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氯化钾，中文别名：缓释钾；补达秀，英文名称：Potassium chloride。性质稳定，与强氧化剂不相容。白色晶体，味极咸，无臭无毒性。易溶于水、醚、甘油及碱类，微溶于乙醇，但不溶于无水乙醇，有吸湿性，易结块；在水中的溶解度随温度的升高而迅速地增加，与钠盐常起复分解作用而生成新的钾盐。
光卤石冷分解即在常温下加水分解 ,光卤石的分子式为 :KCl·MgCl2·6H2O,实际盐田生产的光卤石是纯光卤石与部分氯化钠、水不溶物的混合物 ,其分解原理为: KCl·MgCl2·6H2O +NaCl + nH2O KCl (固相) + NaCl (固相) +MgCl2(液相) + ( n + 6) H2O + KCl (液相) + NaCl (液相)。分解的目的是尽可能使 MgCl2全部转入液相 ,并使 KCl溶解最少[1]。
冷分解-浮选法是国外最早传统加工工艺在国内的实现 ,尽管比国外落后了 60多年 ,毕竟实现了工厂连续的生产,为大规模生产奠定了基础。同时相应实现了光卤石矿的盐田化生产,使原矿质量到产品质量得到了人为的控制。主要方法是将盐田晒制的光卤石矿旱采运至加工厂 ,经加水分解 ,在高镁母液中加入十八胺药剂将氯化钾以泡沫形式刮出 ,经洗涤、分离、干燥得产品[2]。
冷分解浮选法产生氯化钾工艺流程
作为传统的氯化钾生产工艺 ,该工艺有如下的优点 : ( 1)工艺可靠 ,由于该工艺的开发与研究较早 ,经过多年来的不断完善 ,工艺流程已趋于成熟。 就浮选本身而言 ,胺类捕收剂作为氯化钾的捕收剂性能良好 ,选别效果明显。 ( 2)工艺流程简单 ,如前所述 ,冷分解 —浮选工艺可以分主要两步 :一是光卤石的冷分解 ,二是分解料浆的浮选 。
以十八胺作捕收剂 , 2#油作起泡剂浮选出氯化钾 ,实现氯化钾与氯化钠的分离 ,所得粗钾产品经再浆洗涤即得氯化钾成品。 但该工艺也有自身的缺陷 ,主要表现在 : (1)系统回收率较低 ,产品质量不易提高。 采用冷分解 - 浮选法工艺 ,氯化钾回收率只有 40% ～50%。
氯化钾最高品位在90% ～92%之间 ,该工艺对原矿性质的稳定性要求较高 ,对工艺操作控制要求严格 ,操作控制的失误易造成回收率和产品质量的降低 ,如给矿控制 、分解水量控制 、浮选操作 、浮选药剂等对回收率和产品质量都有影响。 (2)产品粒度细 ,不易干燥 ,该产品粒度为 170目 ( + 0. 088 mm)占 81. 09%[3]。
当原矿光卤石在饱和的浮选介质中加入专用药剂 ,选择性地增加了细盐 (NaCl)表面的疏水性 ,而不增加原矿中光卤石的疏水性 , NaCl粘附在浮选机内的气泡上 ,上浮到矿浆表面 ,被刮板刮出 ,而光卤石则留在矿浆中 ,脱卤后即得低钠光卤石。低钠光卤石进入结晶器 ,加水进行分解 、结晶 ,控制其分解条件 ,使溶液中 KCl过饱和 ,达到常温下使 KCl晶体长大的目的 ,而 NaCl则呈不饱和态而留在液相中 ,经过滤并加淡水洗涤后 ,即得高品位KCl产品 [4]。
反选洗冷结晶法生产氯化钾工艺流程
该法是目前世界上较先进的加工工艺 ,在中国的钾盐重地察尔汗也经历了近 10年的开发阶段 ,主要方法是将深水盐田光卤石经水采管输至加工厂 ,加入钠浮选剂 ,将光卤石提纯 ,经分离将氯化钠含量低于 6%的光卤石在结晶中控速分解 ,得到的粗钾经洗涤分离干燥后得精钾产品。该工艺在浮选过程中不仅能浮选出大部分氯化钠 ,还能选出部分水不溶物 ,提高了氯化钾的回收率和氯化钾质量 ,生产的氯化钾产品含量高 、粒径大、水份低。
目前 ,以光卤石为原料制取氯化钾的反浮选 - 冷结晶法的综合回收指标为 :氯化钾产品的品位可稳定控制在 KCl≥90% ,最高可达 95% ,氯化钾回收率为 59% ～62% ,氯化钾平均粒径为 0. 2 mm,水份 < 3%。 缺点是工艺流程复杂 ,操作控制等不方便 ,在浮选及结晶的操作过程中精度要求较高。
光卤石经冷分解及过滤与母液分离后所得固相 ,其成分主要是氯化钾和氯化钠及少量不溶物 。 由于氯化钾和氯化钠在不同温度条件下的溶解度存在差异 , NaCl的溶解度几乎不随温度变化而变化 ,而 KCl的溶解度却随温度升高而显著增大 ,这种情况在两盐共饱和时更为显著。 据此 ,可通过一定的方法分离出 KCl。
