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1、“冷分解正浮选洗涤法”年产四万吨氯化钾的工艺初步设计(察尔汗地区，15)摘要察尔汗地区目前主要是以卤水为原料，加工生产氯化钾产品。通过对几种生产氯化钾的工艺较为全面的比较，同时考虑了察尔汗地区的自然条件，分析水、电等能源消耗、原料的供给及运输费用情况。在此基础上进行物料衡算和热量衡算，从而确定出主要工艺设备的型号、尺寸，数量，最后绘制带控制点的工艺流程图、设备平面布置图及主要设备图等，拟定此设计（察尔汗地区）用正浮选法年产四万吨氯化钾的工艺流程，以满足青海地区对钾肥产品的需求。关键词：光卤石，氯化钾，正浮选，相图THE PRODUCTION OF 40,000 TONS OF POTASSIU
2、MCHLORIDE IN THE PRELIMINERI DESIGN PROCESS WITHECOMPOSITION-FLOTATION-SCRUBBINGMETHOD(QARHAN DISTRICT，15)Abstract Qarhan area is primarily using the brine for the material to process potassium chloride. By comparing several methods of production of potassium chloride, at the same time taking into a
3、ccount the Qinghai Qarhan area of the natural conditions of water, electricity and other energy, raw materials supply and transport Charges by. Based on this material balance and energy balance to determine the main process equipment of the type, size, number, last drawn have flow chart of control p
4、oints, equipment, floor plan and other major equipment plan to draw up the design ( Qarhan area) with an annual output of 40,000 tons is being made potassium chloride flotation process flow, to meet the Qinghai region potash products. Key words： Carmelite，Potassium Chloride，Direct Flotation，Phase Di
5、agram 目 录1总 论11.1 概述11.1.1 氯化钾的物理化学性质11.1.2 氯化钾的用途及钾肥的市场需求21.1.3 氯化钾的工业质量标准31.1.4 产品方案31.1.5 生产氯化钾的原料概述31.2 文献综述41.3 主要原材料的规格41.4 察尔汗盐湖湖区的自然条件41.5 青海省盐湖资源情况52生产工艺流程确定62.1 概述62.2 由光卤石制取氯化钾的主要方法72.2.1 兑卤结晶法72.2.2 盐田重结晶法72.2.3 冷分解热溶结晶法72.2.4 冷分解筛分洗涤法82.2.5 冷结晶正浮选洗涤法82.2.6 反浮选冷结晶法82.2.7 冷分解正浮选洗涤法93生产流程介
