硫酸鉀生產(chǎn)技術(shù)

曼海姆法生產(chǎn)硫酸鉀，雖然工藝成熟，但其明顯缺陷是設(shè)備使用壽命短，一次性投資大，生產(chǎn)過程有大量的副產(chǎn)品鹽酸產(chǎn)生，有一定的環(huán)境和銷售負(fù)擔(dān)。而我所開發(fā)的硫酸鎂轉(zhuǎn)化法、芒硝轉(zhuǎn)化法、硫酸轉(zhuǎn)化法、光鹵石分解法、硫酸銨轉(zhuǎn)化法等新工藝，不僅投資小、收率高、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)，而且設(shè)備使用壽命長（20年），無副產(chǎn)品鹽酸產(chǎn)生。和曼海姆相比具有明顯優(yōu)勢。

閱讀導(dǎo)引：

一、硫酸鉀產(chǎn)品介紹

二、工藝介紹

1、硫酸鎂轉(zhuǎn)化法制備硫酸鉀；

2、由硫酸鹽型混鹽礦生產(chǎn)硫酸鉀

3、芒硝轉(zhuǎn)化法制備硫酸鉀；

4、硫酸、氯化鉀轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)硫酸鉀；

5、磷石膏轉(zhuǎn)化法制備硫酸鉀；

6、硫酸銨轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)硫酸鉀；

三、技術(shù)合作方式與范圍；

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一、硫酸鉀產(chǎn)品介紹

1、物理與化學(xué)性質(zhì)

硫酸鉀，分子式K2SO4，分子量174.27，外觀為白色結(jié)晶狀固體（工業(yè)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(shí)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(yè)中用于炮彈的消煙劑，農(nóng)業(yè)上用作化學(xué)肥料，是制造鉀鹽的原料。染料工業(yè)用于制中間體，玻璃工業(yè)用作澄清劑，香料工業(yè)用作助劑，醫(yī)藥上用作緩瀉劑，食品工業(yè)用作通用添加劑。還用于血清蛋白生活檢驗(yàn)。

我國土地84%缺鉀，同時(shí)我國又是一個(gè)鉀資源十分匱乏的國家，因而限制了鉀肥的開發(fā)利用和發(fā)展。致使農(nóng)作物土壤主要養(yǎng)分氮磷鉀的比例嚴(yán)重失調(diào)。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(jià)格昂貴，且為炸藥，施用受到限制。而硫酸鉀同時(shí)也可提供作物需要的鉀和硫，價(jià)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(nóng)肥行業(yè)，尤其是復(fù)合肥行業(yè)對(duì)氯化鉀的需求急劇增長，目前處供不應(yīng)求狀態(tài)。市場價(jià)位在3500元/t上下。

二、工藝介紹

1、硫酸鎂轉(zhuǎn)化法制備硫酸鉀

（1）工藝原理：

硫酸鎂轉(zhuǎn)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(gè)工藝過程來實(shí)現(xiàn)的，其工藝原理是：

以相圖分析為依據(jù)，首先將硫酸鎂和氯化鉀按規(guī)定量與水及循環(huán)的部分軟鉀鎂礬母液混合并在一定條件下反應(yīng)，生成軟鉀鎂礬。再經(jīng)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(zhuǎn)化工序與氯化鉀反應(yīng)，轉(zhuǎn)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(tǒng)工藝的固有不足是鉀收率偏低，對(duì)鎂不能進(jìn)行綜合利用。

本所開發(fā)的新工藝以上述工藝為基礎(chǔ)，解決了母液和工藝廢水的循環(huán)利用問題，大副度提高了鉀收率，使達(dá)到94-96%水平，而且提高了產(chǎn)品質(zhì)量及質(zhì)量穩(wěn)定性。將硫酸鉀中氧化鉀含量穩(wěn)定的控制在50-52%之間，氯化物含量控制在1%以內(nèi)。同時(shí)對(duì)工藝廢水（老鹵）進(jìn)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(fā)收得光鹵石。

