用“冷分解-篩分法”生產氯化鉀的新工藝研究

陳 默，沙作良

（天津科技大學化工與材料學院，天津300457）

氯化鉀用途廣泛，主要用作肥料、制造鉀鹽的化工原料、電鍍、照相、軍事消焰劑、醫用利尿劑、金屬淬火劑、油田固井劑等多個方面［1］。目前，常用的生產工藝有冷分解-洗滌法、冷分解-正浮選法、冷分解-結晶法、冷結晶-正浮選法、反浮選-冷結晶法、熱熔-結晶法等常用工藝［2-3］，在實際生產中，需要綜合考慮當地資源、能源、水源的情況，優選鉀回收率高且產品質量合格、生產成本低的工藝［3］。隨著業界對上述氯化鉀生產工藝和成核動力學研究實踐的不斷深入［3-8］，有獨特適用性的氯化鉀生產新工藝不斷出現。本文從待分離鹽的結晶粒度差異［3-4，9］入手，借鑒經典成核理論（CNT）［10-11］、兩步成核機理［7］等現有理論，通過實驗的方法，采用鹽湖光鹵石為原料，開發研究了“冷分解-篩分法”生產氯化鉀的新工藝，并對其生產條件進行了系統分析。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與原料

AV4101 型電子天平（精確度為±0.1 g）；50 L 水浴槽（自制）；XMT 型數顯溫度調節儀（精確度為±0.5 ℃）；4IK30RA-C 攪拌器；XF-400 型標準旋振篩；TD5G 型臺式過濾離心機；DZF-6020N 型24L 臺式真空干燥箱。

察爾汗鹽湖光鹵石原礦、 大浪灘鹽湖光鹵石原礦，化學組成如表1 所示。

表1 察爾汗鹽湖與大浪灘鹽湖光鹵石原礦化學組成 %

氯化鋇、乙醇、乙二胺四乙酸二鈉、氯化銨、氨水、鉻黑T 指示劑、溴酚藍、松節油、四苯硼酸鈉、醋酸、醋酸鈉、硫酸鎂、硝酸銀等，均為AR。

1.2 實驗原理與方法

1.2.1 實驗原理

有研究表明，冷結晶法制取氯化鉀過程中，鈉離子等的存在使得絕大部分氯化鉀固相顆粒直徑在0.2 mm 以下［3］，正交實驗得到冷結晶氯化鉀顆粒平均粒徑為0.084～0.168 mm［4］，相對而言，氯化鈉在原料和分解漿料固相中的粒徑變化不大，粒徑大多在0.84 mm 以上［9］。

以鹽湖光鹵石為原料，根據該原料中氯化鎂的含量計算出加水量，進行加水分解，使原料中的氯化鎂全部進入液相，得到固液混合漿料，此時，漿料固相主要由氯化鉀、氯化鈉及少量不溶性雜質組成。將上述漿料進行篩分，篩分孔徑為0.175～1.651 mm，得到固相氯化鈉篩上物和富集固相氯化鉀的混合漿料篩下物，再將篩下物按照常規分離方法進行固液分離，就得到高品質的粗鉀產品。

因此，理論上可以利用含鈉光鹵石分解漿料固相中氯化鉀與氯化鈉的粒徑分布差異，通過篩分、固液分離等物理方法，獲得粗鉀產品。

1.2.2 實驗方法

首先，分別取兩種光鹵石原礦1 000 g 進行篩分，篩分孔徑依次為1.651、1.168、0.833、0.246、0.175 mm，得到光鹵石原礦粒徑分布數據，記錄于表2 中。

然后，進行對比實驗。對鹽湖原料光鹵石進行化學分析，取3 000 g 同一樣品放入5 000 mL 容器內，加入表3 中指定的淡水量，分解溫度為15 ℃，攪拌40 min，而后按表3 中指定的孔徑用標準篩進行濕篩分，篩上物為濕氯化鈉，用離心機脫鹵后得氯化鈉，篩下物為氯化鉀漿料，用離心機脫鹵后得氯化鉀。及時化驗，并將數據記錄整理于表3 中，根據物料衡算得到氯化鉀取得率、氯化鈉分離率、溶解在分解液中的氯化鈉質量分數。

