硫酸钾生产方法综述

硫酸钾生产方法综述

摘要：文章主要是分析了硫酸钾进行生产的几种工艺技术方法，同时讲解了其的特点以及主要工艺技术，望能为有关人员提供到一定的参考和帮助。

关键字：硫酸钾；工艺；综述

1、前言

硫酸钾是我国农业上重要的无氯钾肥，也是当前农作物中需要硫重要的补充来源。硫元素能有效提升到我国农作物的产量，还能明显改善到其的品质，由此可知硫酸钾中的硫也是农作物生产中所需要的重要营养元素。

2、硫酸钾生产工艺的现状

目前国内外生产硫酸钾的方法大体可分为三大类:一类是从硫酸盐型海湖盐卤水和地下卤水中提取,其产量约占10%～15%;二是用天然硫酸钾矿石或复杂组分的固体钾矿石制取,其产量占10%左右;三是转化法,即用含硫酸根物料与氯化钾转化制取硫酸钾,其产量约占75%。目前主要有以下几种工艺。

2.1、海湖盐卤水和地下卤水制取硫酸钾

海湖盐卤水制取硫酸钾早期主要有高温盐法和苦卤蒸发—浮选法以及离子交换法等方法。

2.1.1、高温盐法制取硫酸钾

此工艺是以盐化工厂氯化钾生产中的副产物高温盐为原料,将高温盐与氯化钾进行一段转化后,得到钾镁矾与氯化钠的混合物。然后向物料中加入脂肪酸胺盐类捕收剂和萜烯醇类起泡剂及系统所产矾母液制成浆料,送入浮选机内进行浮选分离得到软钾镁矾和工业盐。软钾镁矾再与氯化钾在水溶液中进行二段转化分离得到硫酸钾。本方法存在投资较高,设备费用较大,流程长,浮选药剂对产品的

质量有一定的影响等缺点。另外此方法由于还要使用艺产出的氯化钾作为原料投入,造成不必要的重复工作,增加了生产成本。

2.1.2、苦卤蒸发

浮选法此工艺是高温盐法制取硫酸钾工艺的进一步改进:用系统自产的光卤石与苦卤掺兑分离出苦盐后进行蒸发浓缩,蒸发至固相为NaCl、水合硫酸镁(MgSO4・H2O)、无水钾镁矾(K2SO4・2MgSO4)、光卤石和氯化钾的混合物,然后从混合盐中分离出纯净的无水钾镁矾和水合硫酸镁,再将其在15℃～66℃下转化为软钾镁矾(K2SO4・MgSO4・6H2O):2(K2SO4・2MgSO4)+2KCl+18H2O3(K2SO4・MgSO4・6H2O)+MgCl22(MgSO4・H2O)+2KCl+4H2OK2SO4・MgSO4・6H2O+MgCl2固液分离后的粗矾主要是软钾镁矾、KCl和NaCl的混合物。浮选出其中的NaCl,再加入按25℃K+、Mg2+//Cl-、SO2-4-H2O相图计算出的KCl和H2O的量,使之充分反应后,分离所得固相即为硫酸钾:K2SO4・MgSO4・6H2O+2KCl2K2SO4+MgCl2+6H2O此法减少了高温盐法制取硫酸钾工艺的操作步骤,系统不再产出氯化钾而是在工艺过程中用光卤石直接兑卤,从而简化了工艺流程,减少了工艺损失,提高了收率。同时将原兑卤法生产氯化钾改为生产硫酸钾,提高了产品的价值。但此工艺仍不可避免地存在由于浮选而带来的缺陷。

2.1.3、离子交换法

本项技术的工艺流程为:将海水通过装有天然吸附剂的交换柱,使钾离子吸附在离子交换剂上;再将系统的循环液通过离子交换进行叠加吸附;在高温下用热饱和卤水对交换柱中的钾离子进行洗脱,得到富钾淋洗液和循环液;将富钾淋洗液返回兑老卤,调整组成后进行一段蒸发,当达到氯化钠较大析出而无水钾镁矾接近饱和时,分离出固相并用富钾淋洗液洗涤、分离、干燥从而得到精盐;清液继续蒸发至无水钾镁矾析出较完全而氯化钾又不析出时结束蒸发;将蒸发完成液保温沉降,清液冷却制得光卤石和老卤;光卤石用统自产硫酸钾母液分解得到氯化钾和分解液,浆料通过浮选方法将硫镁矾与氯化钠分离,硫镁矾加水与氯化钾反应后分离得到硫酸钾和硫酸钾母液。本方法解决了在卤水制取硫酸钾过程中的如下问题:(1)由于卤水中钾离子和硫酸根不平衡而造成需添加氯化钾的问题;(2)由于本法可以

