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氯化鉀，中文別名：緩釋鉀；補達秀，英文名稱：Potassium chloride。性質穩定，與強氧化劑不相容。白色晶體，味極咸，無臭無毒性。易溶于水、醚、甘油及堿類，微溶于乙醇，但不溶于無水乙醇，有吸濕性，易結塊；在水中的溶解度隨溫度的升高而迅速地增加，與鈉鹽常起復分解作用而生成新的鉀鹽。
光鹵石冷分解即在常溫下加水分解 ,光鹵石的分子式為 :KCl·MgCl2·6H2O,實際鹽田生產的光鹵石是純光鹵石與部分氯化鈉、水不溶物的混合物 ,其分解原理為: KCl·MgCl2·6H2O +NaCl + nH2O KCl (固相) + NaCl (固相) +MgCl2(液相) + ( n + 6) H2O + KCl (液相) + NaCl (液相)。分解的目的是盡可能使 MgCl2全部轉入液相 ,并使 KCl溶解最少[1]。
冷分解-浮選法是國外最早傳統加工工藝在國內的實現 ,盡管比國外落后了 60多年 ,畢竟實現了工廠連續的生產,為大規模生產奠定了基礎。同時相應實現了光鹵石礦的鹽田化生產,使原礦質量到產品質量得到了人為的控制。主要方法是將鹽田曬制的光鹵石礦旱采運至加工廠 ,經加水分解 ,在高鎂母液中加入十八胺藥劑將氯化鉀以泡沫形式刮出 ,經洗滌、分離、干燥得產品[2]。
冷分解浮選法產生氯化鉀工藝流程
作為傳統的氯化鉀生產工藝 ,該工藝有如下的優點 : ( 1)工藝可靠 ,由于該工藝的開發與研究較早 ,經過多年來的不斷完善 ,工藝流程已趨于成熟。 就浮選本身而言 ,胺類捕收劑作為氯化鉀的捕收劑性能良好 ,選別效果明顯。 ( 2)工藝流程簡單 ,如前所述 ,冷分解 —浮選工藝可以分主要兩步 :一是光鹵石的冷分解 ,二是分解料漿的浮選 。
以十八胺作捕收劑 , 2#油作起泡劑浮選出氯化鉀 ,實現氯化鉀與氯化鈉的分離 ,所得粗鉀產品經再漿洗滌即得氯化鉀成品。 但該工藝也有自身的缺陷 ,主要表現在 : (1)系統回收率較低 ,產品質量不易提高。 采用冷分解 - 浮選法工藝 ,氯化鉀回收率只有 40% ～50%。
氯化鉀最高品位在90% ～92%之間 ,該工藝對原礦性質的穩定性要求較高 ,對工藝操作控制要求嚴格 ,操作控制的失誤易造成回收率和產品質量的降低 ,如給礦控制 、分解水量控制 、浮選操作 、浮選藥劑等對回收率和產品質量都有影響。 (2)產品粒度細 ,不易干燥 ,該產品粒度為 170目 ( + 0. 088 mm)占 81. 09%[3]。
當原礦光鹵石在飽和的浮選介質中加入專用藥劑 ,選擇性地增加了細鹽 (NaCl)表面的疏水性 ,而不增加原礦中光鹵石的疏水性 , NaCl粘附在浮選機內的氣泡上 ,上浮到礦漿表面 ,被刮板刮出 ,而光鹵石則留在礦漿中 ,脫鹵后即得低鈉光鹵石。低鈉光鹵石進入結晶器 ,加水進行分解 、結晶 ,控制其分解條件 ,使溶液中 KCl過飽和 ,達到常溫下使 KCl晶體長大的目的 ,而 NaCl則呈不飽和態而留在液相中 ,經過濾并加淡水洗滌后 ,即得高品位KCl產品 [4]。
反選洗冷結晶法生產氯化鉀工藝流程
該法是目前世界上較先進的加工工藝 ,在中國的鉀鹽重地察爾汗也經歷了近 10年的開發階段 ,主要方法是將深水鹽田光鹵石經水采管輸至加工廠 ,加入鈉浮選劑 ,將光鹵石提純 ,經分離將氯化鈉含量低于 6%的光鹵石在結晶中控速分解 ,得到的粗鉀經洗滌分離干燥后得精鉀產品。該工藝在浮選過程中不僅能浮選出大部分氯化鈉 ,還能選出部分水不溶物 ,提高了氯化鉀的回收率和氯化鉀質量 ,生產的氯化鉀產品含量高 、粒徑大、水份低。
目前 ,以光鹵石為原料制取氯化鉀的反浮選 - 冷結晶法的綜合回收指標為 :氯化鉀產品的品位可穩定控制在 KCl≥90% ,最高可達 95% ,氯化鉀回收率為 59% ～62% ,氯化鉀平均粒徑為 0. 2 mm,水份 < 3%。 缺點是工藝流程復雜 ,操作控制等不方便 ,在浮選及結晶的操作過程中精度要求較高。
光鹵石經冷分解及過濾與母液分離后所得固相 ,其成分主要是氯化鉀和氯化鈉及少量不溶物 。 由于氯化鉀和氯化鈉在不同溫度條件下的溶解度存在差異 , NaCl的溶解度幾乎不隨溫度變化而變化 ,而 KCl的溶解度卻隨溫度升高而顯著增大 ,這種情況在兩鹽共飽和時更為顯著。 據此 ,可通過一定的方法分離出 KCl。
