阅读说明：本技术 一种利用低品位钾资源矿低能耗制备氯化钾的方法 (method for preparing potassium chloride by using low-energy consumption of low-grade potassium resource ore ) 是由 赵启文 屠兰英 陈建辉 李秦鹏 陈得清 汤毅慧 于 2019-12-05 设计创作，主要内容包括：一种利用低品位钾资源矿低能耗制备氯化钾的方法,涉及无机盐的技术领域,具体技术方案包括：第一步：分解低品位钾资源矿；第二部：蒸发溶钾卤水制取钾石盐与光卤石；第三步：制取人造钾石盐；第四步：配制钾石盐溶液；第五步：稀释钾石盐溶液；第六步：太阳池建造；第七步：分层水平灌注太阳池；第八步：运行太阳池；第九步：热溶钾石盐；第十步：过滤；第十一步：冷却结晶；第十二步：低温母液冷循环利用。本发明的有益效果在于：低能耗节约成本,低品位钾资源提高利用,提高氯化钾溶解度,降低低品位钾资源回收利用过程的的能耗。(method for preparing potassium chloride by using low energy consumption of low-grade potassium resource ore, relating to the technical field of inorganic salt, the specific technical scheme comprises the steps of decomposing the low-grade potassium resource ore, evaporating and dissolving potassium brine to prepare sylvite and carnallite, preparing artificial sylvite, preparing sylvite solution, diluting the sylvite solution, constructing a solar cell, filling the solar cell in a layered horizontal manner, operating the solar cell, dissolving sylvite in heat, filtering, cooling and crystallizing in a tenth step, and recycling low-temperature mother liquid.)

一种利用低品位钾资源矿低能耗制备氯化钾的方法

技术领域

本发明涉及无机盐的技术领域，特别是涉及一种利用低品位钾资源矿低能耗制备氯化钾的技术。

背景技术

氯化钾是具有战略意义的重要肥料和化工原料，是钾肥的主要品种，有效成分K₂O的含量通常在60%左右，为化学中性、生理酸性的速效钾肥，广泛使用于水稻、小麦、玉米、棉花等大田作物。我国钾盐资源量相对短缺，全国氯化钾基础储量仅占全球储量的2%左右，且主要是液体矿，其中95%分布在西部的青海柴达木盆地和新疆罗布泊北洼地。全国缺钾的耕地占全部耕地面积的56%，我国土壤结构中钾元素分布不平衡，尤其在我国南方和长江流域广大地区的土壤中普遍缺钾，有超过8000万hm²的中低产田需要改造，而钾肥施用不足已成为我国农作物进一步增产的主要制约因素之一。我国是全球钾肥需求量最大的市场，年钾肥需求量约800万～900万t（以K₂O计），其中约50%依赖进口。

钾是事关我国粮食安全的战略资源，青海柴达木盆地是全国最大的钾肥生产基地。近几年钾肥产业快速发展，产量不断提高，导致高品位钾盐矿消耗殆尽，资源短缺，制约钾肥产业的可持续发展。按目前产能计算，柴达木盆地盐湖钾资源开采不超过50年。与此同时，柴达木盆地有数量可观的低品位、含高泥沙的钾矿资源没有得到利用。我国钾肥企业主要以光卤石为原料，采用浮选工艺生产氯化钾，无论是正浮选还是反浮选，都有尾盐产生，尾盐中或多或少地仍存在一些未被利用的钾元素。目前国内最先进的反浮选冷结晶生产氯化钾工艺，每生产1ｔ产品，就有1.2ｔKCl质量分数在2-７％左右的浮选尾盐排出。而其它浮选工艺排出的尾盐更多，整个柴达木盆地的钾肥企业目前生产氯化钾时每年会产生上千万吨的浮选含钾尾盐。另外，每年在盐田边角处、清池等过程中还会产生四五百万吨低钾劣质原矿。这些数量巨大的低品位钾资源，因没有合适的生产装置和工艺加工回收，过去几十年基本上都被当作废盐或铺垫路面或弃置矿区，即占用空间，又浪费了宝贵的钾资源。因此，回收利用低品位钾资源矿对于我国钾肥行业的可持续发展具有重要意义。

目前低品位钾资源矿利用方面，研发了热溶—冷结晶法氯化钾生产工艺，是目前国内回收利用低品位钾矿的主要途径，但遇到能耗高，热溶设备结垢、腐蚀严重等问题，经济效益欠佳，需要进一步技术创新升级。

