利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法

摘要

本发明公开了一种利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法，包括步骤：将钾盐镁矾盐在水中溶解，获得钾盐镁矾盐溶液；一段纳滤步骤：采用纳滤膜系统对钾盐镁矾溶液进行一段纳滤处理，获得一段浓水和一段产水；其中，纳滤膜系统包括第一纳滤膜组件、以及连接在第一纳滤膜组件上的第一浓水箱和第一产水箱；一段浓水存储在第一浓水箱中，一段产水存储在第一产水箱中；对一段产水进行蒸发结晶，获得氯化钾；对一段浓水进行蒸发结晶获得硫酸镁、或进行二段纳滤步骤获得二段浓水，二段浓水经蒸发结晶获得硫酸镁。本发明提供了一种以钾盐镁矾作为原料来生产氯化钾和硫酸镁的新方法，且该方法具有工艺简单、产品纯度高、收率高的优点。

权利要求

1.一种利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法，其特征在于，包括步骤：将所述钾盐镁矾在水中溶解，获得钾盐镁矾溶液；其中，在所述钾盐镁矾溶液中，KCl的浓度为15g/L～35g/L，MgSO4的浓度为30g/L～60g/L；

一段纳滤步骤：采用纳滤膜系统对所述钾盐镁矾溶液进行一段纳滤处理，获得一段浓水和一段产水；其中，所述纳滤膜系统包括第一纳滤膜组件、以及连接在所述第一纳滤膜组件上的第一浓水箱和第一产水箱；所述一段浓水存储在所述第一浓水箱中，所述一段产水存储在所述第一产水箱中；

对所述一段产水进行蒸发结晶，获得所述氯化钾；

对所述一段浓水进行蒸发结晶，获得所述硫酸镁；部分所述一段浓水通过回流阀并入所述钾盐镁矾溶液中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳滤膜系统还包括设置在所述第一纳滤膜组件之前的第一增压泵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一增压泵的压强为0.6MPa～

1.5MPa。

4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述纳滤膜系统为浓水内循环式膜系统。

5.一种利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法，其特征在于，包括步骤：将所述钾盐镁矾在水中溶解，获得钾盐镁矾溶液；其中，在所述钾盐镁矾溶液中，KCl的浓度为15g/L～35g/L，MgSO4的浓度为30g/L～60g/L；

一段纳滤步骤：采用纳滤膜系统对所述钾盐镁矾溶液进行一段纳滤处理，获得一段浓水和一段产水；其中，所述纳滤膜系统包括第一纳滤膜组件、以及连接在所述第一纳滤膜组件上的第一浓水箱和第一产水箱；所述一段浓水存储在所述第一浓水箱中，所述一段产水存储在所述第一产水箱中；

对所述一段产水进行蒸发结晶，获得所述氯化钾；

二段纳滤步骤：所述纳滤膜系统还包括连接在所述第一浓水箱上的第二纳滤膜组件、以及连接在所述第二纳滤膜组件上的第二浓水箱和第二产水箱；采用所述第二纳滤膜组件对所述第一浓水进行二段纳滤处理，获得二段浓水和二段产水；所述二段浓水存储在所述第二浓水箱中，所述二段产水存储在所述第二产水箱中；

对所述二段浓水进行蒸发结晶，获得所述硫酸镁；部分所述二段浓水并入所述钾盐镁矾溶液中。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述纳滤膜组件还包括设置在所述第一纳滤膜组件之前的第一增压泵、以及设置在所述第一浓水箱和所述第二纳滤膜组件之间的第二增压泵。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一增压泵的压强为0.6MPa～

1.5MPa，所述第二增压泵的压强为1.2MPa～2.5MPa。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述二段产水并入所述一段产水中。

9.根据权利要求5-8任一所述的方法，其特征在于，所述纳滤膜系统为浓水内循环式膜系统。

说明书

利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法

技术领域

[0001] 本发明属于无机盐制备技术领域，具体地讲，涉及一种利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法。

背景技术

[0002] 钾是农作物生长所必需的三大营养元素(氮、磷、钾)之一，其中氯化钾作为最主要的钾肥品种，占钾肥总量的90％以上。我国是一个严重的土壤缺钾国家，随着农作物产量和氮、磷肥用量的不断提高，作物从土壤中移走的钾量逐渐增加，而以有机肥、秸秆还田和施用含钾化肥等形式归还土壤的钾量不能补足作物从土壤中的移走量，土壤钾元素耗竭日趋严重，缺钾面积逐渐扩大，现已成为限制农业生产持续、稳定发展的重要原因之一；因此，大力开发我国钾资源，生产氯化钾，提高粮食产量，对维护社会稳定有重要意义。