6、绍104工艺计算134.1 物料衡算134.1.1 初开车时的物料衡算144.1.2 正常生产条件下的物料衡算194.1.3 年产量为四万吨氯化钾下的物料衡算304.2 热量衡算364.2.1 基础数据364.2.2 热量衡算385主要设备计算与选型405.1 螺旋加矿机组40 5.1.1 螺旋加矿机概述405.1.2 设计计算405.2 分解机组405.2.1 分解槽概述405.2.2 设计计算415.3 浮选机组415.3.1 浮选机概述415.3.2 浮选设备选型425.4 过滤机425.4.1 过滤机台数435.4.2 真空泵的选择435.5 螺旋洗涤机435.6 离心机445.6.1
7、 离心机概述445.6.2 设计计算445.7 干燥器455.7.1 转筒干燥器概述455.7.2 转筒的直径465.7.3 容积传热系数465.7.4 转筒长度Z465.7.5 转筒的转速和斜率的选择485.7.6 停留时间485.7.7 填充率检验485.8 旋风除尘器496.设计总结51参考文献53致 谢55附 录57附 图591总 论1.1 概述目前，世界钾盐年产量在3.0107t以上，其中95%以上用作肥料，其次用于制取各种化工产品及中间产品1。钾盐的利用和生产已有较长的历史。人们很早就利用草木灰肥田。1861年，在德国的施塔斯福特建立了世界上第一座钾肥厂，20世纪初世界各地相继发现
8、钾矿并开始大规模生产钾盐。我国在20世纪30年代未开始从海盐苦卤中提取氯化钾，后又以盐湖卤水矿生产氯化钾。其工艺有兑卤法，正浮选法及反浮选法等。 我国是一个拥有13亿人口的农业大国，钾肥是农业三大肥料之一，对绝大多数作物都有明显的增产效果。随着中国农业的快速发展，对钾肥的需求量不断增加。我国已成为世界第二大钾肥消费国和进口国，巨大的供给缺口预示着中国需要大力发展钾肥行业。据统计表明，2008年中国氯化钾进口价格上涨400美元(吨价)，达到565美元。加拿大钾肥公司2008年向中国供应的钾肥每吨提高400美元。而美盛公司对中国的钾肥价格则达到了576美元。国产钾肥满足率仅占15%左右，每年进口钾
9、肥(折K2O)400万吨以上，钾肥供给不足与耕地普遍缺钾之间的矛盾十分突出。2008年由于国际氯化钾价格的上扬导致国内钾肥市场价格一路走高，这无疑降低了我国农作物产量和品质，对我国农业和国民经济的高效发展产生了很大影响。在发现罗布泊钾盐矿床以前，我国钾资源保有储量4.57亿吨，仅占世界储量的2.6%。全国共有可经济利用的矿床13个，保有储量仅1.64亿吨(KCl)。钾资源主要分布在青海省察尔汗盐湖，其储量约占全国的97%，其表面储量约1.45亿吨，工业储量达0.97亿吨，大规模的开发该盐湖生产氯化钾，不但可以缓解国内钾肥市场的供需矛盾，同时可以节省大量外汇。钾肥主要指氯化钾和硫酸钾，属酸型肥料
10、。从全国使用钾肥的现状可知氯化钾用量最大，钾肥的生产工艺有多种，如溶解结晶法、浮选法、重力选法及静电分选法。目前国内盐田生产氯化钾的主要方法有正浮选法、反浮选法及兑卤法。而“冷分解正浮选洗涤法”是其中的一种传统工艺。该法生产氯化钾的历史从上世纪三十年代开始，因其工艺过程自始至终在常温下进行，工艺条件温和，所以几十年来得到了长足的发展。该法生产的钾肥产量约占全球产量的55%，我国前几年氯化钾产量的绝大部分源于该法生产2。1.1.1 氯化钾的物理化学性质氯化钾是一种白色或暗白色的立方形结晶，类似于食盐，味极咸，无毒。氯化钾化学分子式是KCl，分子量为74.55g/mol；密度：1987kg/m3
