利用太阳池型钾石盐热溶槽制备氯化钾的技术研究

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钾是农作物生长所必需的三大营养元素之一,中国钾肥需求量大,但钾资源匮乏,钾肥主要产地柴达木盆地高品位钾资源越来越少,制约产业可持续发展。热溶结晶法生产氯化钾是目前回收低品位钾资源的主要方法,但存在能耗高,设备腐蚀严重等问题。论文将热溶结晶法中的热溶槽与太阳池有机结合,开展利用太阳池型钾石盐热溶槽制备氯化钾的技术研究,探索降低利用低品位钾资源能耗的途径。主要进行了底层盐组成、盐厚度对太阳池型钾石盐热溶槽性能影响的试验,热溶槽底层溶液的提取和补充试验,分离钾后滤液的循环试验,加热底层溶液溶解钾石盐的试验,冷却结晶制备氯化钾的试验,以及察尔汗湖区自然条件下构建并运行小型太阳池型钾石盐热溶槽的试验等。试验结果表明:(1)在热溶结晶法的氯化钾生产企业里构建太阳池型钾石盐热溶槽时,下对流层取热溶车间结晶分离氯化钾后的循环母液灌注;非对流层采用稀释该循环母液至20°Be′的溶液灌注,上对流层取热溶车间循环的冷却水灌注,可以构建浓度梯度、浊度符合要求的太阳池型钾石盐热溶槽;(2)采用底层不同盐组成、不同盐厚度构建的太阳池型钾石盐热溶槽,运行中密度、盐度整体能保持稳定的梯度;随着运行天数增加,底层部分钾石盐溶解进入了下对流层,各层界面两层相邻的小区域内出现微量盐分从高浓度区向低浓度区扩散的情况,热溶槽内溶液的粘度变化不大,在一定范围之内波动。运行过程中热溶槽的F值均小于0,处于稳定状态;热溶槽每日太阳能吸收量随运行中每天的太阳辐射度的波动而波动;底层钾石盐的组成中KCl含量大于30%,Mg Cl2含量小于6%较合理。热溶槽底层盐厚度的改变对运行稳定时下对流层溶液温度影响不大,底层盐的厚度50 mm时,总的蓄热量最大。(3)由热溶槽底层溶液的提取与补充试验可知:连续操作单次取补液量1000 m L较合适,间歇操作2000 m L较合适,取补液速率1.243 m L/s较合适;热溶槽底部固定取液管,补液管的位置设置在下对流层距离槽底150 mm处较合适。(4)分离钾后循环使用多次的滤液中各种离子含量差异不大,循环使用可以提高原料利用率和钾的收率。(5)抽取热溶槽运行稳定后的下对流层溶液,进行第二段热溶钾石盐,温度选择95℃较合理,与现有的热溶结晶法生产氯化钾工艺相比,采用两段热溶钾石盐的方案,每生产1 t氯化钾可降低能耗1.73×10~6k J。(6)得出了氯化钾在纯水溶液中的溶解度模型、氯化钾在KCl-Mg Cl2-Na Cl-H2O体系下的溶解度模型以及氯化钾在钾石盐溶液中的结晶动力学模型。(7)在察尔汗湖区的自然条件下运行了小型钾石盐太阳池,其达到稳定时下对流层的最高温度为55.4℃,然后在其底部加入固体钾石盐来构建太阳池型钾石盐热溶槽,热溶槽运行稳定后下对流层的最高温度为57.5℃,说明在太阳池底层加入固体钾石盐有利于下对流层溶液的升温和储热。
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