（2）工藝特點(diǎn)：

本工藝的特點(diǎn)一是硫酸鎂價(jià)格較低，來源廣泛；二是對(duì)氯化鉀主含量、含水量沒有嚴(yán)格要求，主含量85%以上的氯化鉀均可使用；三是生產(chǎn)過程是在溶液循環(huán)的條件下進(jìn)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(jīng)濟(jì)效益顯著。此外，生產(chǎn)過程無氯化氫氣體產(chǎn)生，無鹽酸銷售負(fù)擔(dān)，具有流程簡單，設(shè)備投資少，設(shè)備使用壽命長，產(chǎn)品純度高，生產(chǎn)成本低，鎂資源得到高附加值化綜合利用等優(yōu)點(diǎn)。

本工藝已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

（3）工藝流程：略

（4）經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估：

K2O收率94-96%；MgO收率95%；

總產(chǎn)出（按每生產(chǎn)1000KG硫酸鉀計(jì)）：

硫酸鉀1000kg，單價(jià)2.9元/kg，金額2900元；

醫(yī)用食品級(jí)碳酸鎂：660kg，單價(jià)6元/kg，金額3960元；

合計(jì)：6860元。

總投入（按每生產(chǎn)1000KG硫酸鉀計(jì)）：

硫酸鎂：1.56t，單價(jià)400元/t，金額624元；

氯化鉀：0.952t，單價(jià)1680元/t，金額1600元；

沉淀劑：628kg，單價(jià)1.5元/t，金額942元

煤：0.6t，單價(jià)500元/t，金額300元；

電：200kwh，單價(jià)0.8元/kwh，金額160元；

其它：400元；

合計(jì)：4026元。

利潤：2834元。

（5）設(shè)備投資（按年產(chǎn)2萬噸硫酸鉀計(jì)）：

主要生產(chǎn)設(shè)備有：蒸汽鍋爐，轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，壓濾機(jī)，離心機(jī)，反應(yīng)結(jié)晶器，蒸發(fā)器，各種槽類，泵類，干燥機(jī)等。

硫酸鎂自制，硫酸鉀制備過程聯(lián)產(chǎn)碳酸鎂：需設(shè)備及工程建設(shè)投資2200萬元；

硫酸鎂自制，硫酸鉀制備過程不聯(lián)產(chǎn)碳酸鎂：需設(shè)備及工程建設(shè)投資1500萬元；

外購硫酸鎂，硫酸鉀制備過程聯(lián)產(chǎn)碳酸鎂：需設(shè)備及工程建設(shè)投資1900萬元；

外購硫酸鎂，硫酸鉀制備過程不聯(lián)產(chǎn)碳酸鎂：需設(shè)備及工程建設(shè)投資1200萬元；

2、由硫酸鹽型混鹽礦生產(chǎn)硫酸鉀

（1）技術(shù)領(lǐng)域：

本工藝屬無機(jī)化工領(lǐng)域，具體涉及水鹽體系法制備農(nóng)用硫酸鉀技術(shù)。

（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(chǎn)物結(jié)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(duì)母液進(jìn)行全封閉循環(huán)使用。

（3）主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：

硫酸鹽型混鹽礦化學(xué)組成：以青海某鹽田所產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)成本：

序號(hào)	項(xiàng)目	單耗（kg）	單價(jià)（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(shè)備維護(hù)			10
9	固定資產(chǎn)折舊			60
10	其他			50
11	合計(jì)			2062.2

（5）經(jīng)濟(jì)效益：

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

建設(shè)一套年產(chǎn)量為3萬噸的硫酸鉀生產(chǎn)裝置，每年可實(shí)現(xiàn)利潤：2513萬元。

（6）產(chǎn)品質(zhì)量：

所產(chǎn)硫酸鉀符合農(nóng)用硫酸鉀優(yōu)級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)。其中氧化鉀含量≥50%；氯化物≤1%。

