鉀堿循環利用技術研究

黃仕哲，陳仕英，何軍禮

（陜西大秦鉀業有限公司，陜西西安 710000)

鉀堿循環利用技術研究

黃仕哲，陳仕英，何軍禮

（陜西大秦鉀業有限公司，陜西西安 710000)

通過介紹鉀堿的國內外產需現狀，對我國鉀堿工業如何利用先進的工藝技術并且循環利用以達到廢水廢氣資源化，同時經濟效益和社會效益最大化提出了建議。

鉀堿；循環利用；經濟效益；社會效益

1 鉀堿國內外發展現狀

鉀堿，即碳酸鉀，隨著工業的迅猛發展，它作為基本的無機化學原料需求也迅速增長，由于其應用廣泛，因此世界上幾大生產國紛紛擴大生產規模，并對其進行循環利用技術研究，以求在能滿足國內需求的基礎上擴大出口。

1.1 我國鉀堿現狀

鉀堿被廣泛應用醫藥、食品、燃料、橡膠、玻璃行業，主要用于計算機和電視顯示器的顯像玻璃管中，近幾年，我國鉀堿工業發展日益迅速，生產幅度也逐年增加，生產能力大幅上升，各個化工廠都致力于對先進技術的研究。

1.2 國外鉀堿現狀

鉀堿主要的生產國有日本、美國、韓國等，歐洲主要集中在法國、德國、意大利等國家。對于日本來說，雖然總生產力不斷提高，仍然不能滿足國內的需求，每年都需要從國外大量進口碳酸鉀。由于進入互聯網經濟時代，對于計算機的需求猛增，因此碳酸鉀的需求也隨之大量增加。對于美國來說，鉀堿的市場主要是用作計算機和電視的顯示器陰極射線管，占據50%，其余均勻分布在醫藥、化工、食品等領域。對于歐洲國家如意大利、西班牙、法國等，其生產能力不斷提高，基本能滿足該地區的需求增長。

2 生產工藝改進情況

鉀堿的生產工藝從20世紀50年代到90年代出現了不同的技術，如草木灰法、電解法、離子交換法、離子膜–流化床法、路步蘭法、有機胺法等，如今廣泛使用的則是離子交換法和離子膜–流化床法，這兩種方法由于產品質量好，工藝相對簡單，成本較為低廉，更加適應大規模的工業化生產。其余幾種方法由于使用的局限性，已經逐漸被淘汰。

2.1 我國主要采用離子交換法

離子交換法是一種利用離子交換劑中的可交換基因與溶液中各種離子間的離子交換能力的不同來進行分離的一種方法。是70年代首創的鉀堿的生產工藝，這項工藝以氯化鉀溶液和碳銨液反應交換，然后通過一系列程序如蒸發、碳化、離心分離、煅燒以及干燥等最終得到符合標準的成品。國內大部分化工廠都采用這一工藝，并將它不斷改進，由于其產品質量達標、流程相對簡單、成本較低、耗能少這些優勢，這已經成為最優的鉀堿生產工藝。它可以充分利用生產過程中的二氧化碳和氨水，從而達到循環利用。

2.2 國外大量采用的離子膜–流化床法

發達國家普遍采用離子膜–流化床法來生產鉀堿，它一般通過氫氧化鉀溶液與二氧化碳結合生存碳酸鉀，再經過2次降溫，將溫度降到低于70℃，符合標準的制成成品，不合格的部分會粉碎回流。它的優勢在于自動化程度高，產品質量穩定，工藝簡便，雜質少，純度高而廣泛使用，我國只有一家工廠采用這種工藝，主要是從外國引進，需要大量資金。

2.3 近年改進有機胺法以達到循環利用

鑒于離子交換法和離子膜–流化床法的局限性和成本高等問題，我國的科研人員開始重新對有機胺法進行研究和突破。試圖以氯化鉀為原料，低沸點的有機胺沸被提到，如今改用低毒性高沸點的有機胺法作為新的萃取劑。同時，作為再生劑的石灰也被替代，采用氨作為再生程序。改進后，氯化鉀的利用率大幅提高，甚至能達95%以上。經過大量的實驗，并經過工業化試驗后，用氨替代石灰時10min就可以達到90以上的再生率。再經過反復的碳化、再生循環利用后，在工業生產中完全可以達到循環利用。整個過程中沒有任何的工業廢液排出，從而達到清潔化生產，而且其生產的副產品工業氯化銨，也是這一流程的產物。綜上所述，改進版的有機胺法很有應用前景。

2.4 對旋轉式連續離子交換法生產技術進行試驗

由于離子交換法生產碳酸鉀存在局限性而且碳酸鉀市場短暫的停滯，我國某工廠曾停產來進行技術改造，對旋轉式連續離子交換法進行小型的工廠模擬試驗，達到了比較滿意的效果。這種旋轉式連續離子交換系統是由美國的高級分離技術公司開發，并且經過不斷的改進和完善，已經廣泛地應用于各行各業，鉀堿行業則是第一次投入使用，效果理想。與之前的離子交換法相比，它采用短小樹脂床，因此可以最大限度的利用原材料，在整個工藝程序中，任何狀態下的樹脂都沒有閑置和廢棄。與此同時，小容積樹脂床與再生劑的接觸中，再生劑的用量減少，因此廢液比較少，易于回收再利用。而且還能減少投資，成本預算大幅減少，不僅實現了生產過程中的循環利用和連續化，而且還可以較為徹底地解決廢水廢液的排放問題，增加了社會效益。