热溶结晶法又分全溶结晶法和冷分解热溶结晶法两种 。 全溶结晶法是将光卤石全部进入热水溶解 ,再将热溶液冷却结晶出氯化钾 。 冷分解热溶结晶法是将光卤石矿冷分解即冷溶除去氯化镁 ,过滤后再热溶。
此法较上法可省去一部分能耗 ,但多一道工序。 热溶结晶法的特点是产品纯度高 ,可达到 90%以上甚至 98%以上 ,而且粒度很好 ,但是能耗大 ,成本高 ,设备腐蚀严重 ,工艺操作也比较复杂 。 察尔汗地区曾经有一个万吨的冷分解热溶车间 ,生产数年 ,后因成本过高而停产 ,而约旦使用的主要工艺就是冷分解热溶法。
冷却溶析结晶-反应萃取结晶耦合结晶法由天津大学国家工业结晶技术研究推广中心自主开发。 该工艺原理是 :以一定的降温速率将高温溶浸液降温 ,同时在适当的时候加入高镁母液 ,使其中的氯化钾和氯化镁结合成光卤石析出 ,待温度降至设定终点温度时 ,再经过沉降分离 、过滤脱卤得到固液两相 ,固相作为下一步反应萃取结晶的原料 ,液相用来提取卤块 。
由于冷却溶析结晶得到的固相产品中含有光卤石和少量氯化钠 ,其各项性质与光卤石比较相似 。 当 KCl、 NaCl、MgCl2 三盐共存时 ,MgCl2的溶解度较高 ( 37. 46g MgCl2/100g H2O ) ,所以光卤石与水反应产生的 MgCl2全部进入液相;而 KCl的溶解度较低 ,在光卤石溶解后的溶液中具有一定的过饱和度 ,使 KCl结晶析出,因此 ,光卤石与水的反应萃取结晶过程包括复盐光卤石溶于水发生分解反应及在光卤石的水溶液中氯化钾达到过饱和而析出晶体这样两步反应的复杂过程。
该工艺改变传统的将光卤石原料和分解液一次性混合为在室温下将冷却溶析结晶固体产品以一定的速率缓慢加入到分解液中 ,溶液中的氯化镁的含量会随着固体原料的加入而增加 ,由相图可知 ,在氯化钾的饱和溶液中溶液中氯化镁含量的增加又利于氯化钾的析出 ,这也为反应萃取结晶过程的氯化钾的结晶析出提供了推动力。
应用这种工艺可以得到粒度较大、纯度较高 、符合国家工业一级要求的氯化钾产品,而且在能耗方面会比传统工艺低很多。该工艺现在处在实验室研究阶段 ,还未进行工业化 ,但为以后的工业化奠定了基础。
综上所述 ,冷分解-浮选法由于有许多弊端 ,在国内外大型装置中已慢慢淘汰 ,但国内一些小装置仍在生产。 热熔结晶法由于能耗高 ,对设备的腐蚀较严重 ,相应地需要价格较高的防腐蚀设备和材料 ,因此建设投资高 ,相应的装置也仅在维持生产而没有扩建。
反浮选 - 冷结晶法是目前发展较好的一种工艺 ,它在冷态下既能生产出粒度大 、质量好的产品 ,又因操作温度低而使设备腐蚀轻微 ,建设投资不高 ,只要有比较好的反浮选药剂 ,做好设备设计 ,控制好操作条件 ,就可以达到预期目的。 冷却溶析结晶 - 反应萃取结晶耦合结晶法是一种新兴方法 ,但现在还只在实验室研究阶段 ,如能突破工业化则将会比较好的应用 。
1.主要用于无机工业，是制造各种钾盐或碱如氢氧化钾、硫酸钾、硝酸钾、氯酸钾、红矾钾等的基本原料。
2.医药工业用作利尿剂及防治缺钾症的药物。
3.染料工业用于生产G盐，活性染料等。
4.农业上则是一种钾肥。其肥效快，直接施用于农田，能使土壤下层水分上升，有抗旱的作用．但在盐碱地及对烟草、甘薯、甜菜等作物不宜施用.
5.氯化钾口感上与氯化钠相近（苦涩），也用作低钠盐或矿物质水的添加剂。此外，还用于制造枪口或炮口的消焰剂，钢铁热处理剂，以及用于照相。
[1]王石军. 冷分解 - 浮选 - 洗涤法制氯化钾的加水量控制 [ J ]. 1999,12 (2) : 36 - 39.
[2]钱晓杨. 日晒法生产氯化钾工艺的研究 [ J ]. 海湖盐与化工 , 1998,28 (1) : 29 – 30.
[3]方勤升 ,王庆生 ,钱晓杨 ,等. 反浮选 - 冷结晶生产氯化钾工艺过程的优化 [ J ]. 无机盐工业 , 2001, 33 (4) : 32 –33.
[4]蔡生吉 ,马国华 ,屈亚林. 用盐湖卤水生产氯化钾反浮选冷结晶工艺流程 [ J ]. 无机盐工业 , 2005, 37 (5) : 10 –11.
[5]张建民. 氯化钾生产工艺研究进展[J]. 广州化工, 2010, 38(10):55-56.