（7）設(shè)備投資：

每1萬噸產(chǎn)能約需設(shè)備投資500萬元。

3、芒硝轉(zhuǎn)化法制備硫酸鉀

（1）工藝原理：

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

化學(xué)反應(yīng)：

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(diǎn)：

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

（3）工藝流程：略

（4）經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估：

鉀收率：93%；

每生產(chǎn)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(chǎn)出：

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

合計(jì)：3136元。

成本評(píng)估：

芒硝（十水）：2.38t，單價(jià)100元/t，金額238元；

氯化鉀：0.962t，單價(jià)1600元/t，金額1539.2元；

煤：0.5t，單價(jià)500元/t，金額250元；

電：160kwh，單價(jià)0.8元/kwh，金額128元；

水：2.5t，單價(jià)2元/t，金額5元；

其它：400元；

合計(jì)：2560.2元。

利潤：575.8元。

（5）設(shè)備投資（按年產(chǎn)3萬噸硫酸鉀計(jì)）：

蒸汽鍋爐，轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，離心機(jī)，反應(yīng)結(jié)晶器，蒸發(fā)器，各種槽類，泵類，干燥機(jī)等。

約需設(shè)備投資1600萬元（具體投資數(shù)額以實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)果為準(zhǔn)）。

4、硫酸、氯化鉀轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)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(yīng)制得硫酸氫鉀，同時(shí)吸收揮發(fā)出的氯化氫氣體制得副產(chǎn)品鹽酸。第二步以所制得的硫酸氫鉀為原料，與氨反應(yīng)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(fā)、結(jié)晶，收得硫酸鉀銨。將硫酸鉀銨離解，進(jìn)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(yīng)，收得硫酸鉀和副產(chǎn)品鹽酸。將分離硫酸鉀后的母液濃縮后與硫酸反應(yīng)，生成硫酸氫鉀并收得副產(chǎn)品鹽酸。將含有硫酸氫鉀的溶液循環(huán)用于氯化鉀溶解（硫酸氫鉀循環(huán)法）。

化學(xué)反應(yīng)：略

產(chǎn)品及質(zhì)量：

硫酸鉀：產(chǎn)品質(zhì)量符合GB20406—2006標(biāo)準(zhǔn)；鹽酸：產(chǎn)品質(zhì)量符合HG/T　3783—2005標(biāo)準(zhǔn)；硫酸銨：產(chǎn)品質(zhì)量符合GB535—1995標(biāo)準(zhǔn)。

（2）工藝的優(yōu)點(diǎn)：

本工藝的優(yōu)點(diǎn)在于：反應(yīng)溫度低、能耗小、設(shè)備腐蝕輕、使用壽命長，反應(yīng)完全、快速、工藝簡單、成本低，鉀的收率高、產(chǎn)品含氮量低、純度高、質(zhì)量好，可適于各種規(guī)模、不同規(guī)格的硫酸鉀的生產(chǎn)。

以硫酸氫鉀循環(huán)法制備硫酸鉀時(shí)，鉀收率最高可達(dá)98%，工藝過程無副產(chǎn)硫酸銨產(chǎn)生。

（3）工藝流程（略）。

（4）經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估：

①、按生產(chǎn)1t硫酸鉀計(jì)，投入情況：

序號(hào)	項(xiàng)目	數(shù)量	單價(jià)	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(shè)備維護(hù)費(fèi)			10
7	設(shè)備折舊			79	按12年計(jì)
8	其他			400	工資、包裝物等
9	合計(jì)			3182

②、產(chǎn)出：

硫酸鉀：1t，單價(jià)2900元/t，金額2900元；

鹽酸：1400kg，單價(jià)200元/t，金額280元；

硫酸銨：1100kg，單價(jià)600元/t，金額660元；

合計(jì)：3840元。

③、利潤：658元。

（5）設(shè)備投資（按年產(chǎn)1萬噸硫酸鉀）：

氨中和法：鍋爐、硫酸儲(chǔ)罐、一級(jí)反應(yīng)器、硫酸氫鉀結(jié)晶器、壓濾機(jī)、氯化氫吸收裝置、鹽酸儲(chǔ)罐、二級(jí)反應(yīng)器、離心機(jī)、干燥機(jī)、蒸發(fā)器、硫酸鉀銨結(jié)晶器、硫酸鉀銨離解反應(yīng)器及各種儲(chǔ)槽、泵類等。

硫酸氫鉀循環(huán)法：鍋爐、硫酸儲(chǔ)罐、一級(jí)反應(yīng)器、硫酸氫鉀結(jié)晶器、壓濾機(jī)、氯化氫吸收裝置、鹽酸儲(chǔ)罐、二級(jí)反應(yīng)器、離心機(jī)、干燥機(jī)、蒸發(fā)器及各種儲(chǔ)槽、泵類等。設(shè)備投資約650萬元。

