钾石盐溶浸－结晶法生产氯化钾

钾盐矿多为氯化物体系，钾石盐矿是分布最广的钾盐矿。钾石盐矿的主要组成是KCl、NaCl，次要组成是光卤石(KCl·MgCl·6H2O)、钾芒硝(NaSO4·3K2SO4)、钾石膏(K2SO4·CaSO4·H2O)、钾镁钒(K2SO4·MgSO4·4H2O)等。

溶浸－结晶法利用钾石盐矿中各组分在不同温度下的溶解度差异生产氯化钾。杂质较多的钾石盐矿一般用此法生产氯化钾。

1. 溶浸－结晶法的基本原理

溶浸－结晶法生产氯化钾的基本原理是：在高温下用对氯化钠饱和的母液来浸取钾石盐矿石，溶解氯化钾进入浸取液，氯化钠则留在残渣中。浸取液冷却，KCl析出结晶，与母液分离；母液再加热返回溶浸工序去溶解矿石。

图4-2-16

为25℃下KCl-NaCl-H2O系统的溶解度图。图中，E25，E100分别为25℃、100℃下KCl-NaCl的共饱和点，a25E25、E25b25和a100E100、E100b100分别为25℃、100℃的KCl与NaCl溶解度线。若将钾石盐视为KCl-NaCl二盐混合物，忽略其他少量杂质组成，设S为钾石盐的组成点。由图可见，100℃时共饱和溶液E100，冷却到25℃时处于KCl结晶区，有KCl固相析出，而液相落在CE100的延线与a25E25的交点n处。过滤除去KCl后，重新把溶液n加热到100℃，与钾石盐S混合为k点。因k点在100℃NaCl结晶区内，KCl不饱和，被溶解，于是留下固相NaCl而得共饱和溶液E100。过滤除去NaCl后将共饱和液E100重新冷却循环。

钾石盐中所含的其他少量盐类，在循环过程中会逐渐累积，使上述KCl-NaCl-H2O系统溶解度发生变化，影响KCl的溶解度和结晶的工艺条件。当积累到一定程度后，就会使KCl产品纯度下降，此时就必须对KCl增加洗涤，甚至必要时进行重结晶。在这种情况下，应该从系统中排出一部分KCl母液。

2. 溶浸－结晶法生产氯化钾的工艺流程

溶浸－结晶法生产氯化钾的工艺流程见图4-2-17。

(1) 矿石的溶浸

矿石破碎至5～10mm送入螺旋溶浸槽(图4-2-17)，用母液进行浸取。溶浸温度为105℃，以直接蒸汽加热。浸取后的粗粒盐用料提升机输出，同时用少量水对盐渣进行逆流淋洗。浸取后的细粒盐和粘土随浸取液一起排出浸取槽，添加絮凝剂在沉降槽内保温沉降。沉降槽底流约含50％固体。用真空转鼓过滤机分离和洗涤。若固渣量较大，需进行2～3段过滤、洗涤。

(2) 冷却与结晶

降低浸取液温度可析出KCl结晶，这是热溶结晶法中很重要的过程。氯化钾冷却结晶应用最广的有料浆循环DTB(draft tabe baffle)型和清液循环OSL型真空结晶器。为了回收浸取液的热能，一般用3～7级结晶器。级数越多，回收热量越多，但设备投资过多，也不有利。

在现代化工厂中，KCl结晶大都采用真空结晶器，具有以下优点：① 由于绝热蒸发，结晶热可用于蒸发溶液，可提高KCl质量；② 取消了绝热表面，避免了在绝热表面上结晶，延长了蒸发器的生产周期和提高了生产能力；③ 可获得均匀而粗大的晶体，有利于后续工序的分离、洗涤、干燥、包装、贮存；④ 结构简单，便于防腐，操作容易，投资费用较低。

DTB结晶器是一种带有细晶溶解消除功能的连续真空结晶器，用加入少量水的方法来消除细晶，这可以大大减少结晶器中细晶的数量，增大产品的平均粒度。用DTB结晶器生产KCl，产品平均粒度为1mm。结晶器内部物料循环量大，过饱和度小，操作周期可连续运行4～6个月。

(3) 干燥

结晶母液经离心机分离，分离出来的粗粒KCl含水量约1～3％，细粒KCl含水6～9％，需要干燥才能符合产品标准。干燥设备有转筒干燥机、流化床干燥机和气流干燥机等。流化床干燥与气流干燥生产强度高，已得到广泛应用。流化床干燥比较适合粗粒结晶的干燥，气流干燥适合细粒结晶的干燥。

(4) 造粒

上述溶浸－结晶法得到的KCl产品粒度，一般可符合产品标准要求。但近年来由于多元掺合肥料的发展，希望氮磷钾三种肥料都制成2～4mm的粒度，再根据需要掺合复配成各种比例的NPK肥料。造粒后的KCl长期堆放不结块，易撒布施肥，流失少。KCl造粒一般采用双辊机械压制成一定厚度的片状物料，再经破碎筛分成2～4mm的颗粒产品。