直接从海水中提取硫酸钾,因此为彻底解决我国硫酸钾资源紧缺问题,以及为我国钾肥的自给开辟了一条新途径。

2.2、钾盐矿石制取硫酸钾

该法是利用含钾硫酸盐的矿石(如杂卤石K2SO4・4MgSO4・2CaSO4・2H2O)、钾盐镁矾矿(K2SO4・MgSO4・3H2O)、明矾石(K2SO4・Al2(SO4)3・2Al2O3・6H2O 等经一系列的物理、化学变化获取硫酸钾的方法。我国的钾盐矿石制取硫酸钾技术虽都经过技术鉴定,但形成规模生产的仅有浙江温州化工厂。我国由于可利用的钾矿资源较少、品位低、分布具有地域性,以及工艺具有分离处理难度大、产品质量差、收率不高等缺陷,致使钾盐矿石制取硫酸钾,不能得到广泛的推广和应用。

2.3、氯化钾转化法

根据使用含硫酸根原料的不同,氯化钾转化法又可分为以下几种:

2.3.1、曼海姆法

19世纪末期德国的MannheimVereim首创了以氯化钾和硫酸为原料制得硫酸钾的方法,即曼海姆法,该法目前生产工艺最为成熟,其主要反应式

为:2KCl+H2SO4(浓)K2SO4+2HCl从反应机理看,实际上该反应分两步进行:第一步是在较低温度下进行的硫酸分解氯化钾的放热反应,2KCl+H2SO4(浓)KHSO4+HCl+Q 第二步是在高温下硫酸氢钾与氯化钾的吸热反应,KHSO4+KClK2SO4+HCl-Q该法的优点是:所得产品硫酸钾的品位较高(W(K2O)50%～51%),而且几乎没有损失,钾的收率也比较高。该法的缺点是:由于在高温强酸的条件下进行反应,故设备腐蚀严重,单炉生产能力的提高比较困难,维修量较大,投资费用较高,并且副产盐酸,市场难以畅销。

2.3.2、缔置法

该法是我国自行研究开发的,以氯化钾、硫酸和氨为原料,经缔合、置换和解缔等反应生产硫酸钾的方法。其基本的工艺原理是:利用有机溶剂对盐酸和硫酸亲和力不同的性质来制取硫酸钾。首先用不溶于水的有机缔合剂硫酸缔合;其次

在氯化钾溶液中,利用氯离子将缔合剂上的硫酸根置换下来,从而获取硫酸钾溶液;最后此溶液进入结晶系统产出硫酸钾。为了使有机缔置剂能够循环利用,需要用

氨进行解缔,使氨与缔合剂上的氯结合生成氯化氨,解缔后的母液返回循环使用。该法是在常压下操作,反应温度低,腐蚀性小,设备寿命长,产品质量较高,投资少,成本低且无污染,副产品氯化铵也是很好的肥料。但该法在工业化进程中遇到的

一些难题仍未解决,比如工厂的规模都偏小,而且生长过程中缔合剂有损失,甚至“中毒”,材料选择要求高,因此使生产很不理想。

2.3.3、复分解法

复分解法是利用各种含硫酸钾的可溶性盐类与氯化钾进行复分解反应制取硫酸钾的生产方法,按照其中可溶性硫酸盐种类的不同,复分解法又可以分为以下几种类型:

2.3.3.1、硫酸氢钾法

硫酸氢钾法是指加碱中和硫酸氢钾的方法,即通过在氯化钾和硫酸反应的过

程中移走生成的氯化氢气体的同时加入一种碱性物质以破坏KHSO4结构的方法直接制得硫酸钾。该反应在常温常压下水体系中进行,一般以氨为最佳的碱性物质,并且氨还能使硫酸钾在水中的溶解度急剧降低而以较纯的结晶态析出。反应式为:Cl+H2SO4KHSO4+HCl↑KHSO4+KCl+NH3・H2OK2SO4+NH4Cl+H2O硫酸氢钾法反应

温度低、能耗小、对设备腐蚀小、设备使用寿命得以延长;反应完全、快速、工

艺简单、成本低;钾的收率高、产品含量低、纯度高、质量好,可适于各种规模、不同规格的硫酸钾的生产。

2.3.3.2、硫酸铵—氯化钾法

硫酸铵—氯化钾法是利用硫酸铵和氯化钾在溶液中的离子反应和反应产物的溶解度差异,通过控制反应物的浓度和反应温度,从而分离制取硫酸钾和氯化铵的方法。

3、硫酸钾生产新工艺