磷石膏废渣生产硫酸钾新工艺研究 硫酸铵法制备硫酸钾新工艺..doc

磷石膏废渣生产硫酸钾新工艺研究_硫酸铵法制备硫酸钾新工艺.2001年10月第31卷第5期西北大学学报(自然科学版JournalofNorthwestUniversity( 收稿日期:2001204203 基金项目:陕西省教委重点科研计划基金资助项目(GE98237;西北大学科研基金资助项目(KG97216。作者简介:黄岳元(19502,男,江苏常州人,西北大学副教授,从事化学工程和工艺研究。磷石膏废渣生产硫酸钾新工艺研究硫酸铵法制备硫酸钾新工艺黄岳元,张粉艳,赵天成,陈启石(西北大学化学工程学系,陕西西安 710069摘要:开发了新的硫酸铵法制备硫酸钾工艺。用多因素正交试验法和单因素试验法研究了原料配比、反应温度、结晶温度、反应时间和结晶促进剂添加量等对原料转化率和产品质量的影响,找到了最优工艺条件。在此条件下,产品质量指标达:K2O≥4814%,Cl≤116%;钾转化率达94%以上。关键词:硫酸铵;硫酸钾;结晶促进剂中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:10002274(200********** 硫酸钾是无氯钾肥的主要品种,特别适用于烟草、茶叶、柑桔、葡萄、马铃薯等忌氯喜钾经济作物的施用。我国对硫酸钾的年需量约120万t,而实际产量不足20万t,供需矛盾十分突出[1]。我国的硫酸钾生产均采用转化法。转化法按所用原料不同又有硫酸法、芒硝法、石膏法和硫酸铵法等多种。笔者研究目标是利用磷石膏废渣生产硫酸钾,故特别关注石膏法和硫酸铵法。石膏法虽然可由石膏和氯化钾直接制取硫酸钾,却又产生新的难处理废渣氯化钙[2]。硫酸铵法不会产生新废渣,有不少单位研究开发过,但该法普遍存在的问题是产品质量不稳定,原料钾转化率低(仅60%~70%[3,4],经济效益不理想。笔者研究开发了以磷石膏废渣制得的硫酸铵为原料制备硫酸钾新工艺,较好地解决了这些问题。硫酸铵法制取硫酸钾的基本原理是基于K2SO4在水中的溶解度比(NH42SO4的要小,而以(NH42SO4和KCl为原料,在水溶液中复分解反应得到固体K2SO4产品。但是,由于K+离子与NH4+离子的半径相近,实际得到的是以K2SO4为主含有(NH42SO4的固溶体[5],反应常以下式表达(m+1(NH42SO4+2(m+1KCl3= mK2SO4・(NH42SO4+2(mNH4Cl・KCl。(1式中系数m的值与操作条件有关。反应后液相经蒸发结晶可获得以NH4Cl为主的氮钾复合肥料。制备过程无废物产生和排放。尽可能提高K2SO4主产品质量和产量是本研究的目的。但是,由于反应产物是固溶体,而且结晶时总会夹带一定的NH4Cl,故直接由反应得到纯度较高的K2SO4是困难的。另外,由于溶液中有KCl存在,所以原料钾转化率也受到限制。针对这些问题,我们在开发的新工艺中采取了对主产品进行适宜洗涤、添加结晶促进剂等技术措施,结果极为理想。具体工艺过程如图1所示。图1 本文重点探讨新工艺中转化反应和添加结晶促进剂进行二次结晶的工艺条件。1 试验111 转化反应试验将制备好的硫酸铵水溶液注入搅拌反应器,反应器置于恒温水浴,再加入定量KCl,搅拌使反应器内处于“完全悬浮”状态。到预定时间后,取出料液,用真空抽滤分离液固体,分别分析组成。本系列实验采用正交设计法确定反应最优工艺条件。K2SO4主产品作洗涤对比试验。 添加结晶促进剂法结晶试验将转化反应液注入置于恒温浴的搅拌反应器,再加入结晶促进剂,启动搅拌机,一定时间后取出料液分离得到新的K2SO4主产品,分析其组成。主产品也作洗涤对比试验。112 试验原料硫酸铵溶液:本课题组用磷石膏制取。氯化钾:化学纯,西安化学试剂厂产品。结晶促进剂:本课题组自行研制。113 分析方法K2O:采用四苯硼酸钾质量法。NH+4:采用甲醛法。Cl-:采用银量法。SO2-4:采用BaSO4质量法。114 实验装置浆式搅拌反应器:500mL,高径比112,浆叶直径取反应器直径的015倍。恒温水浴:超级恒温水浴,CS501型。重庆试验设备厂制造。调速电机:步进电源及电机。西安微电机厂制造。2 试验结果与讨论本研究目的是选择确定生产优质高产硫酸钾的最优工艺条件。我国对农用硫酸钾一级品质量控制指标是:K2O≥4510%,Cl≤215%[6]。另外,高产就是使原料KCl尽可能多地转入主产品。因此,在研究中以主产品的K2O含量、Cl含量以及原料钾转化率作为考查指标。原料钾转化率简称钾转化率,其计算公式为钾转化率=转化为K2SO4主产品的KCl量原料中KCl量。(2211 转化反应试