[发明专利]由硫酸钠和氯化钾复分解制造硫酸钾的方法

说明书

本发明涉及一种钠、钾或一般碱金属的硫酸盐的制造方法。

硫酸钾作为主要的无氯钾肥产品，目前主要用硫酸分解氯化钾的方法，即所谓Mannheim法及其改进方法制造。由于需要在高温(反应区700℃而炉膛高达1200℃以上)下处理强腐蚀物料(H₂SO₄、HCl)，因此，装置造价高，生产条件恶劣。

近来，人们开始注视用水介质中的复分解方法制造硫酸钾。其中最引人注目的是德国Messo公司1985-1992年开发成功的、由硫酸钠和氯化钾在常温(25℃)下的、经过钾芒硝[3K₂SO₄.Na₂SO₄或NaK₃(SO₄)₂]中间体的两步工艺[参见对比文件Phosphorus & Potassium No.178，Mar-Apr 1992，P20-26]。两步反应的反应式分别为：

Messo法及其它由硫酸钠和氯化钾在水中复分解生产硫酸钾的工艺的缺点在于，上述两步复分解反应涉及固相同和固液相间的物料交换，在常温下产生的晶核及其在长大过程极易产生杂质的吸附、吸留与夹带，使产品不纯，因而：    

1、需要特殊设计的反应器，即所谓中心管轴式结晶器来控制过饱和度，从而提高了装置造价。

2、第一步反应又需要两步完成。这是因为为了达K₂O的最大收率，母液组成应尽可能接近硫酸钠、氯化钠和钾芒硝的共饱和点组成，但此时生成的钾芒硝中间体K₂O∶Na₂O(mol)只有(2.2-2.4)∶1(理论值为3∶1)，必须进一步与氯化钾反应使K₂O∶Na₂O(mol)达2.7∶1以上，才能用于第二步反应，否则产品硫酸钾质量不合格，这是Messo法的关键步骤之一。

3、即使采用了特殊设计的反应器，第二步反应产生的硫酸钾粗品必须经过一道洗涤工序才能生产出合格的硫酸钾产品，即第二步反应也需两步完成，而且使工艺处理水量增加，能耗增加。

4、产品硫酸钾纯度低，只有87.5-92.1％(含K₂O47.3-49.8％)，尚未达到国际上通行的农用级硫酸钾质量标准(K₂O≥50％，Cl≤1.5％)，经洗涤纯化处理后，也才能达到96.0-98.0％(含K₂O₅ 1.9-53.0％)。我国青海钾肥厂只能生产K₂O≥45％产品。

本发明的目的是：在工艺过程无“三废”排放和总收率(K₂O计)≥98％的前提下，提供一种产品纯度高(K₂O≥50％，Cl≤1.5％)，工艺流程简单，生产周期短，不需专用设备，经济效益和环境效益俱佳的易于推广应用的硫酸钾的生产方法。

附图1是本发明的工艺流程方框图。

结合附图1对本发明的具体实施步骤说明如下：

(一)第一步复分解反应

将循环的和补充的氯化钾，循环的和补充的硫酸钠或芒硝(Na₂SO₄.10H₂O)，循环的和补充的水以及循环的氯化钾母液和硫酸钾母液按KCl∶Na₂SO₄∶H₂O＝1∶(1.5-2.0)∶(2.5-3.0)重量比在23-26℃下搅拌反应6小时。过滤(离心)出钾芒硝，所得液相即钾芒硝母液冷却至0℃，析出芒硝Na₂SO₄.10H₂O，将其过滤(离心)分离，所得固体芒硝返回第一步反应循环利用，所得液相即芒硝母液经蒸发、浓缩过滤(离心)得固体付产品氯化钠，蒸发的水经冷凝回收作第一步及第二步反应配料用水，滤去氯化钠所得母液，冷却至室温，过滤(离心)得到固体氯化钾作第一步或第二步的原料循环利用，滤去氯化钾的母液返回第一步反应循环利用。

(二)第二步复分解反应