料壓力為目的而確定的。
[0017]進一步，步驟(5)中，所述二段轉化反應的溫度為20?40°C，時間為I?6h (優(yōu)選1.5 ?3h)0
[0018]進一步，步驟(6)中，所述再漿洗滌中，水的用量為硫酸鉀粗產(chǎn)品質量的10?30%，洗滌的時間為10?30min。
[0019]進一步，步驟(6)中，所述干燥的溫度為105?120°C，干燥的時間為I?6h (優(yōu)選2 ?3h)0
[0020]進一步，將步驟(3)所得二段蒸發(fā)母液冷卻后全部返回步驟(I)用于配料。二段蒸發(fā)母液通過循環(huán)使用可充分利用母液中含有的鉀和硫酸根資源，減少步驟(I)中氯化鉀和無水芒硝的原料用料，降低生產(chǎn)成本，提高鉀的收率。當系統(tǒng)運行穩(wěn)定之后，二段蒸發(fā)母液通過循環(huán)在本系統(tǒng)中重復使用，也可以用于其它硫酸鉀生產(chǎn)系統(tǒng)初始配料使用。
[0021]進一步，將步驟(5)所得二段轉化母液全部返回步驟(I)用于配料。二段轉化母液通過循環(huán)使用可充分利用母液中含有的鉀和硫酸根資源，減少步驟(I)中氯化鉀和無水芒硝的原料用料，降低生產(chǎn)成本，提高鉀的收率。當系統(tǒng)運行穩(wěn)定之后，二段轉化母液通過循環(huán)在本系統(tǒng)中重復使用，也可以用于其它硫酸鉀生產(chǎn)系統(tǒng)初始配料使用。
[0022]進一步，將步驟(6)所得再漿洗滌后的洗滌水返回步驟(5)用于配料。洗滌水可替代部分淡水，有效降低淡水用量。當系統(tǒng)運行穩(wěn)定之后，洗滌水通過循環(huán)在本系統(tǒng)中重復使用，也可以用于其它硫酸鉀生產(chǎn)系統(tǒng)初始配料使用。
[0023]步驟(2)、(4)所得副產(chǎn)品氯化鈉經(jīng)再漿洗滌，過濾，濾餅干燥后，得氯化鈉產(chǎn)品；所述再漿洗滌中，水的用量為氯化鈉產(chǎn)品質量的10?30%，洗滌的時間為10?30min ;所述干燥的溫度為105?120°C，干燥的時間為I?6h。洗滌水可返回步驟(I)使用。
[0024]本發(fā)明將芒硝法結合兩段強制蒸發(fā)和物理分選分離氯化鈉和鉀芒硝高溫鹽的方法制取硫酸鉀，解決了現(xiàn)有傳統(tǒng)工藝對一段轉化母液蒸發(fā)處理不完全，返回母液量大等缺點，有益效果具體體現(xiàn)為:
(1)本發(fā)明工藝通過蒸發(fā)分離和物理分選實現(xiàn)鹽鉀分離，分離純度高，所得硫酸鉀產(chǎn)品中K2O含量可達51.3%，符合GB 20406-2006《農(nóng)業(yè)用硫酸鉀》中的一等品標準，氯化鈉產(chǎn)品中NaCl含量可達99.2%，實現(xiàn)了硫酸鉀與氯化鈉精制鹽聯(lián)合生產(chǎn)，從而提高經(jīng)濟效益；
(2)本發(fā)明工藝中的一段轉化母液經(jīng)兩段強制蒸發(fā)后使返回母液量縮減近80%，系統(tǒng)循環(huán)物料量降低一半，大大縮小一段轉化裝置的規(guī)模，生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率可在原有基礎上提高I倍；
(3)由于本發(fā)明工藝采用了兩段強制蒸發(fā)和物理分選高溫鹽，較傳統(tǒng)循環(huán)蒸發(fā)-冷卻工藝，可大大降低鹽鉀分離的生產(chǎn)成本，且對母液處理較完全，可降低循環(huán)母液處理量，減輕系統(tǒng)壓力，有效節(jié)約能耗；
(4)本發(fā)明工藝簡單，通過循環(huán)配料可大大提高資源利用效率和鉀的收率，充分利用了我國現(xiàn)有的芒硝資源優(yōu)勢。
【具體實施方式】
[0025]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0026]本發(fā)明實施例所使用的化學試劑，如無特殊說明，均通過常規(guī)商業(yè)途徑獲得。
[0027]實施例1
(1)一段轉化:將無水芒硝(Na2SO4含量為85wt%)和氯化鉀與水進行混合配料，至系統(tǒng)中鉀元素的質量濃度為10.19wt%，硫酸根的質量濃度為12.72wt%，攪拌，在25°C下，轉化反應2h析出鉀芒硝后，進行固液分離，得鉀芒硝和一段轉化母液；
(2)—段蒸發(fā):將步驟(I)所得一段轉化母液在120°C下，經(jīng)一段蒸發(fā)相當于一段轉化母液質量21.4wt%的水后，進行固液分離，得氯化鈉高溫鹽和一段蒸發(fā)母液；
(3)二段蒸發(fā):將步驟(2)所得一段蒸發(fā)母液在110°C下，經(jīng)二段蒸發(fā)相當于一段轉化母液質量40.5wt%的水后，進行固液分離，得鉀芒硝/氯化鈉高溫混合鹽和二段蒸發(fā)母液；
(4)物理分選:將步驟(3)所得鉀芒硝/氯化鈉高溫混合鹽采用旋流器法進行物理分選，得鉀芒硝和氯化鈉；
(5)二段轉化:將步驟(1)、(4)所得鉀芒硝與氯化鉀和水進行混合配料，至系統(tǒng)中鉀