用另一份鹽湖原料光鹵石重復進行對比實驗4 次，記錄并處理數據。

2 結果與討論

2.1 察爾汗鹽湖與大浪灘鹽湖光鹵石原礦粒徑篩分數據與分析

中國主要鉀資源地青海省察爾汗鹽湖和大浪灘鹽湖的光鹵石原礦粒徑分布數據如表2 所示。

表2 察爾汗鹽湖與大浪灘鹽湖光鹵石原礦粒徑篩分數據

根據樣品分析數據可知，察爾汗鹽湖光鹵石的粒徑大于0.833 mm 的約占75%，粒徑大于0.246 mm的占100%，樣品中最大顆粒的粒徑為12 mm；大浪灘鹽湖光鹵石的粒徑大于1.651 mm 的約占92%，粒徑大于0.833 mm 的占100%； 上述差異源于察爾汗鹽湖開發年限早，光鹵石原礦為二次生成。綜合分析上述數據發現，在鹽湖開發的前期和中后期，含鈉光鹵石原礦的粒徑大于0.246 mm，其中，氯化鈉顆粒的粒徑分布偏向大粒徑范圍［9］，因此，原礦中氯化鈉顆粒的粒徑大于0.246 mm；氯化鈉在原料和分解漿料固相中的粒徑分布變化不大［9］，為氯化鈉與氯化鉀的分離提供了基礎。

2.2 光鹵石分解漿料篩分數據與分析

將5 組對比實驗的數據進行整理，光鹵石分解漿料篩分數據如表3 所示。

根據分解漿料篩分數據可知，光鹵石加水分解時，實例3、 實例4 的實際加水量為理論加水量的118%和125%，但由于原料光鹵石中氯化鉀含量低，氯化鈉及不溶物含量大，分離氯化鈉時氯化鉀帶失也大，結果是產品的質量沒有提高，取得率也低。實例2、實例5 的實際加水量為理論加水量的96%，由于原料光鹵石中氯化鉀含量較高且氯化鈉含量較低，因此，產品的品質較高且取得率較高。

上述實驗表明，光鹵石分解時的加水量、產品品質及取得率與原料光鹵石的組成具有直接關系，光鹵石分解實際優選加水量與理論加水量吻合。另外，光鹵石分解加水量還可根據分解液中氯化鎂的實測含量來檢驗并微調，確定優選分解液中氯化鎂質量濃度＞300 g/L； 氯化鈉的分離率受原料光鹵石中氯化鈉含量的影響，其含量升高，則分離率升高，反之降低。

表3 光鹵石分解漿料固相粒徑篩分數據與組成表

3 新工藝優點與鉀提取率

本方法的優點有：1）對原料光鹵石適應性廣，對光鹵石中氯化鈉含量適用范圍廣，加水分解操作可調范圍大，可做概率操作，精確操作要求不高，對設備儀表和操作人員要求不高；2）鉀提取率在81%以上，較其他冷分解類方法高，可以提高國內短缺的鉀資源利用率。

4 光鹵石生產氯化鉀的“冷分解-篩分法”工藝流程

根據上述實驗與分析，設計光鹵石生產氯化鉀的“冷分解-篩分法”工藝流程，如圖1 所示。

圖1 光鹵石生產氯化鉀的“冷分解-篩分法”工藝流程簡圖

本工藝不需要浮選、反浮選，只有兩道工序，用簡單的操作就可使光鹵石中的氯化鎂、氯化鉀、氯化鈉單獨分離，而所得的高品質粗鉀一般能適合國內農用氯化鉀的要求。如果再做簡單提純加工，即可獲得品位更高的工業級氯化鉀產品。

5 結論

本文以察爾汗鹽湖和大浪灘鹽湖光鹵石原礦為原料，利用冷分解-篩分法進行氯化鉀生產實驗研究，驗證了無浮選劑生產的可行性，對鉀鹽生產尤其是柴達木盆地鉀鹽生產現狀具有啟發性和實際指導意義。

1）冷分解-篩分法所得粗鉀產品品質較其他冷分解類方法高，比現有的氯化鉀質量分數（50%左右）提高15%～20%。2）工藝流程短，設備簡單，生產成本低，具有現實可行性。3）尤其具有實際投產優勢。建廠時對低品位光鹵石無需化鹵重制，減少大規模湖區復曬池等的投入，擴大礦藏可利用儲量，延長工廠使用年限，同等產能規模的投入將顯著降低。