[0003] 目前，生产氯化钾的工艺技术均以光卤石或钾石盐为原料，根据光卤石和钾石盐的组成不同，而采用不同生产工艺制取氯化钾。

[0004] 钾盐镁矾(KCl·MgSO4·3H2O)是一种天然的含钾、镁的氯化物-硫酸盐型复盐，常与钾石盐、光卤石、石盐、软钾镁矾等以钾混盐的形式共生，形成温度高于35℃，其溶解速度较慢，需经繁杂的工艺后方可用作化肥。

[0005] 现阶段，钾盐镁矾的主要加工利用技术是向其中加水转化为硫酸钾镁肥(K2SO4·MgSO4·6H2O)，再与氯化钾反应，进一步制备硫酸钾。

[0006] 目前，利用钾盐镁矾制备氯化钾和/或硫酸镁的工艺技术尚未有相关报道。

发明内容

[0007] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明公开了一种利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法，提供了一种以钾盐镁矾作为原料来生产氯化钾和硫酸镁的新方法，且该方法具有工艺简单、产品纯度高、收率高的优点。

[0008] 为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

[0009] 一种利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法，包括步骤：将所述钾盐镁矾在水中溶解，获得钾盐镁矾溶液；一段纳滤步骤：采用纳滤膜系统对所述钾盐镁矾溶液进行一段纳滤处理，获得一段浓水和一段产水；其中，所述纳滤膜系统包括第一纳滤膜组件、以及连接在所述第一纳滤膜组件上的第一浓水箱和第一产水箱；所述一段浓水存储在所述第一浓水箱中，所述一段产水存储在所述第一产水箱中；对所述一段产水进行蒸发结晶，获得所述氯化钾；对所述一段浓水进行蒸发结晶，获得所述硫酸镁。

[0010] 进一步地，所述纳滤膜系统还包括设置在所述第一纳滤膜组件前的第一增压泵。

[0011] 进一步地，所述第一增压泵的压强为0.6MPa～1.5MPa。

[0012] 进一步地，所述纳滤膜系统为浓水内循环式膜系统。

[0013] 本发明的另一目的在于提供另一种利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法，包括步骤：将所述钾盐镁矾在水中溶解，获得钾盐镁矾溶液；一段纳滤步骤：采用纳滤膜系统对所述钾盐镁矾溶液进行一段纳滤处理，获得一段浓水和一段产水；其中，所述纳滤膜系统包括第一纳滤膜组件、以及连接在所述第一纳滤膜组件上的第一浓水箱和第一产水箱；所述一段浓水存储在所述第一浓水箱中，所述一段产水存储在所述第一产水箱中；对所述一段产水进行蒸发结晶，获得所述氯化钾；二段纳滤步骤：所述纳滤膜系统还包括连接在所述第一浓水箱上的第二纳滤膜组件、以及连接在所述第二纳滤膜组件上的第二浓水箱和第二产水箱；在所述一段纳滤步骤之后，采用所述第二纳滤膜组件对所述第一浓水进行二段纳滤处理，获得二段浓水和二段产水；所述二段浓水存储在所述第二浓水箱中，所述二段产水存储在所述第二产水箱中；对所述二段浓水进行蒸发结晶，获得所述硫酸镁。

[0014] 进一步地，所述纳滤膜组件还包括设置在所述第一纳滤膜组件之前的第一增压泵、以及设置在所述第一浓水箱和所述第二纳滤膜组件之间的第二增压泵。

[0015] 进一步地，所述第一增压泵的压强为0.6MPa～1.5MPa，所述第二增压泵的压强为1.2MPa～2.5MPa。

[0016] 进一步地，所述二段产水并入所述一段产水中。

[0017] 进一步地，所述纳滤膜系统为浓水内循环式膜系统。

[0018] 进一步地，部分所述二段浓水并入所述钾盐镁矾溶液中。

[0019] 本发明的有益效果：

[0020] (1)溶解钾盐镁矾淡水的消耗量以盐溶液中氯化钾和硫酸镁的设定浓度为准，防止淡水的过多消耗；

[0021] (2)本发明的方法优选采用两段纳滤膜系统进行分离，进一步分离一段浓水中的硫酸镁和氯化钾，提高氯化钾的分离收率；

[0022] (3)每段纳滤膜组件均装入回流阀，实现各段浓水内循环，维持纳滤膜组件内进水流速的稳定，同时不受前段纳滤膜组件污染程度或进水组成的变化而变化；

[0023] (4)本发明采用浓水部分外循环膜系统，部分二段浓水返回至钾盐镁矾溶液中，增大钾盐镁矾溶液中硫酸镁的相对比例，从而进一步提高硫酸镁和氯化钾的纳滤分离效率；同时结合各段蒸发母液和洗涤母液的组成，调节二段浓水的循环量，满足钾盐镁矾溶液的浓度要求；未进入外循环的二段浓水用于制备硫酸镁产品，从而实现二段浓水的综合利用；