发明内容

针对上述技术问题采用太阳池技术降低生产过程能耗，本发明提供一种利用低品位钾资源矿低能耗制备氯化钾的方法，包括如下制备步骤：

第一步：分解低品位钾资源矿。取一定量浮选尾矿，加水溶解，固液比1：0.7～1，过滤除去泥沙、未溶物等固相，制得溶钾卤水，备用；

第二步：蒸发溶钾卤水制取钾石盐和光卤石。取一定量溶钾卤水，进行自然蒸发、过滤制得钾石盐与光卤石混合固相，备用；

第三步：制取人造钾石盐。取一定量钾石盐与光卤石混合固相，加水分解、固液比1：0.3～0.6，进一步降低氯化镁含量、提高氯化钾含量，过滤制得人造钾石盐，备用；

第四步：配制钾石盐溶液。取一定量人造钾石盐，加水溶解，经澄清过滤得到浓度28°Be′，浊度小于5NTU的钾石盐溶液，备用；

第五步：稀释钾石盐溶液。取一定量浓度28°Be′的钾石盐溶液加水稀释至18～23°Be′，备用；

第六步：建造太阳池。选取一个长1.00 m、宽0.60 m、深0.55m的长方体蒸发池作为钾石盐太阳池，外加保温层，池底交替水平放置管端封闭，周身开有小孔的取液和补液盘管，管上覆盖一层小石子，石子上面平铺3cm厚的固体钾石盐层；

第七步：分层水平灌注太阳池。取第四步得到的浊度小于5NTU，浓度为28°Be′的钾石盐溶液0.06～0.08m³，水平灌注在太阳池下对流层；取第五步得到的浓度为18～23°Be′的钾石盐溶液0.16～0.18m³，水平灌注在太阳池盐梯度层，太阳池上对流层灌注0.03m³淡水；

第八步：运行太阳池。在模拟日平均气温15℃，相对湿度20%的自然条件运行太阳池，白天光照、夜间关闭，达到稳定时，下对流层溶液温度45～50℃。太阳池运行中定期检测各层溶液的浓度和温度，当因水分蒸发上对流层减薄时，补充适量的淡水，保持太阳池稳定运行；

第九步：热溶钾石盐。从太阳池底部抽取一定量温度为45～50℃的钾石盐溶液，向其中加入一定量的固体钾石盐，加热至90～93℃，使钾石盐进一步溶解；

第十步：过滤。将第九步得到的钾石盐溶液过滤，除去悬浮的氯化钠等杂质，得到高温母液，备用；

第十一步：冷却结晶。将第十步得到的高温母液，自然冷却至15～20℃，氯化钾结晶析出，经过滤干燥得到氯化钾产品，过滤得到低温母液，备用。

第十二步：低温母液冷循环利用。第十一步得到的低温母液中补充加入一定量浓度为28°Be′的钾石盐溶液，然后加入太阳池下对流层循环利用。

本发明的有益效果在于：本发明利用钾石盐溶液构建太阳池，将聚集的太阳能用于热溶钾石盐，实现低能耗回收利用低品位钾资源。研究探索出了钾石盐太阳池的构建方法和运行规律，发明了一种在底部填加固体钾石盐，既能优化太阳池储热性能，又能提高钾溶解量的钾石盐太阳池，将太阳池下对流层浓度和温度较高的溶液取出进一步热溶钾石盐，过滤分离氯化钠，冷却结晶析出氯化钾，经过滤干燥制得符合国家标准的氯化钾，本发明的技术与传统热溶-冷结晶法制备氯化钾方法相比较，具有能耗低的特点，与传统浮选法法制备氯化钾方法相比较，具有对原料品位要求低、适应性强的特点。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为实施例1的物料平衡图；

图3为实施例2的物料平衡图；

图4为实施例3的物料平衡图。

具体实施方式

实施例1，如图1、图2所示，本发明提供一种利用低品位钾资源矿低能耗制备氯化钾的方法，具体技术方案包括如下制备步骤：

第一步：分解低品位钾资源矿。取940.00kg浮选尾矿，加水溶解、固液比1：0.8，过滤除去泥沙、未溶物等固相377.88kg，制得溶钾卤水562.12kg，备用；

第二步：蒸发溶钾卤水制取钾石盐和光卤石。取562.12kg溶钾卤水，进行自然蒸发、过滤制得钾石盐与光卤石混合固相213.85kg，备用；

第三步：制取人造钾石盐。取213.85kg钾石盐与光卤石混合固相，加水分解、固液比1：0.5，进一步降低氯化镁含量、提高氯化钾含量，过滤制得人造钾石盐128.31kg，备用；

