氯化钾和硫酸铵复分解制取硫酸钾的方法

摘要

本发明是以硫酸铵和氯化钾复分介制取硫酸钾的方法，其特征是在悬浮层型结晶器1内，在30～50℃下固体氯化钾和20～40％硫酸铵溶液按

说明书

本发明涉及一种以氯化钾、硫酸铵为原料，以氨作添加剂制取硫酸钾的方法。

硫酸钾广泛用作烟草等忌氯作物的钾肥，要求其中含Cl^-低，与本发明相关的现有技术有如德国专利2142114(1973)所提出的方法，该法把原料硫酸铵溶液和固体氯化钾按 $>{}^{}$(摩尔比)一次投入结晶器中，在不断搅拌下使呈悬浮状态让大量的硫酸钾先一次结晶，然后在15～40℃下通氨到悬浮液中直至饱和使其中的硫酸钾二次结晶，再分离上述结晶出的硫酸钾得湿产品，滤液蒸出的氨循环使用，蒸浓并冷却此蒸氨后的滤液得到氯化铵，此法的不足之处在于：1.硫酸钾制取过程为间断操作，效率低，工艺复杂，设备利用率低，操作控制复杂；2.产品硫酸钾呈粉状分离性能差，效率低、滤液带晶多，分离得的湿产品呈糊状，含母液高，既增大干燥难度，提高干燥能耗而且该含高母液量的湿产品干燥后饱含于母液中的Cl^-、NH₄⁺等杂质均残留在产品中使产品纯度低，含Cl^-量高；3.需多台(≥2)结晶器轮换作业才能实施氨的循环使用。

本发明的目的是提供一种以硫酸铵和氯化钾为原料、以氨作添加剂复分解制取硫酸钾的方法，此法不仅工艺简单，易于操作控制，氯化钾转化率高、产品硫酸钾粒较粗、含氯低而且能够连续、稳定地大型化生产。

本发明是在30～50℃下按 $>{}^{}$(摩尔比)以固体氯化钾和20～40％(重量)的硫酸铵水溶液为原料，以氨作添加剂按以下反应式连续制取硫酸钾的：(1)或加入氨可改变NH₄⁺、K⁺、cl^-、SO₄^-溶液系统的相平衡关系，使K₂SO₄在较低的溶解度下，以硫酸钾铵〔nK₂SO₄·(NH₄)₂SO₄〕形式结晶出来，以降低产品硫酸钾的含CL^-量、提高KCL的转化率；本发明的特征是：(一)在悬浮层型结晶器内，二种原料——固体氯化钾和20～40％(重量)硫酸铵水溶液按结晶器有效容积生产强度B＝5～120Kg/m³、hr时的反应需要量由二个各自的加料口连续均匀地加至结晶母液内，此二个加料口使二种原料中至少有一种先与结晶母液混合后再与另一种原料混合进行反应结晶，该结晶母液中含有游离氨：FNH₃＝3～18％(重量)、饱和量的硫酸钾和不饱和量的氯化铵；所使用的悬浮层型结晶器是指那些能使结晶在晶床内分级或混合悬浮的结晶器，如带中心管的外循环oslo型结晶器、内设有导流筒，导流筒内设有螺旋桨搅拌器的D.T.B型之类的内循环结晶器或普通的搅拌桶结晶器等，当使用的是oslo型之类外循环悬浮层型结晶器时，原料硫酸铵溶液的加料口可在循环管或中心管的某一部位，最好在循环泵的入口靠近泵的循环管上，固体氯化钾的加料口可设在结晶器下部的中心管外或中心管内；当使用的是D.T.B之类内循环悬浮层型结晶器时，硫酸铵溶液可加在导流筒内螺旋桨的吸入部位，固体氯化钾可加在导流筒内螺旋桨的输出部位，也可在晶床中的任何部位；如果用的是普通的搅拌桶型结晶器，二种原料可分别在搅拌两侧的晶床中加入。如此设置二种原料的加料口就能保证原料硫酸铵水溶液先与结晶母液相混再与另一原料——固体氯化钾混合反应、就可避免二种原料直接混合反应而立即析出大量硫酸钾细晶；原料硫酸铵水溶液的浓度不能过高，以免析出硫酸钾的同时析出氯化铵提高产品含氯量，但也不应过低，以免晶析反应的母液当量过高；二种原料的加入量(反应需要量)由K⁺/NH₄⁺和B值来确定。按反应式，当二原料的K⁺/NH₄⁺一定时，B值大，则二种原料加入量多反之，则小，当B值一定时，K⁺/NH₄⁺较大，需加入较多的原料氯化钾(以摩尔计)，反之，则较小，K⁺/NH₄⁺不能过小，以免产品中含过高的硫酸铵，降低产品中硫酸钾的含量，K⁺/NH₄⁺值也不应过大以免降低氯化钾转化率而使产品硫酸钾中CL^-含量增高并提高产品成本；同样B值不能过高，以免产品结晶过细降低分离效率，湿产品含液高，也不能过低，此时产品虽质优、粒大但产量低、增高投资和运行操作费及产品成本；结晶器内的结晶母液可按下述制备：按选定的反应温度和K⁺/NH₄⁺(摩尔比)将二种原料由各自的加料口连续均匀地加至结晶器内边加料反应边循环搅拌并通入氨气直至其中所含的游离氨FNH₃达到选定值，所生成的硫酸钾达到饱和量，制备好结晶母液后即可按选定的B值，边连续均匀地加料，边循环结晶母液，边通氨维持结晶母液内的FNH₃值，就能在结晶器内形成含硫酸钾结晶的悬浮层晶床，当晶床内的硫酸钾结晶在反复的循环过程中长大到所需的粒度时，即可连续或间断地由结晶器底部取出晶浆分离，得湿产品和滤液，湿产品经干燥成产品硫酸钾，滤液蒸发出氨后即可按与现有技术相同的方法，即：经蒸发浓缩、冷析结晶、分离得付产品氯化铵，由滤液蒸出的氨可返回结晶器与补充的氨一起供维持结晶母液中的FNH₃在选定值：FNH₃值不能过低也不应过高，过低则母液中SO₄^-量增高，使析出的硫酸钾中硫酸铵含量上升、降低产品硫酸钾纯度；过高则对降低硫酸钾在母液中的溶解度、对提高产品硫酸钾纯度的作用已不显著，反而会增大氨的挥发损失；同样，在选定反应温度时，如反应温度过高也会增大氨的挥发损失，当然反应温度也不能过低以免原料固体氯化钾溶解过慢，生成硫酸钾的晶析反应速度过慢，而降低产量和增大母液当量。