[0024] (5)各段蒸发母液、洗涤母液和回收水返回至钾盐镁矾溶液中进行回收利用，提高淡水和盐类的循环利用率；

[0025] (6)蒸发结晶过程中，均利用水盐体系相图进行理论指导和计算，保证结晶固相中产品的高纯度，利于控制产品的质量标准。

附图说明

[0026] 通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

[0027] 图1是根据本发明的实施例2的利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法的工艺流程图；

[0028] 图2是根据本发明的实施例2的利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法的步骤流程图。

具体实施方式

[0029] 以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。

[0030] 将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。

[0031] 实施例1

[0032] 本实施例公开了一种利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法，根据本实施例的利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法包括如下步骤：

[0033] S1、将钾盐镁矾在水中溶解，获得钾盐镁矾溶液。

[0034] 在钾盐镁矾溶液中，KCl的浓度为15g/L～35g/L，MgSO4的浓度为30g/L～60g/L。

[0035] S2、一段纳滤步骤：采用纳滤膜系统对钾盐镁矾溶液进行一段纳滤处理，获得一段浓水和一段产水。

[0036] 具体来讲，纳滤膜系统包括第一纳滤膜组件、以及连接在第一纳滤膜组件上的第一浓水箱和第一产水箱；第一浓水箱用于存储一段浓水，而第一产水箱用于存储一段产水。

[0037] 优选地，该纳滤膜系统还包括设置在第一纳滤膜组件之前的第一增压泵。

[0038] 在本实施例中，控制第一增压泵的压强为0.6MPa～1.5MPa。

[0039] 优选地，本实施例所采用的纳滤膜系统为浓水内循环式膜系统；也就是说，在纳滤膜系统中装入回流阀，部分一段浓水可以通过回流阀直接回到第一纳滤膜组件的进口并与钾盐镁矾溶液合并，再次进入第一纳滤膜组件并进行分离。浓水内循环可以使第一纳滤膜组件内的进水流速保持恒定，第一纳滤膜组件进口至出口之间的压力保持一致，从而使第一纳滤膜组件的透盐率得到提高，这大大提高了分离效率和系统回收率，减少了纳滤的级数。

[0040] S3、对一段产水进行蒸发结晶，获得氯化钾；对一段浓水进行蒸发结晶，获得硫酸镁。

[0041] 因一段浓水中仍存在10％～20％(wt％)的氯化钾，为了进一步提高氯化钾的收率，提供了实施例2中的技术方案。

[0042] 实施例2

[0043] 本实施例公开了另一种优选的利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法，具体参照图1，其基于的装置包括依次相连的溶解池1和纳滤膜系统；具体地，纳滤膜系统包括第一纳滤膜组件21、连接在第一纳滤膜组件21上的第一浓水箱(图中未示出)和第一产水箱(图中未示出)、连接在第一浓水箱上的第二纳滤膜组件22、以及连接在第二纳滤膜组件22上的第二浓水箱(图中未示出)和第二产水箱(图中未示出)。

[0044] 优选地，上述纳滤膜系统还包括设置在第一纳滤膜组件之前的第一增压泵23以及设置在第一浓水箱和第二纳滤膜组件22之间的第二增压泵24。

[0045] 在实施例2的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。具体参照图1和图2，在实施例2中，步骤Q1、Q2分别与实施例1中步骤S1、S2对应相同；在步骤Q2后包括步骤Q3、二段纳滤步骤：采用第二纳滤膜组件22对第一浓水进行二段纳滤处理，获得二段浓水和二段产水。

[0046] 一段浓水存储在第一浓水箱中，一段产水存储在第一产水箱中；而二段浓水存储在第二浓水箱中，二段产水存储在第二产水箱中。

[0047] 在本实施例中，控制第一增压泵23的压强为0.6MPa～1.5MPa，控制第二增压泵24的压强为1.2MPa～2.5MPa。

[0048] 优选地，本实施例所采用的纳滤膜系统同样为浓水内循环式膜系统；也就是说，在纳滤膜系统中装入回流阀(图中未示出)，部分浓水可以通过回流阀直接回到纳滤膜组件的进口并与进水(即钾盐镁矾溶液、一段浓水)合并，再次进入对应的纳滤膜组件并进行分离。浓水内循环可以使纳滤膜组件内的进水流速保持恒定，纳滤膜组件进口至出口之间的压力保持一致，从而使纳滤膜组件的透盐率得到提高，这大大提高了分离效率和系统回收率，减少了纳滤的级数。