11、(25)；熔点：776；热容：50877； 硬度：2.0(矿物)；溶解热(吸热)：247.337(溶解于无限多kg水中)；晶系：属立方晶系，轴角，轴长；纯度：纯品氯化钾中氧化钾含量为63.09%；溶解度：在水中溶解度随温度的升高而迅速增加。氯化钾在水中的溶解度见表11。表11 氯化钾在水中的溶解度 温度0102030406080100溶解度(克100克水)27.631.034.037.040.045.551.156.70时每100克水中能溶解27.6克氯化钾，100时为56.7克。通常可利用溶解度随温度变化的特性，把氯化钾和其他盐类分开，制得高品位的氯化钾。在大多数国家，用作肥料的氯化钾，其中
12、氧化钾的含量一般是58%60%。由溶解结晶法和浮选法制得的氯化钾产品一般成晶粒状，粒子的直径分别小于0.750.15毫米。由浮选法制得的氯化钾呈粉红色到红色，而溶解结晶法制得的产品为白色。为了降低氯化钾的结块性，有时在成品中加入少量的脂肪胺。除了细结晶的产品外，还有大结晶0.421.6毫米和颗粒状0.170.3毫米的产品。氯化钾易溶于水，微溶于乙醇和甘油，不溶于浓盐酸、乙醚和丙酮。有吸湿性、易结块。1.1.2 氯化钾的用途及钾肥的市场需求氯化钾的用途相当广泛，主要用于农业，另外在化工、冶金、军事、医药等领域有非常重要的作用。在农业上，钾元素是植物生长过程中所必须的三大元素之一，钾元素对调节植物
13、体内的生命过程具有很大的作用，它有利于改善植物体内水分的吸收状况，糖类的合成和转移，特别有利于淀粉的积累。使用钾肥能够有效提高农作物的产量和品质。如能促使水稻的谷粒饱满，马铃薯、甘薯的薯块增大，麻的纤维拉力增强。茶叶、烟草的品质提高，甘蔗、菠萝以及柑类果树的味道鲜甜等。为此，要对这类作物施用更多的钾肥。钾还可以促进农作物茎根健壮，不易倒伏，增强作物的抗旱、抗寒、抗病能力。与磷相比，土壤中含钾量比较丰富，但其中能被植物所吸收的钾较少。作物中的钾能够促使所吸收的氮很好地转化为蛋白质。因此，随着氮肥、磷肥施用量的增加，钾肥的施用量也需相应地增加。在工业领域，氯化钾可作为制造各种钾盐的化工原料，如氢氧
14、化钾、氯酸钾、高锰酸钾、碳酸钾、重铬酸钾、硫酸钾及硝酸钾等，而氯酸钾又是制造火柴、火焰、火药的主要原料；碳酸钾可用来制造光学玻璃；高氯酸钾可做漂白剂和制造炸药；氯化钾是电解氯化镁制取镁时的助溶剂。另外在冶金工业上，作炼铝助熔剂，钻探泥浆调节剂及电镀、印染和感光材料等行业。其它领域，在军事上，氯化钾可作消焰剂。在医药上用作利尿剂，并可以替氯化钠做低钠盐，能起降低血压的作用。还可以用来治疗各种原因引起的低钾血症。全球钾盐产品的95%应用于农肥。结合土壤、气候条件和作物种类，按比例施用氮磷钾肥，对提高农作物单位面积的产量是非常重要的。通常按N:P2O5:K2O来计算化肥中的有效成分含量，目前我国的施
15、肥比例大约是1：0.28：0.1，而同期世界比例是1：0.47：0.4，可见我国的钾肥施用比例明显偏低，这充分说明了我国对钾肥的需求量还很大。我国是一个农业大国，每年所需的钾肥数量很大，但是，我国钾肥储量资源较为贫乏，除我国每年生产的钾肥外，还需要进口大量的氯化钾。因此，立足本国钾盐资源，因地制宜，寻求好的氯化钾生产方法是很有意义的。我国钾矿以卤水钾矿为主，固体钾盐少，与世界钾盐相反，我国卤水钾矿占总量的98%以上，固体钾盐仅占2%左右。我国钾资源的开发利用对象主要为卤水钾资源，其绝大部分集中分布在青海省柴达木盆地3。钾是作物的营养三要素之一，是作物体内60多种酶的活化剂，对作物光合作用、呼吸