第四步：配制钾石盐溶液。取76.07kg人造钾石盐，加水溶解，经澄清过滤得到浓度28°Be′，浊度小于5NTU的溶液215.12kg，备用；

第五步：稀释钾石盐溶液。取140.67kg浓度28°Be′的钾石盐溶液加水稀释至19°Be′得到溶液207.29kg，备用；

第六步：建造太阳池。选取一个长1.00m、宽0.60m、深0.55m的长方体蒸发池作为钾石盐太阳池，外加保温层，池底交替水平放置管端封闭，周身开有小孔的取液和补液盘管，管上覆盖一层小石子，石子上面平铺3cm厚的固体钾石盐41.48kg；

第七步：分层水平灌注太阳池。取第四步得到的浊度小于5NTU，浓度28°Be′的钾石盐溶液74.45kg(0.06m³)，水平灌注在太阳池下对流层；取第五步得到的浓度19°Be′的钾石盐溶液207.29kg(0.18m³)，水平灌注在太阳池盐梯度层；太阳池上对流层灌注30kg(0.03m³)淡水；

第八步：运行太阳池。在模拟日平均气温15℃，相对湿度20%自然条件下运行太阳池，白天光照、夜间关闭，达到稳定时，下对流层溶液温度45℃；太阳池运行中定期检测各层溶液的浓度和温度，当因水分蒸发上对流层减薄时，补充适量的淡水，保持太阳池稳定运行；

第九步：热溶钾石盐。从太阳池底部抽取温度为45℃的钾石盐溶液67.01kg，向其中加入10.76kg的固体钾石盐，加热至93℃，使钾石盐进一步溶解；

第十步：过滤。将第九步得到的钾石盐溶液过滤，除去悬浮的氯化钠等杂质25.31kg，蒸发水分1.04kg，得到高温母液51.42kg，备用；

第十一步：冷却结晶。将第十步得到的高温母液51.42 kg，自然冷却至15℃，氯化钾结晶析出，过滤得到虑液41.46kg，滤饼经干燥得到含量为96.35%氯化钾9.76kg，符合GB6549-2011《氯化钾》Ι类工业用氯化钾一等品指标。

第十二步：低温母液冷循环利用。第十一步得到41.46kg虑液中补充加入浓度28°Be′的钾石盐溶液25.55kg得到低温母液67.01kg，加入太阳池下对流层循环利用。

实施例2，如图1、图3所示，本发明提供一种利用低品位钾资源矿低能耗制备氯化钾的方法，具体技术方案包括如下制备步骤：

第一步：分解低品位钾资源矿。取1104.84kg浮选尾矿，加水溶解、固液比1：0.9，过滤除去泥沙、未溶物等固相441.94kg，制得溶钾卤水662.90kg，备用；

第二步：蒸发溶钾卤水制取钾石盐和光卤石。取662.90kg溶钾卤水，进行自然蒸发、过滤制得钾石盐与光卤石混合固相251.35kg，备用；

第三步：制取人造钾石盐。取251.35kg钾石盐与光卤石混合固相，加水分解、固液比1：0.6，进一步降低氯化镁含量、提高氯化钾含量，过滤制得人造钾石盐150.81kg，备用；

第四步：配制钾石盐水溶液。取83.57kg人造钾石盐，加水溶解，经澄清过滤得到浓度28°Be′，浊度小于5NTU的溶液236.33kg，备用；

第五步：稀释钾石盐溶液。取139.88kg 28°Be′的钾石盐溶液加水稀释至21°Be′得到溶液186.56kg，备用；

第六步：建造太阳池。选取一个长1.00m、宽0.60m、深0.55m的长方体蒸发池作为钾石盐太阳池，外加保温层，池底交替水平放置管端封闭，周身开有小孔的取液和补液盘管，管上覆盖一层小石子，石子上面平铺3cm厚的固体钾石盐41.48kg；

第七步：分层水平灌注太阳池。取第四步得到的浊度小于5NTU，浓度为28°Be′的钾石盐溶液96.45kg(0.078m³)，水平灌注在太阳池下对流层；取第五步得到的浓度为21°Be′的钾石盐溶液186.56kg(0.162m³)，水平灌注在太阳池盐梯度层，太阳池上对流层灌注30kg(0.03m³)淡水；