近年來，我國鉀堿工業雖然取得了較快的發展，但是在總體上仍然落后于發達國家，在以下幾個方面存在較大的差距。首先，沒有形成完整的工業體系，在數量、質量、規格上還有一定的欠缺，不能適應行業的發展要求，尤其是高精尖行業的要求。國外的發達國家都采用離子膜生產工藝，而我國采用的離子交換法在質量上競爭優勢不強。其次，生產技術水平低，受企業實力、科技水平等方面的影響，我國的鉀堿生產水平普遍低于發達國家，自動化水平低。最后，環境污染成為制約鉀堿產品發展的重要因素，我國的碳酸鉀生產主要采用的離子交換法會排放出大量含有氯化銨的廢液，并且缺乏有效的回收裝置，隨著建設資源節約型、環境友好型社會倡導下，社會效益已經重于經濟效益，為我國帶來了全所未有的挑戰。

3 鉀堿工業展望及發展建議

3.1 大力實施離子膜–流化床法鉀堿

國外很多發達國家普遍采用的離子膜–流化床法生產的碳酸鉀產品質量好，無廢液排放、資源利用率高，將來很有可能代替我國的離子交換法生產的鉀堿產品。鑒于產品質量的高要求，我國未來將致力于研發離子膜電解的主要設備，以達到高的投資回報比，而且回收期和成本都大幅降低。而且我國在人力以及各種資源都有著無可比擬的優勢，未來我國有望成為最大的鉀堿的生產國之一，在鉀堿原料以及各項產品的出口上都很有競爭力，但前提一定是嚴格高標準的質量保證。并且我們應該大力發揮各地的地方資源優勢，并將其轉換為產品得到成本優勢、市場優勢等，進一步形成產品獨特的競爭力。

3.2 改進離子交換法工藝并發揮生產流程的優勢

3.2.1 提高鉀離子利用率

根據化學平衡原理，在交換的過程中控制碳酸氫銨的流量、含量以及各種比例條件，可以提高鉀離子的利用率

3.2.2 交換過程反洗、正洗、洗氯離子用水

根據生產過程中的洗氯離子過程時間縮短的情況，確定正洗、反洗、洗氯離子用水的流量，使得漂洗過程中用水量減少，達到節約用水、保證產品質量的目的

3.2.3 強化碳化效果

利用高純度的生產過程中產生的二氧化碳，控制碳化液溫度，加大碳化壓力，這也能提高鉀堿產品的質量，降低蒸汽損耗，提高生產效率。

最后鑒于離子交換法在我國長時間占據主導地位，有其存在的必然優勢，我們應該充分發揮其優勢的基礎上，降低成本，提高產品質量，擴大產能，從而緩解結構性短缺的矛盾，實現這些的必然路徑就是在工業程序上下手，形成一個完整的產業鏈，以期降低成本，從而增加本地鉀堿的競爭力。

3.3 繼續深入研究旋轉式連續離子交換法和改進的有機胺法

旋轉式連續離子交換法和改進后的有機胺法能夠徹底解決排放的氯化銨廢水的問題，但是由于設備和生產裝置等問題止步不前，存在成本過高以及不可知的危險性，但是基于整個行業的發展進步以及全球環保的角度來說，國家應該投入各項科研基金，在國企中帶頭首先示范。

3.4 建立和完善創新機制，發揮規模經濟

鉀堿具備一定規模才能創造更多的經濟效益，應該通過一系列手段發揮規模經濟，比如資源節約化、產品流程化、結構合理化等措施，并且加大人才引進，建立健全科技創新機制，引進和開發兩手抓，提高科技研發資金的投入，有關機構加強產學研合作，重視新技術、新工藝、新設備的開發和引進，加速科技成果的轉化。

3.5 大力推廣清潔生產，提高社會效益

由于我國目前大量采用的是離子交換法生產鉀堿，這一工藝排放的廢水不達標，造成了嚴重的環境污染，我們必須進行行之有效的治理，從源頭入手，減少廢氣廢水廢料的排放，大力發展旋轉式連續離子交換法，是我國鉀堿工業生產工藝的必由之路。

4 結束語

根據本文對于鉀堿循環利用技術的研究，我國鉀堿工業生產工藝將從源頭入手，減少廢水廢氣廢料的排放。之后應該大力發展旋轉式連續離子交換法，以及深入研究改進的有機胺法，大力推行清潔生產，提高經濟效益的同時提高社會效益。

[1] 王洪記.碳酸鉀生產供求現狀[J].中國化工信息，1996，（9）：5.

[2] 侯秋實，王洪記.離子交換法生產碳酸鉀工藝的技改革新[J].無機鹽工業，1997，（1）：34-36.

[3] 張俊先，任照元.離子交換法制備碳酸鉀工藝的改進[J].江蘇化工，1997，（2）：34-35.

Study on Potassium Alkali Recycling Technology

Huang Shi-zhe，Chen Shi-ying，He Jun-li

This paper introduces the current situation of potassium and alkali production and demand at home and abroad，and puts forward some suggestions on how to use advanced technology and recycling in China to realize the waste water and waste gas resources，and the economic and social benefits are maximized.

potassium alkali；recycling；economic benefit；social benefit

TQ131.13

A

1003–6490（2017）11–0077–02

2017–09–12

陜西省科技統籌創新工程計劃項目（2015KTTSGY02-06）

黃仕哲（1966—），男，陜西西安人，高級工程師，主要研究方向為礦物資源化利用。