熱溶結晶法又分全溶結晶法和冷分解熱溶結晶法兩種 。 全溶結晶法是將光鹵石全部進入熱水溶解 ,再將熱溶液冷卻結晶出氯化鉀 。 冷分解熱溶結晶法是將光鹵石礦冷分解即冷溶除去氯化鎂 ,過濾后再熱溶。
此法較上法可省去一部分能耗 ,但多一道工序。 熱溶結晶法的特點是產品純度高 ,可達到 90%以上甚至 98%以上 ,而且粒度很好 ,但是能耗大 ,成本高 ,設備腐蝕嚴重 ,工藝操作也比較復雜 。 察爾汗地區曾經有一個萬噸的冷分解熱溶車間 ,生產數年 ,后因成本過高而停產 ,而約旦使用的主要工藝就是冷分解熱溶法。
冷卻溶析結晶-反應萃取結晶耦合結晶法由天津大學國家工業結晶技術研究推廣中心自主開發。 該工藝原理是 :以一定的降溫速率將高溫溶浸液降溫 ,同時在適當的時候加入高鎂母液 ,使其中的氯化鉀和氯化鎂結合成光鹵石析出 ,待溫度降至設定終點溫度時 ,再經過沉降分離 、過濾脫鹵得到固液兩相 ,固相作為下一步反應萃取結晶的原料 ,液相用來提取鹵塊 。
由于冷卻溶析結晶得到的固相產品中含有光鹵石和少量氯化鈉 ,其各項性質與光鹵石比較相似 。 當 KCl、 NaCl、MgCl2 三鹽共存時 ,MgCl2的溶解度較高 ( 37. 46g MgCl2/100g H2O ) ,所以光鹵石與水反應產生的 MgCl2全部進入液相;而 KCl的溶解度較低 ,在光鹵石溶解后的溶液中具有一定的過飽和度 ,使 KCl結晶析出,因此 ,光鹵石與水的反應萃取結晶過程包括復鹽光鹵石溶于水發生分解反應及在光鹵石的水溶液中氯化鉀達到過飽和而析出晶體這樣兩步反應的復雜過程。
該工藝改變傳統的將光鹵石原料和分解液一次性混合為在室溫下將冷卻溶析結晶固體產品以一定的速率緩慢加入到分解液中 ,溶液中的氯化鎂的含量會隨著固體原料的加入而增加 ,由相圖可知 ,在氯化鉀的飽和溶液中溶液中氯化鎂含量的增加又利于氯化鉀的析出 ,這也為反應萃取結晶過程的氯化鉀的結晶析出提供了推動力。
應用這種工藝可以得到粒度較大、純度較高 、符合國家工業一級要求的氯化鉀產品,而且在能耗方面會比傳統工藝低很多。該工藝現在處在實驗室研究階段 ,還未進行工業化 ,但為以后的工業化奠定了基礎。
綜上所述 ,冷分解-浮選法由于有許多弊端 ,在國內外大型裝置中已慢慢淘汰 ,但國內一些小裝置仍在生產。 熱熔結晶法由于能耗高 ,對設備的腐蝕較嚴重 ,相應地需要價格較高的防腐蝕設備和材料 ,因此建設投資高 ,相應的裝置也僅在維持生產而沒有擴建。
反浮選 - 冷結晶法是目前發展較好的一種工藝 ,它在冷態下既能生產出粒度大 、質量好的產品 ,又因操作溫度低而使設備腐蝕輕微 ,建設投資不高 ,只要有比較好的反浮選藥劑 ,做好設備設計 ,控制好操作條件 ,就可以達到預期目的。 冷卻溶析結晶 - 反應萃取結晶耦合結晶法是一種新興方法 ,但現在還只在實驗室研究階段 ,如能突破工業化則將會比較好的應用 。
1.主要用于無機工業，是制造各種鉀鹽或堿如氫氧化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、氯酸鉀、紅礬鉀等的基本原料。
2.醫藥工業用作利尿劑及防治缺鉀癥的藥物。
3.染料工業用于生產G鹽，活性染料等。
4.農業上則是一種鉀肥。其肥效快，直接施用于農田，能使土壤下層水分上升，有抗旱的作用．但在鹽堿地及對煙草、甘薯、甜菜等作物不宜施用.
5.氯化鉀口感上與氯化鈉相近（苦澀），也用作低鈉鹽或礦物質水的添加劑。此外，還用于制造槍口或炮口的消焰劑，鋼鐵熱處理劑，以及用于照相。
[1]王石軍. 冷分解 - 浮選 - 洗滌法制氯化鉀的加水量控制 [ J ]. 1999,12 (2) : 36 - 39.
[2]錢曉楊. 日曬法生產氯化鉀工藝的研究 [ J ]. 海湖鹽與化工 , 1998,28 (1) : 29 – 30.
[3]方勤升 ,王慶生 ,錢曉楊 ,等. 反浮選 - 冷結晶生產氯化鉀工藝過程的優化 [ J ]. 無機鹽工業 , 2001, 33 (4) : 32 –33.
[4]蔡生吉 ,馬國華 ,屈亞林. 用鹽湖鹵水生產氯化鉀反浮選冷結晶工藝流程 [ J ]. 無機鹽工業 , 2005, 37 (5) : 10 –11.
[5]張建民. 氯化鉀生產工藝研究進展[J]. 廣州化工, 2010, 38(10):55-56.