硫酸鉀生產技術

曼海姆法生產硫酸鉀，雖然工藝成熟，但其明顯缺陷是設備使用壽命短，一次性投資大，生產過程有大量的副產品鹽酸產生，有一定的環境和銷售負擔。而我所開發的硫酸鎂轉化法、芒硝轉化法、硫酸轉化法、光鹵石分解法、硫酸銨轉化法等新工藝，不僅投資小、收率高、產品質量優，而且設備使用壽命長（20年），無副產品鹽酸產生。和曼海姆相比具有明顯優勢。

閱讀導引：

一、硫酸鉀產品介紹

二、工藝介紹

1、硫酸鎂轉化法制備硫酸鉀；

2、由硫酸鹽型混鹽礦生產硫酸鉀

3、芒硝轉化法制備硫酸鉀；

4、硫酸、氯化鉀轉化法生產硫酸鉀；

5、磷石膏轉化法制備硫酸鉀；

6、硫酸銨轉化法生產硫酸鉀；

三、技術合作方式與范圍；

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一、硫酸鉀產品介紹

1、物理與化學性質

硫酸鉀，分子式K2SO4，分子量174.27，外觀為白色結晶狀固體（工業品多呈灰白色）。理論氧化鉀含量54.06%，在自然界中成單體分子的極為少見。不溶于乙醇、丙酮和二硫化碳。它在水中的溶解度因硫酸銨和氯化鉀的存在而降低，實際上不溶于后兩種化合物的飽和溶液中。

2、用途

硫酸鉀的用途主要作肥料施用，尤宜用于忌氯作物，也用來制鉀明礬、鉀水玻璃和碳酸鉀等。硫酸鉀在軍工行業中用于炮彈的消煙劑，農業上用作化學肥料，是制造鉀鹽的原料。染料工業用于制中間體，玻璃工業用作澄清劑，香料工業用作助劑，醫藥上用作緩瀉劑，食品工業用作通用添加劑。還用于血清蛋白生活檢驗。

我國土地84%缺鉀，同時我國又是一個鉀資源十分匱乏的國家，因而限制了鉀肥的開發利用和發展。致使農作物土壤主要養分氮磷鉀的比例嚴重失調。鉀肥的主要品種有氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀，由于忌氯作物不能施用氯化鉀，硝酸鉀價格昂貴，且為炸藥，施用受到限制。而硫酸鉀同時也可提供作物需要的鉀和硫，價格便宜。因此無氯鉀肥以硫酸鉀為主。

3、市場供求狀況：

2013年以來，我國農肥行業，尤其是復合肥行業對氯化鉀的需求急劇增長，目前處供不應求狀態。市場價位在3500元/t上下。

二、工藝介紹

1、硫酸鎂轉化法制備硫酸鉀

（1）工藝原理：

硫酸鎂轉化法是國外重要的硫酸鉀制備方法之一，但由于受資源條件的限制，我國采用此法的甚少。以硫酸鎂和氯化鉀為原料制備硫酸鉀是通過兩個工藝過程來實現的，其工藝原理是：

以相圖分析為依據，首先將硫酸鎂和氯化鉀按規定量與水及循環的部分軟鉀鎂礬母液混合并在一定條件下反應，生成軟鉀鎂礬。再經分離制得軟鉀鎂礬和軟鉀鎂礬母液。將分離出的軟鉀鎂礬送轉化工序與氯化鉀反應，轉化為硫酸鉀和氯化鎂。分離出硫酸鉀后，將含有氯化鎂的母液排放。傳統工藝的固有不足是鉀收率偏低，對鎂不能進行綜合利用。

本所開發的新工藝以上述工藝為基礎，解決了母液和工藝廢水的循環利用問題，大副度提高了鉀收率，使達到94-96%水平，而且提高了產品質量及質量穩定性。將硫酸鉀中氧化鉀含量穩定的控制在50-52%之間，氯化物含量控制在1%以內。同時對工藝廢水（老鹵）進行綜合利用，制得了附加值較高的堿式硫酸鎂。分離堿式碳酸鎂后的母液送鹽田蒸發收得光鹵石。

（2）工藝特點：

本工藝的特點一是硫酸鎂價格較低，來源廣泛；二是對氯化鉀主含量、含水量沒有嚴格要求，主含量85%以上的氯化鉀均可使用；三是生產過程是在溶液循環的條件下進行，因此無鉀離子排放，鉀收率得到大幅度提升；四是制得了附加值較高的堿式碳酸鎂，經濟效益顯著。此外，生產過程無氯化氫氣體產生，無鹽酸銷售負擔，具有流程簡單，設備投資少，設備使用壽命長，產品純度高，生產成本低，鎂資源得到高附加值化綜合利用等優點。