16、作用以及对糖的运输、淀粉、脂肪和蛋白质的合成均起着重要的调节作用。在中国冬小麦的主产区黄淮海平原，分布着约170万吨的砂质潮土，该土壤质地轻、肥力瘦、漏水漏肥、速效钾含量低，冬小麦施钾具有显著的增产效应。特别是近年来，随着有机肥施用量的减少，土壤钾素亏缺严重，因此，施用钾肥已成为进行该区土壤培肥、实现作物增产的一项重要技术措施。1.1.3 氯化钾的工业质量标准现在氯化钾的质量标准执行GB65491996，其技术要求为：感官指标为：白色或暗白色的细小结晶。化学指标见表12。表12 氯化钾质量标准项目指 标类类类优等品一等品合格品优等品一等品合格品氧化钾()62.060.059.057.060.0
17、57.054.0水分()2.02.02.02.02.02.02.0钙镁0.20.4钙含量0.50.8镁含量0.40.6氯化钠含量1.22.0水不溶物含量90%，最高可达到KCl 95%。在整个生产系统中，控制好浮选作业中的扫选液面及结晶器的加水量，减少跑冒滴漏，即可取得满意的收率指标。采用“反浮选冷结晶”工艺较“冷分解正浮选法”指标优越，最明显的是质量和收率指标的提高。氯化钾粒度增大，易于干燥，由于低钠光卤石采用控速分解方式，使氯化钾晶体长大，平均粒径为0.2mm。干燥水分可控制在4%6%。“反浮选冷结晶”工艺的缺点：(1)工艺流程较为复杂。较“冷分解-浮选法”工艺，系统中增加了较多的浓缩设备
18、、筛分设备，物料输送设备等。(2)对捕收剂性能要求较高。由于此工艺需要浮选出低钠光卤石的氯化钠含量小于6%，对于捕收剂性能的要求高。捕收剂不仅要对氯化钠具有良好的捕收性能，而且还能捕收水不溶物，这就需要不断研制新型的捕收剂。2.2.7 冷分解正浮选洗涤法浮选法生产氯化钾的历史从上世纪三十年代开始。因其工艺过程自始至终在较低温度下进行，工艺条件温和，所以几十年来得到了长足的发展。该工艺路线的过程是：用淡水将光卤石矿冷分解，使氯化镁进入溶液，然后在高镁母液的介质中，以盐酸十八胺做捕收剂，二号油做起泡剂，对分解料浆进行浮选，得到的精矿过滤后，用少量淡水洗去氯化钠，所得产品纯度可达90%以上，尾盐中的
19、氯化钾含量小于3%。用“冷分解正浮选洗涤法”生产氯化钾是一种传统工艺。该法生产的钾肥产量约占全球产量的55%，我国前几年氯化钾产量的绝大部分用该法生产。因此，用该法生产氯化钾，具有重要的现实意义。正浮选法生产氯化钾的主要优点：(1) 工艺可靠。由于该工艺的开发与研究较早，经过多年来的不断完善，工艺流程已趋于成熟。在察尔汗盐湖已有多家加工厂采用此工艺进行氯化钾的生产。就浮选本身而言，作为氯化钾的捕收剂胺类捕收剂的性能良好，选矿效果明显。下表为某厂生产指标统计情况。 表22 某厂生产指标统计年份年产量KCl90%产品产量199382024.0078108.00199485100.0057436.7
20、5199582137.8517231.00199690076.7078108.30199790003.0060034.95从表中可以看到，该厂近年来的实际生产能力已超过了设计能力，表明该工艺是成熟可靠的。(2) 工艺流程简单。如前所述，“冷分解浮选法”工艺主要可以分两步：一是光卤石的冷分解；二是分解料浆的浮选。以盐酸十八胺作捕收剂，二号油作气泡剂浮选出氯化钾，实现氯化钾与氯化钠分离，所得粗钾产品再经洗涤、干燥即得氯化钾产品。通过几种方法的比较并结合察尔汗地区的实际情况本次设计采用“正浮选冷分解洗涤法”生产氯化钾。3生产流程介绍用“冷分解正浮选洗涤法”生产氯化钾可分为：冷分解、浮选及分离、真空过
