[发明专利]氯化钾和硫酸铵复分解制取硫酸钾的方法

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Cl^-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K⁺/NH₄⁺=0.91～0.95(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，蒸浓并冷却此蒸铵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K⁺/NH₄⁺=0.94～1.3(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)加入氨可改变NH₄⁺、K⁺、Cl^-、SO₄^-溶液系统的相平衡关系，使K₂SO₄在较低的溶解度下按式(2)析出，而按式(1)以硫酸钾铵[nK₂SO₄.(NH₄)₂SO₄]，氯化钾铵形式的析出量则可减少，因而可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：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含有游离氨F NH₃=3～18％(重量)、硫酸钾饱和的结晶母液内反应；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，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。如此设置二种原料各自的加料口就能保证原料硫酸铵水溶液或氯化钾先与结晶母液相混合再与另一原料固体氯化钾或硫酸铵混合反应，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，这是“技术人员”熟知的；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(2)，当二种原料的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F NH₃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F NH₃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要的粒度时，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，由滤液蒸出的氨返回结晶器与补充的氨一起供维持结晶母液中的F NH₃在选定值：F NH₃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。