本工藝已實現產業化。

（3）工藝流程：略

（4）經濟效益評估：

K2O收率94-96%；MgO收率95%；

總產出（按每生產1000KG硫酸鉀計）：

硫酸鉀1000kg，單價2.9元/kg，金額2900元；

醫用食品級碳酸鎂：660kg，單價6元/kg，金額3960元；

合計：6860元。

總投入（按每生產1000KG硫酸鉀計）：

硫酸鎂：1.56t，單價400元/t，金額624元；

氯化鉀：0.952t，單價1680元/t，金額1600元；

沉淀劑：628kg，單價1.5元/t，金額942元

煤：0.6t，單價500元/t，金額300元；

電：200kwh，單價0.8元/kwh，金額160元；

其它：400元；

合計：4026元。

利潤：2834元。

（5）設備投資（按年產2萬噸硫酸鉀計）：

主要生產設備有：蒸汽鍋爐，轉化反應器，壓濾機，離心機，反應結晶器，蒸發器，各種槽類，泵類，干燥機等。

硫酸鎂自制，硫酸鉀制備過程聯產碳酸鎂：需設備及工程建設投資2200萬元；

硫酸鎂自制，硫酸鉀制備過程不聯產碳酸鎂：需設備及工程建設投資1500萬元；

外購硫酸鎂，硫酸鉀制備過程聯產碳酸鎂：需設備及工程建設投資1900萬元；

外購硫酸鎂，硫酸鉀制備過程不聯產碳酸鎂：需設備及工程建設投資1200萬元；

2、由硫酸鹽型混鹽礦生產硫酸鉀

（1）技術領域：

本工藝屬無機化工領域，具體涉及水鹽體系法制備農用硫酸鉀技術。

（2）工藝原理：

本工藝所述的硫酸鹽型混鹽礦是指含有硫酸根、氯化物、鉀、鈉、鎂離子的鹽湖鹵水析出物。工藝過程包括：混鹽礦分解、氯化鈉分離、中間產物結晶與分離、硫酸鉀制備、硫酸鉀分離與洗滌、硫酸鉀干燥與包裝等工序。工藝過程對母液進行全封閉循環使用。

（3）主要經濟技術指標：

硫酸鹽型混鹽礦化學組成：以青海某鹽田所產混鹽礦為例，K+：4.45%;　Mg2+：8.27%;　Cl-：33.77%；SO42-：21.2%；Na+:13.57%;

鉀收率：≥95%；硫酸根利用率≥95%；

每產出1000kg硫酸鉀單耗：

硫酸鹽型混鹽礦：2537kg;氯化鉀：688kg；電：120KW/H；煤：200kg；

（4）生產成本：

序號	項目	單耗（kg）	單價（元）	金額（元）	備注
1	混鹽礦	2537	0.2	507.4
2	氯化鉀	688	1.6	1100.8	90%
3	電	120kw/h	0.7	84
4	煤	200	0.45	90
5	淡水	2m3	5	10
6	包裝物			50
7	工資			100
8	設備維護			10
9	固定資產折舊			60
10	其他			50
11	合計			2062.2

（5）經濟效益：

每生產1000kg硫酸鉀總成本2062.2元，出廠價：2.9元/kg，金額：2900元，利潤：837.8元。

建設一套年產量為3萬噸的硫酸鉀生產裝置，每年可實現利潤：2513萬元。

（6）產品質量：

所產硫酸鉀符合農用硫酸鉀優級品標準。其中氧化鉀含量≥50%；氯化物≤1%。

（7）設備投資：

每1萬噸產能約需設備投資500萬元。

3、芒硝轉化法制備硫酸鉀

（1）工藝原理：

芒硝轉化法生產硫酸鉀的方法是將芒硝與氯化鉀反應首先生成鉀芒硝，然后將分離出的鉀芒硝進一步與氯化鉀反應生成硫酸鉀和氯化鈉，經分離、洗滌、干燥制得硫酸鉀的工藝過程。芒硝轉化法生產硫酸鉀的理論依據是K+、Na+//Cl-、SO42-—H2O四元水鹽體系相圖。根據各種鹽在不同溫度下溶解度不同的差別，來進行結晶分離。KCl、NaCl、K2SO4、Na2SO4為4中鹽與水構成四元水鹽體系。其中，NaCl與K2SO4，Na2SO4與KCl互為鹽對。在任何溫度下，硫酸鉀與氯化鈉的結晶區互不相鄰。因此，氯化鉀與硫酸鈉必須通過兩段轉化才能制取硫酸鉀。