本发明方法可以按下列工艺条件实施：结晶母液中的FNH₃(游离氨)＝5～12％(重量)，B＝15—50kg/m³、hr，此时，可以制得粒度较粗大更易于分离、干燥的低氯硫酸钾产品。与现有技术相比本发明具有如下优点：

1、工艺过程简单，投资省，能在一台结晶器连续制取产品，设备利用率高、5万吨产品的投资费不到5000万元。

2、能制取粒状(粒径＞200μm)硫酸钾产品，因而分离效率高、易于分离、干燥，能耗低，操作费用也低。

3、能制取低氯硫酸钾产品，氯化钾转化率＞85％，产品中含K₂O＞45％、含CL＜1％。

4、操作稳定、易于控制并能按不同需要制取不同粒径、不同纯度的产品。

5。设备易于配套、结晶器、离心机等可多台并联作业，易于大规模生产。

6、无“三废”排放、氨易于回收使用，可能出现的漏氨部位少，易于防止氨的挥发损失和对操作环境的的污染(漏氨点在结晶浆取出至分离机分离)。

下面结合附图进一步说明本以明：

图1本发明的流程示意图。

图2oslo悬浮层型结晶器及其辅助设备示意图。

为叙述方便，下面的实例中以使用oslo悬浮层型结晶器为例说明本发明制取硫酸钾的过程：参见图1、图2先在结晶器1内制备好含一定FNH₃值、硫酸钾饱和、氯化铵不饱和的结晶母液，由循环泵11带动的结晶母液经循环管12与由加料口13连续加入的原料硫酸铵溶液相混成循环液后经换热器14加热(或冷却)至反应温度，由中心管15循环至结晶器下部，原料固体氯化钾经加料管16连续加至结晶母液内与循环液相混进行反应结晶生成硫酸钾结晶；随着不断地连续加料反应、连续循环，不断生成的硫酸钾结晶被上升的结晶母液悬浮，形成悬浮晶床，并在循环中不断长大，当长大到所需粒度时即可由结晶器底部17取出，用离心机2分离得湿产品经干燥成产品硫酸钾，滤液3在脱氨器4内蒸出的氨5返回结晶器与补充的氨5，一起由氨管18通入母液中，使母液中的FNH₃保持在选定值，蒸出氨后的滤液6按图1所示工艺经蒸发器7浓缩、冷却结晶器8冷析、分离机9分离得湿氯化铵和滤液10，滤液10返回与滤液6混合再用于制取氯化铵。

实例1：按上述制取过程，其工艺条件为：反应温度30℃，结晶液中FNH₃＝18％，原料 $>{}^{}$，硫铵溶液浓度20％，结晶器有效容积生产强度B＝5kg/m³、hr，得到粒径＞460μm，含K₂O 48.1％，CL^-0.8％的产品硫酸钾，氯化钾转化率87％。

实例2：按上述制取过程，其工艺条件为：反应温度50℃，结晶母液中FNH₃＝3％，原料 $>{}^{}$，硫酸铵浓度40％，B＝15kg/m³，hr得到粒径＞320μm，含K₂O 45.5％、CL^-0.9％的产品硫酸钾，氯化钾转化率85.5％。

实例3：按上述制取过程，其工艺条件为：反应温度38℃，结晶母液中FNH₃＝12％，原料 $>{}^{}$硫酸铵度37％，B＝120kg/m³.hr，得到粒径＞250μm含K₂O 47.5％、CL^-0.95％的产品硫酸钾，氯化钾转化率88.3％。

实例4：按上述制取过程，工艺条件除B＝50kg/m³.hr，其余与实例3相同，得到粒径＞500μm，含K₂O 47.8％、CL^-0.75％的产品硫酸钾，氯化钾转化率88.7％。