一种芒硝法制取硫酸钾的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制取硫酸钾的工艺，具体涉及一种芒硝法制取硫酸钾的工艺。
【背景技术】
[0002]硫酸钾是一种重要的无氯钾肥，农业需求十分旺盛。
[0003]目前，世界上有50%的硫酸钾肥料来自矿物，40%左右的硫酸钾由氯化钾与硫酸或硫酸盐转化制得，芒硝转化法也是迄今研宄最多、且最为深入的制取硫酸钾方法。在我国，芒硝矿产资源已探明总储量达200亿吨左右(以无水硫酸钠计)，居世界首位，分布在我国14个省区，其中，以青海、四川、内蒙、湖南、云南、新疆六省最为丰富。因此，利用芒硝资源优势，开展芒硝法制取硫酸钾技术研宄，市场前景十分广阔。
[0004]在芒硝法制备硫酸钾工艺中，通常是将二段转化母液返回一段反应器循环利用，但普遍存在母液处理量大等技术难题，传统工艺是将一段转化母液高温蒸发析出氯化钠，降温冷却析出钾芒硝，冷却母液再循环高温蒸发-降温冷却的方式回收部分钾，但是，随着母液不断循环，母液量会不断积累，造成系统母液膨胀，增加设备运行压力，排出多余母液又会大大降低钾的收率；若将一段转化母液彻底蒸发完全，不仅蒸发量大，能耗较高，且析出的含钾混盐成分复杂，增加分离难度；若将一段转化母液蒸发分离部分氯化钠后，全部返回一段转化器循环利用，又会加大一段转化物料量，设备产能低，生产效率低，同时较大量的循环母液在装置间连续运行，又会增加能耗，增加设备投资和运行成本。
[0005]CN1189456A公开了一种硫酸钾的生产工艺，是将一段转化分离所得钾芒硝母液通过一次高温蒸发分离氯化钠，再经负压蒸发成制盐母液过饱和液后参与一段复分解反应，但是，存在蒸发程度有限，氯化钠产量小，导致返回母液量大、系统运行成本高、产能较低等缺点，对一段转化反应器产生较大的生产压力。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种分离纯度高，能缩减母液量、减轻系统压力，产能大，效率高，能耗及成本低的采用芒硝法制取硫酸钾的工艺。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:一种芒硝法制取硫酸钾的工艺，是将芒硝法结合两段强制蒸发和物理分选分离氯化钠和钾芒硝高温盐的方法制取硫酸钾，具体包括以下步骤:
(1)一段转化:将无水芒硝和氯化钾与水和/或含有硫酸钾的母液进行混合配料，至系统中钾元素的质量浓度为9.5?11.5wt% (优选10?llwt%)，硫酸根的质量浓度为9.0?13.5wt%(优选10?13wt%)，搅拌，转化反应析出钾芒硝后，进行固液分离，得钾芒硝和一段转化母液；
(2)一段蒸发:将步骤(I)所得一段转化母液经一段蒸发相当于一段转化母液质量15?30wt% (优选20?28wt%)的水后，进行固液分离，得氯化钠高温盐和一段蒸发母液； (3)二段蒸发:将步骤(2)所得一段蒸发母液经二段蒸发相当于一段蒸发母液质量18?45wt% (优选25?42wt%)的水后，进行固液分离，得钾芒硝/氯化钠高温混合盐和二段蒸发母液；
(4)物理分选:将步骤(3)所得钾芒硝/氯化钠高温混合盐进行物理分选，得钾芒硝和氯化钠；
(5)二段转化:将步骤(1)、(4)所得钾芒硝与氯化钾和水或含有硫酸钾的母液进行混合配料，至系统中钾元素的质量浓度为18.5?23.5wt% (优选20?22wt%)，硫酸根的质量浓度为15.0?20.5wt% (优选16?19wt%)，搅拌，转化反应析出硫酸钾后，进行固液分离，得硫酸钾粗产品和二段转化母液；
(6)洗涤、干燥:将步骤(5)所得硫酸钾粗产品经再浆洗涤，过滤，滤饼干燥后，得硫酸钾产品。
[0008]本工艺所述无水芒硝中Na2SO4含量彡80wt%。
[0009]一段转化反应的目的主要是制取钾芒硝；将所得一段转化母液通过两段强制蒸发，不仅可在一段蒸发后得到纯度较高的氯化钠粗产品，二段蒸发结晶所得钾芒硝/氯化钠高温混合盐品位较高，降低了分选难度，同时，两段强制蒸发可蒸失掉母液中大部分的淡水量，不仅氯化钠和钾芒硝产出量大，还大大降低了一段转化母液返回量，减少设备规模，另外，缩减循环母液后可大大降低蒸发装置运转能耗；二段转化反应将一段转化得到的钾芒硝与物理分选得到的钾芒硝与氯化钾共同转化，制取硫酸钾产品。
[0010]步骤(I)中，混合配料后控制系统中钾元素的质量浓度为9.5?11.5wt%，硫酸根的质量浓度为9.0?13.5wt%，主要是为了保证原料各离子间能较充分地发生交互反应，以得到品位较高的钾芒硝，同时可使一段转化母液相图点较好的控制在Na+、K+//Cr、S042_-H20四元水盐体系平衡相图的氯化钠和钾芒硝共饱和线上。
[0011]步骤(2)中，控制一段蒸发水量，主要是为了保证蒸发结晶过程仅有氯化钠结晶析出，而钾芒硝不析出。
[0012]步骤(3)中，控制二段蒸发水量，主要是为了得到更多的钾芒硝/氯化钠高温混合盐，若蒸发程度过小，物理分选效果不佳，达不到钾芒硝的品位要求，产量较小，不具经济性；若蒸发程度过大，析出的混盐成分复杂，增加分选难度，同时降低钾芒硝纯度，影响硫酸钾产品的品位和二段转化效率。