[0049] 上述第一纳滤膜组件21和第二纳滤膜组件22中的纳滤膜可选用任何已成熟生产、应用的卷式纳滤膜元件，如DOW公司的NF90、NF270系列纳滤膜，GE公司的DK、DL、CK、Duraslick、HL、MUNi NF等系列纳滤膜。本实施例优选GE公司的DK、DL系列纳滤膜。

[0050] 值得说明的是，在本实施例中，步骤Q3为实施例1中的步骤S3的替换步骤；也就是说，在本实施例中，不进行实施例1中的步骤S3，而是将一段浓水进行二段纳滤处理。

[0051] Q4、对一段产水和二段产水的混和产水进行蒸发结晶，获得氯化钾。

[0052] 一般地，将混合产水进行蒸发结晶后，会产生第一混合料浆，第一混合料浆经固液分离，获得富钾蒸发母液和湿氯化钾；其中，富钾蒸发母液中，K+的浓度为90g/L～100g/L，Mg2+的浓度为30g/L～40g/L，SO42-的浓度为90g/L～100g/L。

[0053] 优选地，在混和产水蒸发结晶过程中产生的水以及富钾蒸发母液并入钾盐镁矾溶液中。

[0054] 湿氯化钾经水洗涤精制，即获得氯化钾。KCl的总收率为90％～95％。

[0055] 优选地，洗涤精制湿氯化钾的过程中，产生的富钾洗涤母液部分并入钾盐镁矾溶液中，部分并入混合产水中，再次进行蒸发结晶。

[0056] Q5、处理二段浓水，获得硫酸镁。

[0057] 具体地，对二段浓水进行蒸发结晶，获得第二混合料浆，第二混合料浆经固液分离，获得湿硫酸镁和富镁蒸发母液；其中，富镁蒸发母液中，MgSO4的浓度为300g/L～330g/L，KCl的浓度为40g/L～45g/L。

[0058] 同时将富镁蒸发母液并入钾盐镁矾溶液中。

[0059] 优选地，在二段浓水蒸发结晶过程中产生的水以及富镁蒸发母液并入钾盐镁矾溶液中，以作为钾盐镁矾的溶剂，减少淡水使用量。

[0060] 湿硫酸镁经水洗涤精制，即获得硫酸镁。MgSO4的纯度达到92％～95％。

[0061] 优选地，洗涤精制湿硫酸镁的过程中，产生的富镁洗涤母液部分并入钾盐镁矾溶液中，部分并入进行蒸发结晶的二次浓水中，再次进行蒸发结晶。

[0062] 二段浓水中镁、硫酸根等高价离子含量较高，采用部分浓水外循环，将其返回至钾盐镁矾溶液中，能够增大钾盐镁矾溶液中镁盐的相对比例，从而在一段纳滤步骤中进一步提高镁、硫酸根等高价离子与钾、钠等一价离子的纳滤分离效率。

[0063] 值得说明的是，在上述步骤Q4和Q5中，两次蒸发结晶常用的蒸发方式为太阳能盐池、强制蒸发或反渗透结合强制蒸发等；其中太阳能盐池的方式能够充分利用丰富太阳能资源，但回收水资源能力有限；强制蒸发、反渗透结合强制蒸发的方式能够实现大量的淡水回收利用，但需消耗一定的能耗。由于一段产水和二段产水中溶解性总固体(简称TDS)相对较高，因此当选用反渗透结合强制蒸发的方式时，其中的反渗透膜元件优选海水反渗透膜元件，以提高淡水的回收率。

[0064] 以下通过表1列出本实施例中各阶段的液体的浓度及分离效果，以说明根据本发明的利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法的有益效果。

[0065] 表1各阶段的液体组成及分离效果

[0066]

[0067] 表2步骤Q1中钾盐镁矾溶液的组成

[0068]

[0069] 表3步骤Q2中各液体组成

[0070]

[0071] 表4步骤Q3中各液体组成

[0072]

[0073] 表5步骤Q4中混和产水的组成

[0074]

[0075] 结合表3和表4，从表1中可以看出，钾盐镁矾溶液经过连续的两段纳滤分离，KCl的总透过率为88％～98％，MgSO4的总截留率为92％～97％；如此，钾盐镁矾中钾、氯等一价离子与镁、硫酸根等高价离子获得了优异的分离效果。

[0076] 根据本实施例的利用钾盐镁矾制备氯化钾和硫酸镁的方法创新性地采用纳滤技术，在不添加任何其它盐类原料的前提下，实现钾盐镁矾制取优质氯化钾及硫酸镁产品，具有工艺操作条件温和、分离效果优异、其它组分影响小、产品纯度高、收率高等优点；同时，工艺流程简单、合理，设备易于配置、清洗、安装及转移，极易推广应用。

[0077] 虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。