方 云

(國(guó)投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司 新疆維吾爾自治區(qū) 哈密 839000)

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硫酸鎂亞型含鉀鹵水制取硫酸鉀溫度控制分析

方 云

(國(guó)投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司 新疆維吾爾自治區(qū) 哈密 839000)

摘 要：始于2000年的硫酸鉀制作工藝起源于國(guó)投新疆羅布泊鉀鹽公司，該項(xiàng)自主研發(fā)并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝技術(shù)更是在2004年獲得了我國(guó)的科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。下文主要針對(duì)借助羅布泊鹽湖鹵水獲取硫酸鉀的過(guò)程中，溫度變化對(duì)于不同工序產(chǎn)品所產(chǎn)生的巨大影響以及鉀的實(shí)際收益的影響作用進(jìn)行分析，并針對(duì)其中存在的諸多問(wèn)題形成相關(guān)應(yīng)對(duì)措施，從而對(duì)相關(guān)工藝流程進(jìn)行改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)鉀收益的大幅提升。

關(guān)鍵詞：羅布泊鹽湖；硫酸鎂亞型含鉀鹵水；硫酸鉀；溫度

當(dāng)前來(lái)說(shuō)，全球使用的硫酸鉀生產(chǎn)方式極多，但是已經(jīng)形成工業(yè)化生產(chǎn)的方式主要分為以下幾種，即借助氯化鉀和各種硫酸根化合物進(jìn)行反應(yīng)轉(zhuǎn)化；借助可溶性的含有鉀元素的硫酸鹽形成硫酸鉀；以鹽湖鹵水為原料制取硫酸鉀。

1 對(duì)于硫酸鎂亞型鹵水提取硫酸鉀相關(guān)方式的介紹

羅布湖地處我國(guó)新疆地區(qū)，其湖水屬于硫酸鎂亞型鹵水，該種水質(zhì)為提取硫酸鉀的最好資源，但是該地周?chē)h(huán)境較為惡劣，工業(yè)生產(chǎn)條件極為惡劣，因此在羅布泊地區(qū)進(jìn)行硫酸鉀的生產(chǎn)不可能通過(guò)購(gòu)買(mǎi)氯化鉀實(shí)現(xiàn)，此外該地區(qū)嚴(yán)重缺水，因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不能選擇當(dāng)前國(guó)外流傳較為廣泛的生產(chǎn)方式。基于此，在此過(guò)程中應(yīng)當(dāng)充分借助羅布泊地區(qū)的鹵水制取硫酸鉀，并選擇與之相符的生產(chǎn)流程和相關(guān)工藝。國(guó)投羅鉀公司經(jīng)過(guò)將近四年的科研和實(shí)驗(yàn)，基本完成了硫酸鉀生產(chǎn)流程和相關(guān)工藝水平的提升，該種工藝方式能夠極大地提升相關(guān)資源利用的基本效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，是一種值得大力推廣并具有較強(qiáng)創(chuàng)新性的硫酸鉀生產(chǎn)方式。其實(shí)際生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 硫酸鉀生產(chǎn)工藝流程圖

2 外界溫度變化對(duì)于生產(chǎn)體系產(chǎn)生的巨大影響

2.1 鹵水溫度變化對(duì)于礦石質(zhì)量產(chǎn)生的影響作用

一是對(duì)于鉀混鹽礦產(chǎn)生的影響。鹵水溫度變化對(duì)于鉀混鹽礦質(zhì)量產(chǎn)生的巨大影響主要出現(xiàn)在冬季時(shí)期，當(dāng)鹵水整體溫度低于零下5℃時(shí)，鹵水中便會(huì)析出大量瀉利鹽，從而使得礦石中的鎂離子和硫酸根數(shù)量大大增加，但是鉀離子的含量卻急劇降低，最終使得礦石的整體品質(zhì)降低。此外，根據(jù)礦石的物理力學(xué)性質(zhì)分析，在溫度較低的冬季礦石潔凈速度相對(duì)放緩，晶體顆粒較大，礦石硬度大大提升，在實(shí)際采收時(shí)所產(chǎn)生的切割阻力和塊度都大大提升，實(shí)際作業(yè)效率低下，產(chǎn)能較低。