[0013]步骤(4)中，所述物理分选包括振荡法、溢流法、旋流器法、沉降离心法或降温后浮选分离等方法，由于高温盐中氯化钠和钾芒硝在粒度上的明显差异，用钾芒硝与氯化钠共饱和母液将钾芒硝/氯化钠高温混合盐配成料浆后可直接分离出钾芒硝浆料和氯化钠浆料，通过进一步再浆洗涤纯化，可得到钾芒硝和氯化钠。
[0014]进一步，步骤(I)中，所述一段转化反应的温度为20?40°C，时间为I?6h (优选1.5 ?3h)0
[0015]进一步，步骤(2)中，所述一段蒸发的温度为80?120°C。所述温度范围是综合考虑了饱和母液共饱点的温度范围和能耗节约，以最大程度蒸发分离出氯化钠副产品，并有效减轻系统物料压力为目的而确定的。
[0016]进一步，步骤(3)中，所述二段蒸发的温度为80?120°C。所述温度范围是综合考虑了饱和母液共饱点的温度范围和能耗节约，以最大程度蒸发分离出钾芒硝/氯化钠高温混合盐，并有效减轻系统物料压力为目的而确定的。
[0017]进一步，步骤(5)中，所述二段转化反应的温度为20?40°C，时间为I?6h (优选1.5 ?3h)0
[0018]进一步，步骤(6)中，所述再浆洗涤中，水的用量为硫酸钾粗产品质量的10?30%，洗涤的时间为10?30min。
[0019]进一步，步骤(6)中，所述干燥的温度为105?120°C，干燥的时间为I?6h (优选2 ?3h)0
[0020]进一步，将步骤(3)所得二段蒸发母液冷却后全部返回步骤(I)用于配料。二段蒸发母液通过循环使用可充分利用母液中含有的钾和硫酸根资源，减少步骤(I)中氯化钾和无水芒硝的原料用料，降低生产成本，提高钾的收率。当系统运行稳定之后，二段蒸发母液通过循环在本系统中重复使用，也可以用于其它硫酸钾生产系统初始配料使用。
[0021]进一步，将步骤(5)所得二段转化母液全部返回步骤(I)用于配料。二段转化母液通过循环使用可充分利用母液中含有的钾和硫酸根资源，减少步骤(I)中氯化钾和无水芒硝的原料用料，降低生产成本，提高钾的收率。当系统运行稳定之后，二段转化母液通过循环在本系统中重复使用，也可以用于其它硫酸钾生产系统初始配料使用。
[0022]进一步，将步骤(6)所得再浆洗涤后的洗涤水返回步骤(5)用于配料。洗涤水可替代部分淡水，有效降低淡水用量。当系统运行稳定之后，洗涤水通过循环在本系统中重复使用，也可以用于其它硫酸钾生产系统初始配料使用。
[0023]步骤(2)、(4)所得副产品氯化钠经再浆洗涤，过滤，滤饼干燥后，得氯化钠产品；所述再浆洗涤中，水的用量为氯化钠产品质量的10?30%，洗涤的时间为10?30min ;所述干燥的温度为105?120°C，干燥的时间为I?6h。洗涤水可返回步骤(I)使用。
[0024]本发明将芒硝法结合两段强制蒸发和物理分选分离氯化钠和钾芒硝高温盐的方法制取硫酸钾，解决了现有传统工艺对一段转化母液蒸发处理不完全，返回母液量大等缺点，有益效果具体体现为:
(1)本发明工艺通过蒸发分离和物理分选实现盐钾分离，分离纯度高，所得硫酸钾产品中K2O含量可达51.3%，符合GB 20406-2006《农业用硫酸钾》中的一等品标准，氯化钠产品中NaCl含量可达99.2%，实现了硫酸钾与氯化钠精制盐联合生产，从而提高经济效益；
(2)本发明工艺中的一段转化母液经两段强制蒸发后使返回母液量缩减近80%，系统循环物料量降低一半，大大缩小一段转化装置的规模，生产能力和生产效率可在原有基础上提高I倍；
(3)由于本发明工艺采用了两段强制蒸发和物理分选高温盐，较传统循环蒸发-冷却工艺，可大大降低盐钾分离的生产成本，且对母液处理较完全，可降低循环母液处理量，减轻系统压力，有效节约能耗；
(4)本发明工艺简单，通过循环配料可大大提高资源利用效率和钾的收率，充分利用了我国现有的芒硝资源优势。
【具体实施方式】
[0025]下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0026]本发明实施例所使用的化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。
[0027]实施例1
(1)一段转化:将无水芒硝(Na2SO4含量为85wt%)和氯化钾与水进行混合配料，至系统中钾元素的质量浓度为10.19wt%，硫酸根的质量浓度为12.72wt%，搅拌，在25°C下，转化反应2h析出钾芒硝后，进行固液分离，得钾芒硝和一段转化母液；
(2)—段蒸发:将步骤(I)所得一段转化母液在120°C下，经一段蒸发相当于一段转化母液质量21.4wt%的水后，进行固液分离，得氯化钠高温盐和一段蒸发母液；
(3)二段蒸发:将步骤(2)所得一段蒸发母液在110°C下，经二段蒸发相当于一段转化母液质量40.5wt%的水后，进行固液分离，得钾芒硝/氯化钠高温混合盐和二段蒸发母液；
(4)物理分选:将步骤(3)所得钾芒硝/氯化钠高温混合盐采用旋流器法进行物理分选，得钾芒硝和氯化钠；
(5)二段转化:将步骤(1)、(4)所得钾芒硝与氯化钾和水进行混合配料，至系统中钾