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氯化钾(KCl,Potassium Chloride)是盐湖资源中的重要资源,主要运用于农业、医药、食品等行业,是钾肥的主要原料。大规模生产氯化钾多从氯化型盐湖提卤中获得,以反浮选-冷结晶工艺为主。但结晶产品长期存在粒度小、回收率低、粉状钾盐比例偏高等问题。近年来,过饱和度、停留时间、搅拌速度等因素对结晶动力学和晶体粒度的影响被广泛研究,建立了相关动力学模型,为制备大颗粒氯化钾提供了理论依据,但仍然达不到颗粒氯化钾钾肥标准。本论文以低钠光卤石为原料,以冷却结晶制备氯化钾结晶过程热力学和动力学为理论依据,对低钠光卤石制备氯化钾结晶过程进行了系统研究,同时建立了成核和三维尺度生长贡献评价模型,主要研究内容如下:(1)通过变温溶解法测定了10~70℃低钠光卤石水溶液中氯化钾的溶解度,同时用原子吸收光谱法测定了对应溶液中氯化钾的含量,并采用简化固液平衡方程对溶解度数据进行了拟合;采用聚焦反射激光测量仪(Focused Beam Reflective Measurement,FBRM)与全自动反应量热工作站(Optimax 1001)联用研究了温度、搅拌速度、降温速率对体系介稳区宽度及诱导期的影响;用经典Nyvlt理论方程和3D成核原理,结合实验介稳区及诱导期数据,计算了低钠光卤石中氯化钾的成核级数、表面张力和表面能因子,为结晶工艺优化提供了理论依据。(2)采用FBRM、在线颗粒粒度分析仪(Particle Video Microscope,PVM)、电子扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)等分析方法研究了不同搅拌速度、降温速率、晶种等对低钠光卤石水溶液中冷却结晶制备的氯化钾结晶粒径分布与结晶形貌的影响;采用原子吸收光谱法测定了快、慢速降温及有无晶种条件下,结晶过程中溶液体系过饱和度(以氯化钾含量表示)的变化;采用全自动静态干法和湿法粒度粒形分析仪(Nano500 XY)分析了结晶产品,从形貌、数量变化、宽长比、盒填充率及球形度等角度探讨氯化钾结晶生长机理,并建立了晶体成核及三维尺度生长贡献评价模型。(3)基于以上热力学、动力学机理,分别从搅拌速度、降温速率及结晶时间角度提出优化方案,将最优方案与0.1℃/min降温条件下的结晶过程和结晶产品进行对比,并进行动力学验证。最终确定低钠光卤石水溶液中冷却降温制备氯化钾结晶的最优工艺操作条件为300 r/min、0.01 g/mL晶种,以0.1℃/min降温速率降温80 min,以0.2℃/min降温55 min,最后用0.4℃/min降温速率降温至5℃,且最优路径动力学得到证实。