二是對(duì)于光鹵石礦的影響。在夏季溫度時(shí)鹵水溫度會(huì)超過(guò)30℃，此時(shí)光鹵石中的硫酸鎂和氯化鉀會(huì)出現(xiàn)部分轉(zhuǎn)移，從而形成鉀鹽鎂礬，首次影響使得光鹵石中的鎂離子含量急劇增加，最終使得礦石品位急劇下降。在此期間，光鹵石分解出的母液含量會(huì)不斷增加。此時(shí)的礦石物理力學(xué)性質(zhì)類(lèi)似于鉀混鹽，在冬季時(shí)期礦石的結(jié)晶速度也會(huì)大大減小，晶體的顆粒直徑增加，礦石的硬度也產(chǎn)生較大提升，但是由于光鹵石中缺乏鉀石巖，因此相對(duì)于鉀混鹽硬度較小，因此對(duì)于水采機(jī)的實(shí)際工作效率影響較小。

2.2 光鹵石實(shí)際分解效果受到分解液溫度的實(shí)際影響

一是光鹵石的石礦溫度往往會(huì)隨著鹽田鹵水的溫度變化而產(chǎn)生變化，光鹵石在實(shí)際分解過(guò)程中受到的影響主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：一是在溫度較高的夏季受到分解液溫度較高影響，在實(shí)際分解過(guò)程中氯化鉀和硫酸鎂將會(huì)發(fā)生反應(yīng)，形成鉀鹽鎂礬，進(jìn)而使得光鹵石的品質(zhì)大大降低；二是在溫度較低的冬季，分解液的溫度也會(huì)急劇降低，受此影響光鹵石中的氯化鎂的實(shí)際分解速度會(huì)大大降低，進(jìn)而使得分解過(guò)程中需求的母液數(shù)量大大增加。

二是分解液的溫度大大降低。光鹵石的分解液通常全部來(lái)自于混鉀洗滌液之后的母液，因此其實(shí)際溫度變化范圍較小。在溫度較高的夏季，混鉀洗滌液母液的實(shí)際溫度也會(huì)處于全年范圍內(nèi)較高的時(shí)期，因此此時(shí)的光鹵石溫度也會(huì)得到較大提升，其對(duì)于礦石的分解也會(huì)產(chǎn)生較大的影響作用，但是在光鹵石實(shí)際分解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量鉀鹽鎂礬，而產(chǎn)生的大量鉀鹽鎂礬會(huì)被浮選捕收劑完全捕捉，從而極大降低粗氯化鉀的基本質(zhì)量，對(duì)于混鉀中軟鉀的配入量產(chǎn)生極大地影響作用，進(jìn)而使得現(xiàn)有的生產(chǎn)平衡被打破，最終極大降低系統(tǒng)的產(chǎn)能。而在溫度較低的冬季，受到混鉀洗滌液母液溫度變化范圍較小影響，雖然光鹵石的溫度較低，但是母液的溫度卻處于全年的最佳狀態(tài)，因此最終的分解效果和選礦效率也處于最佳狀態(tài)。

2.3 鉀混鹽實(shí)際轉(zhuǎn)化過(guò)程中受到一轉(zhuǎn)液溫度的影響

在鉀石鹽、瀉利鹽以及鉀鹽鎂礬中加入淡水，經(jīng)過(guò)研磨之后在攪拌作用下轉(zhuǎn)化成為軟鉀，此反應(yīng)過(guò)程為吸熱過(guò)程，但是其實(shí)際轉(zhuǎn)化效率將會(huì)受到鉀混鹽礦和淡水實(shí)際溫度的影響，其中鉀混鹽礦的實(shí)際溫度將會(huì)伴隨著鹽田鹵水溫度的變化而產(chǎn)生較大變化，由于冬季外界溫度較低，往往會(huì)對(duì)一轉(zhuǎn)產(chǎn)生較大影響。

而淡水由于常年處于地下，水溫較為穩(wěn)定，長(zhǎng)期穩(wěn)定在15-20℃，但是在冬季因?yàn)闇囟容^低，礦石溫度也會(huì)急劇降低，受到疊加負(fù)效應(yīng)的影響，其實(shí)際轉(zhuǎn)化速度和轉(zhuǎn)化率也會(huì)大大降低。