21、滤、洗涤、离心分离、干燥及产品包装等六个工序。 众所周知，相图在盐化工生产当中有着举足轻重的作用。经过相图分析，可以得到含钠光卤石为原料制取氯化钾的原则流程，并对生产中存在的问题运用相图分析后可以得到解决。下面运用相图知识以“冷分解正浮选洗涤法”制取氯化钾的生产过程进行分析。以含钠光卤石加水制取，其加水形式有多种，为了提高的收率，下面以对(组成见表31)加水完全分解为例来进行相图分析。表31 原料含钠光卤石的组成成分湿基(wt，)13.8424.10 30.0931.97如图31，将原料含钠光卤石系统组成点标绘在图中为，显然从相图中可以知道原料是由大量的含钠光卤石固相与其共饱的共饱液所组成，整
22、个工艺流程可用相图分为六个阶段进行叙述： 第一阶段，原料加水恰好完全分解(简称冷分解)。若对原料加水使其中的恰好完全分解，则在干基图上，先是固相点从R运行到Q点，与之相对应的液相点从运行到点，系统点在M点不变；继而固相点从Q运行到H点，而液相点在E点不变，系统点在M点不动。在水图上，先是固相点由运行到Q，液相点由运行到，系统点由运行到点；继而固相点由运行到，而液相点在不动，系统点由运行到点。此阶段为第一次加水过程，加水量为恰好使原料中的完全分解。第二阶段，对钾石盐进行浮选及对相应产物进行分离(简称浮选及分离)。经过第一阶段可以得到钾石盐及与之对应的共饱液，若对其进行分离，理论上可以得到钾石盐，
23、但是若对分离出来的钾石盐在常温加水进行溶洗其中的，由相图分析可知，最终是得不到固相KCl，而得到的是NaCl固相。又由相图分析可知，欲对钾石盐在常温下加水溶洗其中的NaCl而得到KCl固相。则该钾石盐固相点不能处在BD之间，而只能处在CD之间，为达到此目的，使用浮选手段可以解决这个问题，浮选介质可以是第一阶段得到的高镁母液，浮选药剂可以是盐酸十八胺及二号油。经过浮选，固相钾石盐则变成了粗钾及尾盐。注：及的确定可依据浮选机的浮选效率予以确定。粗钾泡沫与尾盐浆料的分离。根据浮选机的工作原理及特性可知：粗钾泡沫K(K)是由粗钾以及与其相对应的共饱液还有空气气泡(重量可忽略)三部分组成。在干基图上依据
24、粗钾泡沫中的共饱液的干盐量及粗钾I的量可以确定粗钾泡沫点K，连结KM且其延长线与EJ线的交点，即为尾盐浆料点L，其中M即为系统点。在水图中很容易找到粗钾泡沫点K，连结KM2且其延长线与EJ线的交点，即为尾盐浆料点L，其中M2为系统点。在浮选机中由刮板刮出的料即为粗钾泡沫，而由槽底流出的料即为尾盐浆料。此阶段为第一次分离过程，使得粗钾泡沫与尾盐浆料予以分离。图3-1 以含钠光卤石用“冷分解-正浮选-洗涤法”生产氯化钾的四元相图分析（15）第三阶段，将粗钾泡沫中的固相粗钾与其对应的共饱液进行分离(简称真空过滤)。寻求一种固液分离设备如转筒真空过滤机，使其对粗钾泡沫进行固液分离。若是固液 分离效率能
25、达到100%，则对进行固液分离之后，固相为粗钾，则液相为与之对应的共饱液，但往往转筒过滤机的分离效率达不到100%，因此假如知道转筒过滤机的分离效率时，则依此效率可在相图上找到粗钾泡沫K(K)分离后的滤饼点及与之对应的共饱点E(E)，其中为系统点。此阶段为第二次分离过程，使得滤饼与其对应的共饱液予以分离。第四阶段，洗涤滤饼中的(简称洗涤)。由相图分析可知，滤饼是由粗钾及与之对应的共饱液所组成，当对其加适量水时，固相则由运行至，而液相则由运行至，在干基图上系统点在不变，在水图上系统点则由运行至。此阶段为第二次加水过程，加水量恰好使中的溶洗尽，得到洗涤浆料。第五阶段：将洗涤浆料中的固相C(C)与其对应的共饱液O(O)进行分离(简称离心分离)。寻求一种固液分离设备如离心机，使其对洗涤浆料进行固液分离，若是固液分离效率
