以高低温盐和氯化钾为原料_由钾芒硝转化法生产硫酸钾

第27卷第5期　　　　　　　　　　　海湖盐与化工　　　　　　　　　　　　　　　　　27

以高低温盐和氯化钾为原料,

由钾芒硝转化法生产硫酸钾

苑庆忠　(山东轻工业学院化工系　济南　250100)

马德茹　(山东省盐业学校　青岛　)

内容提要　通过相图分析, 提出了以高低温盐及氯化钾为原料、借助于钾芒硝(Na 2SO 4. 3K 2SO 4, Gla ) 为中间复盐, 转化法生产硫酸钾的方法, 设计了工艺流程并进行了物料计算。

关键词　高低温盐　钾芒硝　转化法　硫酸钾

Abstract 　T hroush analy sing of phase diagram , We have presented a trans formatirn methoel to produce po tassium Sulphate , w ith hig h -low temperarure Salt and Potassium Chloride as raw meterial and with the holp of G laesnite (Na 2SO 4·3K 2SO 4, Gla ) ao medium salt , We have designed a techndogical process and made metirial Calculations .

Key words 　Hhig h -low temperatare salt 　Glasenite , transfo rma tio n mer tocl 　Po tassium sulphate

　　据报导, 我国目前硫酸钾的年产量在30万吨以下而下个世纪硫酸钾的需求量将达120万吨, 有人预测, 在今后一个相当长的时期内, 我

国硫酸钾将处于供不应求的状况, 因此, 各种硫酸钾生产工艺的研究和开发成为近年来钾盐研究的一个热点。

在海盐苦卤综合利用中, 传统的提钾方法是兑卤法生产氯化钾, 对于已有兑卤法生产氯化钾车间的盐化工企业, 可在原氯化钾生产工艺基础上改造后生产硫酸钾。目前, 进行这种改造的主要做法有:先将兑卤法生产氯化钾工艺中的高低温盐用机械分离方法(如:浮选, 旋液分离等) 进行分离, 获得硫酸镁, 然后再用硫酸镁与氯化钾作用生成中间复盐软钾镁矾, 最后通过分解软钾镁矾与氯化钾的混合物获得产

品硫酸钾; 也有借助于五元体系介稳相图, 先将高低温盐与氯化钾转化为含氯化钠的软钾镁矾, 然后再通过机械和相平衡转化法获得硫酸

钾。

=

通过对Na +、K +、M g ∥Cl -、SO 4-H 2O

五元体系各温度下的相图分析, 我们发现, 借助于钾芒硝这种复盐可设计出另一条生产K 2SO 4的路线, 而且该工艺不需机械分离方法, 因为在高低温盐与氯化钾转化为含氯化钠钾芒硝的过程中, 体系得到自然减元(从五元变为四元) 。对于含氯化钠钾芒硝, 通过Na 、K 、∥Cl 、=SO 4-H 2O 四元体系相图分析, 可将其转化为硫酸钾。1　相图原理

1. 1　高低温盐的组成

++-

表1　高低温盐的组成

　　　　　　　　　　　　　　　　　28海湖盐与化工　　　　　　　　　　　第27卷第5期高低温盐主要成份为氯化钠和硫酸镁, 我们选取原山东羊口盐场化工厂氯化钾车间查定资料(1983) 中高低温盐的组成为依据, 其组成见表1。1. 2　相图分析

图1, 图2分别为25℃及100℃时Na +、

=K +、Mg ∥Cl -、SO 4-H 2O 五元体系平衡相

图, 按表1高低温盐的组成标于图1为M 点。1. 2. 1　由高低温盐与氯化钾制含氯化钠钾芒硝

连结图1中M 点与A 点的直线MA 串过Gla 的结晶区, 掌握配料点为O 1点, 只要水量及钠量合适, 就能分离出Gla (含氯化钠) 和母液E 1。1. 2. 2　含氯化钠钾芒硝洗涤制Gla

=

含氯化钠钾芒硝为Na +、K +∥Cl -、SO 4

-H 2O 四元体系, 该体系25℃时的相图见图3。含氯化钠钾芒硝应当在图3的G 2(Gla 的图相组成点) 及D 点的连线上, 后经物料计算知位于G 1点, 对G 1点配以适量的水, 可洗去氯化钠, 得到纯净的复盐Gla 和母液E 2

。

Lan —无水钾镁矾(K 2SO 4·2M gSO 4)

1

Low —钠镁矾(Na 2S O 4·M gSO 4·2H O )

2=

图2　100℃时Na +、K +、M g ∥Cl -、SO 4-H 2O 体系相图

　　　Gla —钾芒硝(Na 2SO 4·3K 2SO 4)

Pic —软钾镁矾(K 2S O 4·M gSO 4·6H 2O ) Ast —白钠镁矾(NaSO 4·M gS O 4·4H 2O ) Leo —钾镁矾(K 2S O 4·M gSO 4·4H 2O ) Kai —钾盐镁矾(KCl ·M gS O 4·3H 2O ) M 7—七水硫酸镁(M gSO 4·7H 2O )

Car —光卤石(KCl ·M gCl 2·6H 2O )

