氯化鉀生產結晶的設備及工藝

李永春，汪寧，劉鑫(.青海鹽湖工業股份有限公司鉀肥分公司，青海 格爾木 86099；.青海鹽湖三元鉀肥股份有限公司，青海 格爾木 86099)

1 氯化鉀的應用價值

1.1 氯化鉀的基本特性

氯化鉀是氯離子和鉀離子結合形成的一種鉀鹽，屬于鹽酸鹽中的一種，是白色的晶體或結晶性的粉末，易溶于水和甘油，且不溶于醚和丙酮，難溶于醇。穩定性強，與強氧化劑不相容，強酸、防潮、有吸濕性。

1.2 氯化鉀的基本用途

(1)氯化鉀是制造各種含鉀有機鹽的主要原料，如：氫氧化鈉、硝酸鉀、氯酸鉀等。(2)在醫療方面可以用作治療缺鉀癥的藥物，鉀離子對機體的各項生理活動都有嚴重的調控作用。如各種原因引起的低鉀血癥如，進食不足、應用排鉀利尿藥等。氯化鉀還經常被用作電解質平衡調節藥，而且臨床療效確切。(3)染料工業用于生產G鹽、活性染料等。(4)在農業生產方面，氯化鉀是一種鉀肥，它的肥效快，可直接適用于農田，能使土壤下層的水分上升，有抗旱的作用。因氯化鉀口感與氯化鈉相似，有苦澀感，因此對于鹽堿地及煙草、甘薯以及有甜味的蔬菜來講是不適于施種的。

1.3 氯化鉀的生產原料

地殼中鉀的含量極其豐富，自然界中氯化鉀的生產原料主要來源于兩大方面：

(1)一是利用含鉀有機鹽來進行化學反應置換生成氯化鉀。(2)另一方面是利用含鉀的鹵水，主要是光鹵石。光鹵石是鉀鎂的鹵化物礦物質，分子式為KCl·MgCl2·6H2O，是一種味咸、性脆，無解理，熒光性強，易溶于水的物質。這是含鎂鉀鹽湖中蒸發作用所最后的產物，常與石鹽，鉀石鹽共生，是生產氯化鉀的重要原料之一。光鹵石是一種非相稱性的復鹽，可以經過溶解、分布結晶等加工程序，然后使氯化鉀同氯化鎂進行分離提煉出氯化鉀[1]。

2 氯化鉀結晶設備的探究

2.1 氯化鉀結晶設備簡介

所謂的結晶設備，一般來講是指結晶器。是器壁內設有夾套或器內裝有蛇管，用于加熱或冷卻槽內溶液的一種槽形容器。潔凈槽可用作蒸發結晶器或冷卻結晶器。為了提高結晶的純度，會在槽內裝設攪拌器。但一般來講這種結晶操作所得到的晶體大，強度小，純度小同時夾雜雜質。只能適用于生產小批量的氯化鉀。

2.2 結晶的過程及類型

氯化鉀的結晶過程主要是指將稀釋溶液變成過飽和溶液，然后析出結晶的過程。同時讓氯化鉀溶液達到飽和的方法又分為兩種：用蒸發的方法蒸去溶劑得到氯化鉀晶體；對原料進行冷卻，從而降低氯化鉀的溶解度，達到過飽和狀態。

2.3 結晶器的分類

2.3.1 套管式

套管式的結晶設備是由銅管組成的內壁和內外水套組成。為了保證鑄 有規整的外形尺寸，在結晶器的底部安裝了足輥，以利于提高拉速和防止鑄坯脫方。

2.3.2 組合式結晶器

組合式潔凈器是由寬面及窄面4塊復合壁板及外框架組成，和結晶器的每塊復合地板，又由用螺柱聯接的內壁銅板和外壁鋼制水箱組成。內壁銅板和外壁鋼制水箱之間構成冷卻水空隙，以通水冷卻，加速氯化鉀的冷卻結晶[2]。

2.4 常見的結晶設備類型

2.4.1 晶漿循環式的連續結晶設備

在進行工作時，原料由循環管下部加入與結晶室底部的晶漿充分混合均勻后，由循環泵送至加熱室，混合物質在加熱室被加熱后溫度上升，但不蒸發，熱的混合物很快使得溶液達到過飽和狀態，部分溶質被析出附著在管壁上，隨著溶質的不斷析出，晶體體積逐步增大。

2.4.2 DTB結晶器

DTB型結晶是屬于典型的晶漿循環式結晶器，在結晶器內設置內導流筒，筒型擋板，從而形成循環通道，操作時熱飽合溶液連續加熱到循環管的下部與循環管內夾帶有小晶體的原液混合后由循環泵送至加熱器里，只需要很低的壓頭，就能使器內實現良好的內循環，同時結晶循環區和細晶沉淀區互不干擾，彼此獨立。DTB結晶器同時還采用了特殊設計的攪拌漿，轉速可以調節，且真空式的結晶器過飽和產生于液面，循環晶漿能夠迅速的消除過飽和，而且DTB結晶器性能良好，生產強度大，設備內不宜結疤。是生產氯化鉀主要的設備儀器之一。

2.4.3 OSLO冷卻結晶器

OSLO冷卻結晶器為晶體的生長提供了一個更為優良的場所，過飽和度產生的區域與晶體生長的區域分別設置在結晶器的兩端，晶體在母液循環液流中流化懸浮，溶液的過飽和產生于沸騰的液面，然后被送到結晶器的底部，在上升的過程中穿過晶體的床層，逐步消除過飽和，晶體逐漸變大。由于此工藝適用于溶解度曲線較大，且母液黏度不大的物料降溫結晶或蒸發結晶，因此也常被應用在氯化鉀的結晶生產過程中。