化學反應：

Na2SO4·10H2O+KCl+H2O→Na2SO4·3K2SO4+鉀芒硝母液

Na2SO4·3K2SO4+KCl+H2O→K2SO4+鉀芒母液

鉀芒硝母液——H2O→NaCl+殘液

（2）工藝特點：

該方法的優點是：工藝簡單、裝置易放大、投資小、能耗低、無污染。同時對原料的質量要求不苛刻，凡85%以上的氯化鉀均可使用，產率高（92~96%），產品純度高達98%，氯含量低，副產品氯化鈉純度也極高，可作為電解原料。缺點是工藝流程長，能耗較大。

（3）工藝流程：略

（4）經濟效益評估：

鉀收率：93%；

每生產1000kg硫酸鉀（91%，含K2O　50%），需消耗：含量為98%的芒硝（十水）2.38t，含量為90%的氯化鉀962kg。

總產出：

硫酸鉀1000kg，單價2.9元/kg，金額2900元；氯化鈉：590kg，單價0.4元/kg，金額236元；

合計：3136元。

成本評估：

芒硝（十水）：2.38t，單價100元/t，金額238元；

氯化鉀：0.962t，單價1600元/t，金額1539.2元；

煤：0.5t，單價500元/t，金額250元；

電：160kwh，單價0.8元/kwh，金額128元；

水：2.5t，單價2元/t，金額5元；

其它：400元；

合計：2560.2元。

利潤：575.8元。

（5）設備投資（按年產3萬噸硫酸鉀計）：

蒸汽鍋爐，轉化反應器，離心機，反應結晶器，蒸發器，各種槽類，泵類，干燥機等。

約需設備投資1600萬元（具體投資數額以實際設計結果為準）。

4、硫酸、氯化鉀轉化法生產硫酸鉀：

（1）工藝原理：

本工藝以硫酸和氯化鉀為原料，采用兩步法工藝制備硫酸鉀。第一步以硫酸和氯化鉀反應制得硫酸氫鉀，同時吸收揮發出的氯化氫氣體制得副產品鹽酸。第二步以所制得的硫酸氫鉀為原料，與氨反應生成硫酸鉀和硫酸銨。分離出硫酸鉀后將含有硫酸銨和硫酸鉀的溶液蒸發、結晶，收得硫酸鉀銨。將硫酸鉀銨離解，進一步收得硫酸鉀和硫酸銨（氨中和法）。

也可以硫酸氫鉀與氯化鉀溶液反應，收得硫酸鉀和副產品鹽酸。將分離硫酸鉀后的母液濃縮后與硫酸反應，生成硫酸氫鉀并收得副產品鹽酸。將含有硫酸氫鉀的溶液循環用于氯化鉀溶解（硫酸氫鉀循環法）。

化學反應：略

產品及質量：

硫酸鉀：產品質量符合GB20406—2006標準；鹽酸：產品質量符合HG/T　3783—2005標準；硫酸銨：產品質量符合GB535—1995標準。

（2）工藝的優點：

本工藝的優點在于：反應溫度低、能耗小、設備腐蝕輕、使用壽命長，反應完全、快速、工藝簡單、成本低，鉀的收率高、產品含氮量低、純度高、質量好，可適于各種規模、不同規格的硫酸鉀的生產。

以硫酸氫鉀循環法制備硫酸鉀時，鉀收率最高可達98%，工藝過程無副產硫酸銨產生。

（3）工藝流程（略）。

（4）經濟效益評估：

①、按生產1t硫酸鉀計，投入情況：

序號	項目	數量	單價	金額/元	備注
1	氯化鉀	0.973t	1680元/t	1634	90%,含K2O 56.78%
2	硫酸	1.174t	300元t	352	98%
3	氨	0.199t	2000元/t	398	99%
4	煤	0.45t	500元/t	225
5	電	120kwh	0.7元/kwh	84
6	設備維護費			10
7	設備折舊			79	按12年計
8	其他			400	工資、包裝物等
9	合計			3182