2.4 二轉(zhuǎn)受到結(jié)晶器溫度的影響

作為軟鉀和粗氯化鉀的中間性產(chǎn)品，通常將其稱(chēng)之為二轉(zhuǎn)，借助結(jié)晶器對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化形成硫酸鉀，該反應(yīng)屬于吸熱過(guò)程，但是結(jié)晶器的溫度將會(huì)對(duì)反應(yīng)的實(shí)際轉(zhuǎn)化速率、鉀收率以及硫酸鉀晶體的大小以及最終的產(chǎn)品質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生極大地影響。

一是對(duì)于結(jié)晶器產(chǎn)能的影響。上述反應(yīng)的轉(zhuǎn)化速度以及硫酸鉀晶核的實(shí)際增長(zhǎng)速度都將對(duì)結(jié)晶器的實(shí)際產(chǎn)能產(chǎn)生較大影響，在常溫下晶核的形成速度較慢，因此二轉(zhuǎn)的速度也會(huì)逐漸減緩，單位容積結(jié)晶器的實(shí)際產(chǎn)能也會(huì)急劇降低。但是當(dāng)結(jié)晶器溫度較高時(shí)，硫酸鉀晶核形成的速度也會(huì)急劇增加，二轉(zhuǎn)速度也會(huì)急劇增加，單位容積結(jié)晶器的實(shí)際產(chǎn)能也得到了較大提升。

二是鉀收率的變化。在常溫狀態(tài)下隨著加入淡水量的增加，母液離子的濃度也會(huì)逐漸降低，結(jié)晶器中形成的E2母液含量也會(huì)增加，此時(shí)的結(jié)晶器所能夠形成的鉀收率也會(huì)大大降低。但是當(dāng)結(jié)晶器中的溫度得到提升時(shí)，當(dāng)加入的淡水量減少，母液中的離子濃度也會(huì)得到較大提升，而硫酸鉀的溶解度將會(huì)隨著溫度的變化而大大降低，因此結(jié)晶器所能形成的一次鉀收率會(huì)較大提升。

三是所獲得產(chǎn)品粒度的變化。在常溫狀態(tài)下，母液中的離子濃度也會(huì)處于較低水平，受到濃度差較小的影響，晶核的實(shí)際生長(zhǎng)速度也會(huì)大大降低，此時(shí)的晶體能夠得到較為充分的生長(zhǎng)，最終所形成的結(jié)晶體實(shí)際粒度也會(huì)較大。

四是最終產(chǎn)品的基本品質(zhì)。受到結(jié)晶器中實(shí)際反映效果影響，最終所能夠獲得的硫酸鉀基本質(zhì)量也會(huì)受到較大影響，而結(jié)晶器的實(shí)際溫度將會(huì)與反應(yīng)時(shí)間程反比例。在相同的時(shí)間中，當(dāng)溫度得到較大提升時(shí)，最終所獲得的產(chǎn)品質(zhì)量也會(huì)得到較大提升。

2.5 混鉀洗滌質(zhì)量受到E2母液溫度的影響

有效剔除軟鉀和粗氯化鉀中存在的細(xì)晶氯化鈉，從而確保二轉(zhuǎn)過(guò)程中形成的硫酸鉀產(chǎn)品的基本質(zhì)量是進(jìn)行混鉀洗滌的基本目標(biāo)。從而減少鉀芒硝在實(shí)際結(jié)晶過(guò)程中的析出。

一是實(shí)際洗滌速度。洗滌速度將會(huì)受到相關(guān)溫度的巨大影響，而溫度和洗滌速度通常會(huì)成正比例，而洗滌液的全部來(lái)源是結(jié)晶器分離硫酸鉀之后產(chǎn)生的E2母液。

二是對(duì)于氯化鈉的洗滌效果。氯化鈉的實(shí)際洗滌效果將會(huì)受到洗滌溫度、洗滌液的加入量、其實(shí)際化學(xué)組成以及洗滌時(shí)間的共同影響。

三是鉀收率的變化。在氯化鈉和氯化鉀同時(shí)飽和的溶液中，隨著溶液溫度的上升，氯化鈉的溶解度也會(huì)逐漸減小，而氯化鉀的溶解度則會(huì)不斷增加，兩者之間呈現(xiàn)出交叉關(guān)系。基于此，應(yīng)當(dāng)盡可能降低洗滌液的溫度以增加對(duì)氯化鈉的溶解度，此外還可以有效減少鉀的損失，進(jìn)而提升鉀離子的實(shí)際收率。