+

=

图1　25℃时Na 、K +、M g ∥Cl -、SO 4-H 2O 体系相图

=

图3　25℃时Na +、K +∥Cl -SO 4-H 2O 体系相图

1. 2. 3　Gal 和KCl 转化制K 2SO 4

从图3可见, 将Gla 与KCl 配料, 掌握配料O 2, K 2SO 和母

第27卷第5期　　　　　　　　　　　海湖盐与化工　　　　　　　　　　　　　　　　　29液E 3。

1. 2. 4　母液及混盐的回收利用

①E 1的利用

将E 1标在图2中, 对其蒸发过程的相图分析结果列于表2中。

表2　母液E 1蒸发过程的相图分析

阶固相点

段轨迹轨迹轨迹

E 11234567

↑E 1↑E 1↑E 1↑E 1↑E 1↑E 1↑E 1

E 1

-过程情况

　　由此可见, 对E 1蒸发(100℃) , 可得混盐S 4和母液L 4, 由S 4在图1上的位置可知, 当水量和钠量合适时, 可从中获取含氯化钠Gla , 因此, 可将混盐S 4返回制含氯化钠Gla 工段。母液L 4在25℃时(见图1) , 可析出NaCl 和KCl 混合物和母液E 4, 前者可去光卤石分解洗涤制KCl 工段, 后者可去冷却制光卤石工段。

②E 2利用

经分析, E 2在25℃时已没有再利用的价值, 由E 2在图3中的位置可知, E 2以含NaCl 为主, 可将其返回复晒滩参加卤水的复晒制盐。

③E 3的利用

从图1可见, E 3含有大量的KCl , 可将其返回制含氯化钠Gla 工段。

2　工艺流程设计

综上分析, 可设计出图4所示的原则流程

↑↑蒸发失水, NaCl 析出, 直到对Lo w 饱和

Low , S 1E 1↑L 1↑L

2↑L ′2↑L 3↑L 3↑L 4

↑Low , S 1↑Lan , S 2↑Lan , S 2↑S 3↑S ' 3↑S 4

NaCl 和Low 共析, 到对Lan 饱和Low 转溶, NaCl 和Lan 共析NaCl 和Lan 共析, 直到对KCl 饱和NaCl +Lan +KCl 共析, 到对M 1饱和Lan 转溶, Na Cl +KCl +M 1共析NaCl +KCl +M 1共析, 到对Car 饱和

4

　　　　　　　　　　　　　　　　　30海湖盐与化工　　　　　　　　　　　第27卷第5期3　物料计算3. 1　物料平衡计算

对流程图4可以写出下列物料平衡关系:转化(I ) :WJ 1+M +A 1+S 4+E 3※G 1+E 1洗涤:G 1+WJ 2※G 2+E 2

转化(Ⅱ):G 2+WJ 3+A 2※B +E 3

回收(蒸发) :E 1※WZ +S 4+L 4总过程:M +A 1+A 2+WJ 1+WJ 2+WJ 3※　　　B +E 2+L 4+WZ

依据上面的物料平衡关系, 分别对(K 2+= =

M g +SO 4) 、K 2, SO 4Na 2及H 2O 列物料平

衡算式, 可得一组线性方程组, 用Gauss -Jordan 法在微机上进行求解, 计算过程从略。表3列出了图4, 稳定循环时, 产1kg K 2SO 4各

中间物料的量。

3. 2　钾、硫酸根离子收率

进入本系统的钾离子量:m ×1. 99%+a 1+a 2=8. 0857(moL )

回收钾离子量:b ×50%=5. 7385

钾离子收率:η×100%=70. 97%K +8. 0857

=

同样可算出硫酸根的收率:η78. 82%SO 4=

表3　图4流程稳定循环时各物料量(以产1kgK 2SO 4为基准)

物料名称高低温盐氯化钾加　水混　盐母　液含钠钾芒硝母　液加　水钾芒硝母　液加　水氯化钾硫酸钾蒸发水母　液完成液

代号M A 1WJ 1S 4E 3G 1E 1WJ 2G 2E 2WJ 3A 2B WZ L 4Q

11. 3

2. 6

5. 0

915

12. 155230. 3006

10050

050

00

00

42. 8644. 26

57. 1455. 74

14. 29235. 85

04092

3092. 5942. 8622. 6

357. 457. 1421. 8

5844. 5853. 3836. 2

[1**********]

K 2

=

Z 值(mol /K 2+M g +SO 4=100mol )

=SO 4

Na 2

重　　量

H 2O 220. 090

+M g +=(K 2SO 4) , mol

g 2628. 7502. 25800. 12920. 72255. 11783. 512316. 01621. 6995. 32404. 11610. 2649. 710006122. 33283. 96193. 6

1. 99100

40. 210

32. 010

18. 10673. 3680-18. 14543. 358812. 678330. 3006-10. 47852. 1998-4. 357411. 477

4　讨论

①通过相图分析提出了以高低温盐及氯化钾为原料, 以Gla 为中间复盐生产硫酸钾的工

艺流程; 由于高低温盐与氯化钾转化为含氯化钠钾芒硝的过程本身是一个减元过程, 因此不需机械分离方法。

②本文提出的工艺与兑卤法生产氯化钾工艺配套使用, 基本无混盐及母液排放, 因此物料利用充分, 经计算, 进入本系统物料的K 收率

可达70. 97%。

(收稿日期:1998. 03. 02)

+