CN106892442B - 一种钾明矾加压复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钾明矾加压复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法，具体步骤为：将钾明矾与氯化钾加入到循环母液中进行溶解，加热使体系处于高温加压状态下进行复分解反应，固液分离得到硫酸钾结晶和硫酸钾结晶母液，硫酸钾结晶经水洗、干燥、包装即为成品硫酸钾结晶，硫酸钾结晶母液进入闪蒸器蒸发浓缩结晶，固液分离后得到六水氯化铝结晶和氯化铝结晶母液，六水氯化铝结晶经水洗、干燥、包装即为成品氯化铝结晶，氯化铝结晶母液作为循环母液返回溶解阶段利用。本发明避免了高温焙烧分解工艺，减少了蒸发量，实现了将市场容量小的钾明矾中间产品转化为市场容量极大的硫酸钾及氯化铝产品，工艺简单、钾铝收率高、能耗低、无三废排放、适用于工业化发展。

Description

一种钾明矾加压复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法
技术领域
本发明属于硫酸钾和氯化铝生产技术领域，涉及一种钾明矾加压复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法。
背景技术
钾作为植物所需的氮、磷、钾三大营养元素之一，是其体内含量最高的阳离子，对植物体多种酶的活化、光合作用、渗透压的调节、营养物质的合成和运转等方面起着不可替代的作用。但是我国大部分土壤普遍缺钾，且长期钾肥施肥不足，而氯离子敏感的喜钾型农作物的生长只能施用无氯钾肥，硫酸钾含50%的氧化钾和18%的硫，作为一种优质无氯钾肥需求量逐年增高。而我国硫酸钾产量不能满足需求，每年需进口大量的硫酸钾。氯化铝结晶被广泛应用于水净化行业也被应用于造纸、石油化工、香料、农药、涂料等行业，是一种重要的铝盐。因此开发钾明矾制取硫酸钾和氯化铝的新工艺具有深远的意义。
现有的利用钾明矾制取硫酸钾的工艺主要是明矾热解法、常压复分解法。明矾热解法生产硫酸钾主要有高温焙烧、水浸取、固液分离、蒸发浓缩结晶等工段，在1000℃左右的高温下焙烧2h，需要消耗大量的能量，且硫酸铝分解出来的SO2、SO3回收难度高、对设备要求高，易造成环境污染，蒸发浓缩结晶工段需蒸发大量的水，能耗高。对于常压复分解法，由于复分解温度较低（≤90℃），复分解的硫酸钾结晶产物易混入12水钾明矾结晶，产品纯度不高，需二次提纯才能获得合格的硫酸钾产品，且相同体积的循环母液单次产品产出量较小。本技术的钾明矾加压复分解方法，复分解温度高（>92.5℃，≤200℃），在此温度下的溶液钾明矾的结晶特性存在根本的改变，不会再形成12水钾明矾结晶，只可能形成3水钾明矾，钾明矾溶解度更高，不易与硫酸钾结晶析出，获得的硫酸钾产品更纯净，不需要经过二次提纯步骤。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术不能简单、高效的利用钾明矾转化硫酸钾和氯化铝的技术问题，提供一种钾明矾加压复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法，以克服现有技术的不足。本发明方法具有工艺流程短，条件温和、蒸发水量少、直接制备高附加值的氯化铝结晶、不产生三废、生产设备简单、能耗低、效益好，因此更适宜于工业化生产。
为实现上述目的，本发明通过如下技术方案实施的：
1）按一定质量比将钾明矾、氯化钾加入到循环母液中，搅拌使混合均匀、高温加压复分解反应一段时间使硫酸钾结晶析出；
2）在一定的温度下进行固液分离，得到硫酸钾结晶和硫酸钾结晶母液，硫酸钾结晶经洗涤、干燥、包装即为成品硫酸钾；
3）硫酸钾结晶母液到闪蒸器蒸发浓缩结晶制取氯化铝结晶，固液分离，得到氯化铝结晶和氯化铝结晶母液，氯化铝结晶经洗涤、干燥、包装即为成品氯化铝，氯化铝结晶母液作为循环母液返回到盐溶解阶段。
在步骤（1）中所述钾明矾与氯化钾的质量比为1-3：1，硫酸钾结晶过程压力为0.1-1Mpa，反应温度为110-180℃。循环母液为反应的酸性溶液，其pH≤3。硫酸钾结晶过程时间为30-90min。
步骤（2）中固液分离所用温度不低于步骤（1）复分解反应温度10℃以下，即复分解温度－固液分离温度≤10℃。
在步骤（3）中闪蒸器结晶最终控制温度为30-80℃，氯化铝结晶过程时间为10-60min。
本发明与现有其他的钾明矾制取硫酸钾的方法相比优点在于：
1、钾明矾直接溶解于溶液中，以离子的状态在溶液中进行硫酸钾结晶，避免了高温焙烧钾明矾使其脱水、破坏其结构的过程，极大的降低了能耗。
2、铝以氯化铝结晶的形式从溶液中析出，避免了高温焙烧分解硫酸铝和SO2、SO3吸收的过程，且直接生成了附加值高的铝盐而不是氧化铝，降低了能耗，缩短了工艺流程，提高了经济效益、更加环保安全。