5、磷石膏轉(zhuǎn)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(yīng)，生成硫酸銨和碳酸鈣（在制備合格級(jí)碳酸鈣時(shí)，可先用堿法工藝去除磷石膏中的SiO2，再與碳酸氫銨反應(yīng)），將含有硫酸銨的溶液與氯化鉀進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)生成硫酸鉀和氯化銨。將母液蒸發(fā)進(jìn)一步收得氯化銨和硫酸鉀的混合物即氮鉀復(fù)合肥。

（2）主要生產(chǎn)設(shè)備：鍋爐、轉(zhuǎn)化反應(yīng)器、過濾機(jī)、離心機(jī)、蒸發(fā)器、結(jié)晶器。

（3）設(shè)備投資：按年產(chǎn)10000t硫酸鉀計(jì)，需設(shè)備投資500萬元。

（4）經(jīng)濟(jì)效益分析：有經(jīng)濟(jì)效益分析報(bào)告，需要者請(qǐng)來電聯(lián)系。

（5）技術(shù)狀態(tài)：工業(yè)化技術(shù)。

6、硫酸銨轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)硫酸鉀：

（1）工藝原理

以硫酸銨為轉(zhuǎn)化劑，在轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中與氯化鉀反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為硫酸鉀和氯化銨。根據(jù)硫酸鉀和氯化銨溶解度的不同，反應(yīng)完成后首先分離出粗硫酸鉀，然后采取特殊的工藝措施對(duì)粗硫酸鉀進(jìn)行處理制得硫酸鉀成品。將分離出粗硫酸鉀后的母液蒸發(fā)、冷卻、結(jié)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(fā)工序循環(huán)蒸發(fā)。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(xué)反應(yīng)：略

（3）工藝流程：略

（4）主要生產(chǎn)設(shè)備

蒸氣鍋爐，氯化鉀配料槽，硫酸鉀轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，離心機(jī)，母液中和槽，精鉀反應(yīng)器，精鉀離心機(jī)，蒸發(fā)器，氯化鉀銨結(jié)晶器，硫酸鉀銨離心機(jī)，硫酸鉀銨母液槽，硫酸鉀干燥機(jī)等。每1萬噸產(chǎn)能設(shè)備投資約600萬元。

（5）主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：鉀收率：總收率95%。主要物資能源消耗（按每生產(chǎn)1000kg硫酸鉀計(jì)）：氯化鉀：含量90%，1.037kg；硫酸銨：含氮21%，835kg；反應(yīng)促進(jìn)劑：含量96%，8kg；水：5m3；煤：300kg；電：120kw/h。

（6）生產(chǎn)成本評(píng)估（按每生產(chǎn)1000kg硫酸鉀計(jì)）：

序號(hào)	項(xiàng)目	數(shù)量	單價(jià)	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(fèi)	-	-	20
9	工資及福利	-	-	120
10	合計(jì)	-	-	2784

產(chǎn)出：硫酸鉀：含氧化鉀50%-52%，1000kg,單價(jià)：2.9元/kg，金額2900元；氯化鉀銨：含氮21%，氧化鉀7.6%，760kg，單價(jià)：1.0元/kg，金額760元。總計(jì)：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(shù)合作方式及范圍

技術(shù)服務(wù)方式：技術(shù)轉(zhuǎn)讓。

技術(shù)服務(wù)范圍：負(fù)責(zé)工藝方案的優(yōu)化、工藝流程設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備配套設(shè)計(jì)、非標(biāo)設(shè)備制作設(shè)計(jì)、設(shè)備平面布置設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝設(shè)計(jì)、管網(wǎng)設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝指導(dǎo)、設(shè)備調(diào)試、生產(chǎn)調(diào)試、生產(chǎn)工程師培訓(xùn)、分析工培訓(xùn)、操作工培訓(xùn)。負(fù)責(zé)項(xiàng)目建議書、可行性研究報(bào)告、工藝操作規(guī)程、原料與產(chǎn)品分析方法、中間控制分析方法的編制。確保鉀收率、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保三達(dá)標(biāo)。根據(jù)用戶需要可承攬交鑰匙工程。

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