2.4.4 導流筒結晶設備

導流筒結晶設備是一種高效率的結晶設備。要是有PLC來控制物料的基本溫度。特征有，傳輸效率高，配置簡單，操作方便，操作環境好等特點。

氯化鉀的結晶設備一般是真空冷卻結晶設備，是使溶液在真空狀態下絕熱蒸發，一部分溶劑被除去的同時溶液因為溶劑氣化帶走了一部分熱量，而降低了溫度，使得溶液達到了過飽和狀態。

3 氯化鉀工藝探討

氯化鉀的生產原理主要是本身的性質特點，依據提取溶液中各種成分蒸發所析出的先后順序，以及在不同的溫度下的溶解度差異，蒸發結晶后分離提取出來氯化鉀。

要生產高純度的氯化鉀結晶體，原料和工藝要求是關鍵。文章將常見的氯化鉀生產工藝進行研究討論，如何利用先進的結晶工藝生產出合格的氯化鉀結晶體。

3.1 重結晶法

重結晶法是指將工業的氯化鉀加入盛有蒸餾水的溶解器皿中進行充分溶解，再依次加入脫色劑、除砷劑、除重金屬劑等然充分混合，在進行溶液的提純處理，經過沉淀、過濾、冷卻結晶、固液分離、干燥等一系列操作后得到食用級別的氯化鉀結晶[3]。

缺點：局限性強。如果所提取氯化鉀溶液中所含的雜質溶解度對溫度的要求敏感，那么就可以用降溫的方法從溶液中析出氯化鉀，反之如果是雜質比氯化鉀還要敏感的溶質，那降溫所析出的是雜質，剩余的溶液才是氯化鉀。

3.2 冷分解浮選法

該工藝主要是用于提取海水中氯化鉀的傳統工藝方法。是將光鹵石粉碎后放入分解器，然后在中間過程注入水、母液邊攪拌邊加入1%的十八胺浮選劑，同時加入2%的纖維素進行浮選。然后由分解器下部排出的含鉀原料漿由泵求送到沉降槽中，將熬夜中的水母液和浮選劑進行分解，再經過粗選，精選過濾、洗滌、離心分離、干燥制的氯化鉀成品。

優缺點：冷分解正浮選法工藝可靠，流程簡單氯化鉀的質量和回收率偏低。在這項工藝的制作過程中，氯化鎂和少量的氯化鈉也會融入到水中，分解形成氯化鉀和氯化鈉的混和鹽，而浮選后所得的精礦鹽含氯化鉀是在70%左右，再一次經過逆流洗滌，再除去混合在其中的氯化鎂和氯化鈉雜質。結晶器純度大約在90%以上。

3.3 兌鹵法

兌鹵法直接來講是一種回收工藝，是將海水中析出氯化鈉后的剩余溶液和析出氯化鉀鎂復鹽后的母液按照一定的比例摻合。先在混合鹵中充分析出含氯化鎂，硫酸鎂和氯化鉀的溶液。并將混合鹵液蒸發濃縮至128 ℃后放入保溫沉降器。然后逐步降溫液化冷卻析出人造光鹵石，在降光路時加水進行分解，使氯化鎂溶解得到純度較低的氯化鉀，然后再經過水洗、重結晶得到純度高的固體氯化鉀[4]。

工藝優缺點：此工藝操作簡單、產品質量較高，兌鹵調整空間大，經濟效益好，成本低，能耗低。但由于受國內機械設計能力的局限，限制了對爐法的生產能力，從而導致氯化鉀晶體的產量較低。

3.4 化學中合法

將氫氧化鉀用鹽酸中和，進行反應所得的反應產物為氯化鉀，操作工藝是在純氫氧化鉀的鹽溶液中加入一定濃度的鹽酸，控制和反應條件是溶液略呈酸性，然后進行加熱反應，濃縮。氫氧化鉀和鹽酸反應后生成氯化鉀、氫氣和水。因此需要將反應后的溶液進行冷卻，冷卻后會有氯化鉀沉淀析出，然后進行過濾，將沉淀至于蒸發皿上。邊攪拌邊加熱，進行干燥。此工藝原料不僅僅局限于氫氧化鉀，而是含有鉀離子的各種無機鹽。優缺點：化學實驗法要求的反應物比例要嚴格，同時鹽酸有一定的腐蝕性，在一定的條件范圍內氯化鉀結晶的產量會隨溶劑得量多少而發生變化，同時也影響氯化鉀晶體的純度和質量。

3.5 返浮選-冷結晶法

該工藝是目前世界上較為先進的加工工藝。流程是將深水鹽經水采管輸送至加工廠，然后加入Na浮選劑將附著在內的氯化鈉被刮板刮出，而光鹵石則留在原漿中低得到低鈉光鹵石。再將低鈉光鹵石進行提純、分離，再將得到的粗鉀鹽進行洗滌、分離、干燥后得氯化鉀晶體[5]。

優缺點：以光鹵石為原料制取的氯化鉀的反浮選-冷結晶法的氯化鉀的回收穩定性大約在90%以上。回收率高，缺點就是工藝流程復雜操作控制等不方便，在浮選及潔凈的操作過程中，精度要求較高。

4 結語

根據氯化鉀工藝的分析我們了解到不同的原料我們可以應用不同的提取方法，每種方法都有它的權衡利弊，兌鹵工藝作為一種常用的生產工藝方法。雖然在操作的過程中也有一定的缺點。但它的操作簡單、資源利用率高、產出的氯化鉀純度好，因此我們要致力于氯化鉀設備工藝的生產改進，提高資源的利用率，減少資源的浪費，使社會主義經濟建設和工農業的發展更進一個臺階。