3、相对于其他方法的蒸发浓缩结晶，本发明以调节温度的方式使硫酸钾结晶从溶液中析出，从而大大降低了水蒸发量，有效的降低了能耗，并且利用前工段高温加压的能量用闪蒸器蒸发结晶氯化铝，所以并不增加能耗。
4、各元素一直在整个流程中循环，没有废料排出，原料利用率高、钾收率高。
5、采用本发明的方法生产硫酸钾，硫酸钾纯度>95%，氯化铝纯度>95%。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方法
实施例1
将30g的钾明矾、15g的氯化钾和100g的循环母液1（pH=1）加入到高压反应釜中，缓缓加热至压力为0.2Mpa，搅拌速度为200r/min使混合均匀，保持在该压力下反应60min，在此温度下固液分离，得到123g的硫酸钾结晶母液，固体经水洗、干燥后得到22g硫酸钾结晶，水洗液并入循环母液；硫酸钾结晶母液进入氯化铝结晶阶段，调节温度到50℃，在搅拌速度为200r/min的状态下结晶30min后，固液分离，得到105g的氯化铝结晶母液，固体经水洗、干燥后得到18g氯化铝结晶，水洗液并入循环母液；最终的母液经蒸发到100g后作为循环母液返回盐溶解阶段，循环利用。产品硫酸钾符合农用硫酸钾一级标准，氯化铝满足工业品要求。
实施例2
将40g的钾明矾、20g的氯化钾和100g的循环母液2（pH=1）加入到高压反应釜中，缓缓加热至压力为0.3Mpa，搅拌速度为200r/min使混合均匀，保持在该压力下反应60min，在此温度下固液分离，得到130g的硫酸钾结晶母液，固体经水洗、干燥后得到30g硫酸钾结晶，水洗液并入循环母液；硫酸钾结晶母液进入氯化铝结晶阶段，调节温度到60℃，在搅拌速度为200r/min的状态下结晶30min后，固液分离，得到110g的氯化铝结晶母液，固体经水洗、干燥后得到22g氯化铝结晶，水洗液并入循环母液；最终的母液经蒸发到100g后作为循环母液返回盐溶解阶段，循环利用。产品硫酸钾符合农用硫酸钾一级标准，氯化铝满足工业品要求。
实施例3
将30g的钾明矾、15g的氯化钾和100g的循环母液3（pH=1）加入到高压反应釜中，缓缓加热至压力为0.4Mpa，搅拌速度为100r/min使混合均匀，保持在该压力下反应90min，在此温度下固液分离，得到125g的硫酸钾结晶母液，固体经水洗、干燥后得到20g硫酸钾结晶，水洗液并入循环母液；硫酸钾结晶母液进入氯化铝结晶阶段，调节温度到80℃，在搅拌速度为100r/min的状态下结晶60min后，固液分离，得到110g的氯化铝结晶母液，固体经水洗、干燥后得到15g氯化铝结晶，水洗液并入循环母液；最终的母液经蒸发为100g后作为循环母液返回盐溶解阶段，循环利用。产品硫酸钾符合农用硫酸钾一级标准，氯化铝满足工业品要求。
实施例4
将40g的钾明矾、20g的氯化钾和100g的循环母液4（pH=1）加入到高压反应釜中，缓缓加热至压力为0.2Mpa，搅拌速度为100r/min使混合均匀，保持在该压力下反应60min，在此温度下固液分离，得到120g的硫酸钾结晶母液，固体经水洗、干燥后得到40g硫酸钾结晶，水洗液并入循环母液；硫酸钾结晶母液进入氯化铝结晶阶段，调节温度到70℃，在搅拌速度为100r/min的状态下结晶60min后，固液分离，得到100g的氯化铝结晶母液，固体经水洗、干燥后得到20g氯化铝结晶，水洗液并入循环母液；最终的母液经蒸发为100g后作为循环母液返回盐溶解阶段，循环利用。产品硫酸钾符合农用硫酸钾一级标准，氯化铝满足工业品要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种钾明矾加压复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将钾明矾与氯化钾加入到循环母液中进行溶解，加热使体系处于高温加压状态下进行复分解反应，硫酸钾结晶析出；
（2）然后将步骤（1）产物通过固液分离得到硫酸钾结晶和硫酸钾结晶母液，硫酸钾结晶经水洗、干燥、包装为成品硫酸钾结晶；
（3）硫酸钾结晶母液进入闪蒸器蒸发浓缩结晶，固液分离后得到六水氯化铝结晶和氯化铝结晶母液，六水氯化铝结晶经水洗、干燥、包装为成品氯化铝结晶；
（4）氯化铝结晶母液作为循环母液返回溶解阶段循环利用；
步骤（1）的复分解反应过程，反应压力为0.1-1MPa，反应温度为110-180℃；
其中步骤（1）复分解温度－步骤（2）固液分离温度≤10℃；
步骤（1）硫酸钾结晶的时间为30-90min；步骤（3）中闪蒸器蒸发浓缩结晶的时间为10-60min，温度为30-80℃。
2.根据权利要求1所述的钾明矾加压复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法，其特征在于：所述钾明矾与氯化钾的质量比为1-3:1；循环母液的pH≤3。
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