第八步：运行太阳池。在日平均气温15℃，相对湿度20%自然条件下运行太阳池，白天光照、夜间关闭，达到稳定时，下对流层溶液温度47℃；太阳池运行中定期检测各层溶液的浓度和温度，当因水分蒸发上对流层减薄时，补充适量的淡水，保持太阳池稳定运行；

第九步：热溶钾石盐。从太阳池底部抽取温度为47℃的钾石盐溶液86.81kg，向其中加入26.06kg的固体钾石盐，加热至90℃，使钾石盐进一步溶解；

第十步：过滤。将第九步得到的钾石盐溶液过滤，除去悬浮的氯化钠等杂质36.73kg，蒸发水分1.51kg，得到高温母液74.63kg，备用；

第十一步：冷却结晶。将第十步得到的高温母液74.63kg，自然冷却至17℃，氯化钾结晶析出，过滤得到虑液60.45kg，滤饼经干燥得到含量为95.81%氯化钾14.18kg，符合GB6549-2011《氯化钾》Ι类工业用氯化钾一等品指标。

第十二步：低温母液冷循环利用。第十一步得到60.45kg虑液中补充加入浓度为28°Be′的钾石盐溶液26.36kg得到低温母液86.81kg，加入太阳池下对流层循环利用

实施例3，如图1、图4所示，本发明提供一种利用低品位钾资源矿低能耗制备氯化钾的方法，具体技术方案包括如下制备步骤：

第一步：分解低品位钾资源矿。取1115.83kg浮选尾矿，加水溶解、固液比1：0.7，过滤除去泥沙、未溶物等固相457.49kg，制得溶钾卤水658.34kg，备用；

第二步：蒸发溶钾卤水制取钾石盐和光卤石。取658.34kg溶钾卤水，进行自然蒸发、过滤制得钾石盐与光卤石混合固相253.85kg，备用；

第三步：制取人造钾石盐。取253.85kg钾石盐与光卤石混合固相，加水分解、固液比1：0.4，进一步降低氯化镁含量、提高氯化钾含量，过滤制得人造钾石盐152.31kg，备用；

第四步：配制钾石盐水溶液。取89.62kg人造钾石盐，加水溶解，经澄清过滤得到浓度28°Be′，浊度小于5NTU的溶液253.45kg，备用；

第五步：稀释钾石盐溶液。取164.12kg 28°Be′的钾石盐溶液加水稀释至23°Be′得到溶液199.85kg，备用；

第六步：建造太阳池。选取一个长1.00m、宽0.60m、深0.55m的长方体蒸发池作为钾石盐太阳池，外加保温层，池底交替水平放置管端封闭，周身开有小孔的取液和补液盘管，管上覆盖一层小石子，石子上面平铺3cm厚的固体钾石盐41.48kg；

第七步：分层水平灌注太阳池。取第四步得到的浊度小于5NTU，浓度为28°Be′的钾石盐溶液89.33kg(0.072m³)，水平灌注在太阳池下对流层；取第五步得到的浓度为23°Be′的钾石盐溶液199.85kg(0.1682m³)，水平灌注在太阳池盐梯度层，太阳池上对流层灌注30 kg淡水(0.03m³)；

第八步：运行太阳池。在日平均气温15℃，相对湿度20%自然条件下运行太阳池，白天光照、夜间关闭，达到稳定时，下对流层溶液温度49℃；太阳池运行中定期检测各层溶液的浓度和温度，当因水分蒸发上对流层减薄时，补充适量的淡水，保持太阳池稳定运行；

第九步：热溶钾石盐。从太阳池底部抽取温度为49℃的钾石盐溶液80.40 kg，向其中加入21.21kg的固体钾石盐，加热至91℃，使钾石盐进一步溶解；

第十步：过滤。将第九步得到的钾石盐溶液过滤，除去悬浮的氯化钠等杂质33.06kg，蒸发水分1.36kg，得到高温母液67.19kg，备用；

第十一步：冷却结晶。将第十步得到的高温母液67.19kg，自然冷却至16℃，氯化钾结晶析出，过滤得到虑液54.42kg，滤饼经干燥得到含量为96.04%氯化钾12.77kg，符合GB6549-2011《氯化钾》Ι类工业用氯化钾一等品指标。

第十二步：低温母液冷循环利用。第十一步得到54.42kg虑液中补充加入浓度为28°Be′的钾石盐溶液25.98kg得到低温母液80.40kg，加入太阳池下对流层循环利用。