②、產出：

硫酸鉀：1t，單價2900元/t，金額2900元；

鹽酸：1400kg，單價200元/t，金額280元；

硫酸銨：1100kg，單價600元/t，金額660元；

合計：3840元。

③、利潤：658元。

（5）設備投資（按年產1萬噸硫酸鉀）：

氨中和法：鍋爐、硫酸儲罐、一級反應器、硫酸氫鉀結晶器、壓濾機、氯化氫吸收裝置、鹽酸儲罐、二級反應器、離心機、干燥機、蒸發器、硫酸鉀銨結晶器、硫酸鉀銨離解反應器及各種儲槽、泵類等。

硫酸氫鉀循環法：鍋爐、硫酸儲罐、一級反應器、硫酸氫鉀結晶器、壓濾機、氯化氫吸收裝置、鹽酸儲罐、二級反應器、離心機、干燥機、蒸發器及各種儲槽、泵類等。設備投資約650萬元。

5、磷石膏轉化法制備硫酸鉀

（1）工藝原理：

首先將磷石膏與碳酸氫銨反應，生成硫酸銨和碳酸鈣（在制備合格級碳酸鈣時，可先用堿法工藝去除磷石膏中的SiO2，再與碳酸氫銨反應），將含有硫酸銨的溶液與氯化鉀進行復分解反應生成硫酸鉀和氯化銨。將母液蒸發進一步收得氯化銨和硫酸鉀的混合物即氮鉀復合肥。

（2）主要生產設備：鍋爐、轉化反應器、過濾機、離心機、蒸發器、結晶器。

（3）設備投資：按年產10000t硫酸鉀計，需設備投資500萬元。

（4）經濟效益分析：有經濟效益分析報告，需要者請來電聯系。

（5）技術狀態：工業化技術。

6、硫酸銨轉化法生產硫酸鉀：

（1）工藝原理

以硫酸銨為轉化劑，在轉化反應器中與氯化鉀反應，轉化為硫酸鉀和氯化銨。根據硫酸鉀和氯化銨溶解度的不同，反應完成后首先分離出粗硫酸鉀，然后采取特殊的工藝措施對粗硫酸鉀進行處理制得硫酸鉀成品。將分離出粗硫酸鉀后的母液蒸發、冷卻、結晶、分離、脫水、干燥收得氯化鉀銨。分離硫酸鉀銨后的母液返回蒸發工序循環蒸發。分離精硫酸鉀后的溶液送氯化鉀溶解工序用于配制氯化鉀溶液。

（2）化學反應：略

（3）工藝流程：略

（4）主要生產設備

蒸氣鍋爐，氯化鉀配料槽，硫酸鉀轉化反應器，離心機，母液中和槽，精鉀反應器，精鉀離心機，蒸發器，氯化鉀銨結晶器，硫酸鉀銨離心機，硫酸鉀銨母液槽，硫酸鉀干燥機等。每1萬噸產能設備投資約600萬元。

（5）主要經濟技術指標：鉀收率：總收率95%。主要物資能源消耗（按每生產1000kg硫酸鉀計）：氯化鉀：含量90%，1.037kg；硫酸銨：含氮21%，835kg；反應促進劑：含量96%，8kg；水：5m3；煤：300kg；電：120kw/h。

（6）生產成本評估（按每生產1000kg硫酸鉀計）：

序號	項目	數量	單價	金額	備注
1	氯化鉀	1037	1.68	1742	含K2O≥57%
2	硫酸銨	835	0.6	501	N≥21%
3	電	120	0.8	96
4	煤	300	0.5	150
5	水	5	2.0	10.0
6	折舊及維修	-	-	70
7	包裝	-	-	75
8	管理費	-	-	20
9	工資及福利	-	-	120
10	合計	-	-	2784

產出：硫酸鉀：含氧化鉀50%-52%，1000kg,單價：2.9元/kg，金額2900元；氯化鉀銨：含氮21%，氧化鉀7.6%，760kg，單價：1.0元/kg，金額760元。總計：3660元。利潤：876元。

特別說明：本工藝確保硫酸鉀中氧化鉀＞50%。

三、技術合作方式及范圍

技術服務方式：技術轉讓。

技術服務范圍：負責工藝方案的優化、工藝流程設計、標準設備配套設計、非標設備制作設計、設備平面布置設計、設備安裝設計、管網設計、設備安裝指導、設備調試、生產調試、生產工程師培訓、分析工培訓、操作工培訓。負責項目建議書、可行性研究報告、工藝操作規程、原料與產品分析方法、中間控制分析方法的編制。確保鉀收率、產品質量、環保三達標。根據用戶需要可承攬交鑰匙工程。

專家熱線：15893591376（微信同號）　

傳真：0377-63129838

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