3 對(duì)于溫度的控制

（1）鹽田鹵水溫度所產(chǎn)生的變化，并對(duì)其進(jìn)行有效控制。借助日光對(duì)鹵水進(jìn)行充分蒸發(fā)，從而獲得相關(guān)巖鹽。但是在此過(guò)程中鹵水的實(shí)際溫度往往會(huì)受到季節(jié)變化的影響，此外鹽田鹵水的深度也會(huì)對(duì)鹵水的實(shí)際溫度產(chǎn)生較大影響。在夏季為了有效降低光鹵石鹽田中的鹵水溫度，通過(guò)對(duì)光鹵石的鹽田水位提升，從而降低光鹵石礦的基本溫度，最終減少鉀鹽鎂礬的生成量。在溫度較低的冬季，通過(guò)提升光鹵石鹽田的水位能夠?qū)崿F(xiàn)保溫效果，進(jìn)而提升礦石的溫度，減少鉀鹽鎂礬的析出量。（2）對(duì)于光鹵石分解溫度的有效控制。在夏季生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于混鉀洗滌液母液溫度的控制能夠保證對(duì)分解溫度的控制，另外，受到混鉀母液溫度下降，硫酸根和鎂離子的含量都會(huì)降低，其對(duì)于最終分解效果也會(huì)產(chǎn)生較大的促進(jìn)作用。在冬季生產(chǎn)過(guò)程中為了提升分解溫度，應(yīng)當(dāng)在分解槽中加入適量蒸汽進(jìn)行加熱，從而保證光鹵石分解的基本效果。（3）對(duì)于一轉(zhuǎn)母液溫度的控制。冬季生產(chǎn)一轉(zhuǎn)中加入的淡水應(yīng)當(dāng)借助太陽(yáng)能或者蒸汽對(duì)其進(jìn)行加熱，從而提升一轉(zhuǎn)效果。（4）對(duì)于硫酸鉀結(jié)晶器溫度的控制。根據(jù)硫酸鉀產(chǎn)品質(zhì)量以及產(chǎn)能的分析，應(yīng)當(dāng)盡可能保持結(jié)晶器溫度的穩(wěn)定性。（5）對(duì)于E2母液溫度的控制。最終的洗滌效果將會(huì)受到E2母液溫度的直接影響，而為了有效提升實(shí)際洗滌效果，應(yīng)當(dāng)保證E2母液的溫度始終處于20-25℃之間。（6）對(duì)于混鉀洗滌母液溫度的控制。光鹵石的最終分解效果將會(huì)受到混鉀母液溫度和化學(xué)實(shí)際組成成分的影響，而對(duì)于工藝控制穩(wěn)定性的控制將直接受到混鉀母液溫度和化學(xué)組成成分穩(wěn)定性的影響。

4 結(jié)論

由于含鉀硫酸鎂亞型鹽湖鹵水在生產(chǎn)硫酸鉀過(guò)程中涉及到的工藝系統(tǒng)較為龐大，進(jìn)行溫度控制的環(huán)節(jié)極多，更有大量環(huán)節(jié)難以實(shí)現(xiàn)人為控制，基于此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于溫度的控制將具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。保證溫度控制的穩(wěn)定性能夠極大地延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，保證能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期無(wú)障礙生產(chǎn)，此外對(duì)于系統(tǒng)的節(jié)能減排對(duì)于提升鉀收率有較大的促進(jìn)作用。

[參考文獻(xiàn)]

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Temperature Control Analysis of Potassium Sulfate in the Production of the Sub Type of Magnesium Sulfate

Fang Yun
(SDIC Xinjiang Lop Nor Salt Co. Ltd. the Xinjiang Uygur Autonomous Region Hami 839000)

Abstract:start in 2000 years of potassium sulfate production process originated in SDIC Xinjiang Luobupo potash company, the independent research and development and has independent intellectual property rights of technology is in 2004 won the first prize for scientific and technological progress in China. Below mainly to obtain potassium sulfate with the help of Lop Nur Salt Lake Brine Process and the effect of temperature changes for different process products generated huge influence as well as the potassium of actual income analysis, and for the existing problems related measures, from the relevant process improvement, and ultimately significantly enhance the yield of potassium.

Key words:saline lake in lop nor; magnesium sulfate; sub type potassium containing brine; potassium sulfate; temperature

作者簡(jiǎn)介：方云（1986-），男，漢，甘肅張掖人，本科，助理工程師，研究方向：硫酸鎂亞型鹵水制取硫酸鉀。