钾肥生产工艺与其发展方向.pdf

23石油化工引言我国是一个农业大国，虽然整体的耕地面积大，但是人均耕地少，钾素资源也相对短缺。在耕地应用的肥料中，最有代表意义的就是氯化钾，它约占全部肥料的90%。可溶钾资源的贫乏已成为制约我国钾肥生产的主要因素。根据相关资料，目前我国土壤中钾元素缺乏的比例已达85%以上。随着我国钾肥生产技术的不断进步，我国对钾肥、氮肥、磷肥的需求与市场需求之间仍然存在着很大的差距。一、当前钾肥生产工艺1.氯化钾的生产工艺目前我国已有多种制备氯化钾的方法，但常规制备方法如透膜分离、萃取、溶析法、沉淀法等，存在着安全隐患大、操作烦琐、设备复杂等问题，难以实现工业化应用。目前生产氯化钾主要有冷分解浮选、冷结晶浮选、反浮选结晶、热熔法和对卤法等。（1）冷-热解法的浮选法。该技术是较早进入国内的一项较为系统化的技术，通过该技术可以使氯化钾得到工业上的成功应用。冷分解浮选生产工艺的工艺流程为：首先，在盛放光卤石的器皿中加入清水，在室温下进行光卤石的分解，使里面的氯化镁变为液态，同时尽量减少氯化钾的溶解。其次，再使用专用的分解试剂，分解其中的氯化钾。最后，对分离出的氯化钾进行适时的回收。这个冷解浮过程，流程和操作都比较简单，再加上这个过程已经存在了很长一段时间，每个环节都相当成熟。但是，采用此法生产的氯化钾质量较差，回收率较低，且易产生杂质。（2）冷结晶浮选生产法。这种方法是在传统方法的基础上，开发出来的一种新方法。该技术的基本原理是通过对光卤石溶液的饱和程度进行控制，使其在室温下能够不断地沉淀。其制备工艺为：先将光卤石放入结晶装置，待其形成析晶后，再将析晶进行水洗、溶化。再将所得到的原液送回结晶装置，再进行分解，所得到的微粒即为粗钾。最后，用一种特殊的分解剂将这些钾盐进行浮选，然后清洗和过滤就可以获得氯化钾。用这种方法得到的氯化钾具有很高的纯度，而且它的回收率在60%以上。（3）反浮选结晶生产法。其制备工艺为：先用水溶法将光卤石溶于水中，再加入特制的浮选剂，再经提纯，获得粗钾，再经分离和清洗，最终获得氯化钾。该工艺可以有效地提高氯化钾在原液中的对应元素的利用率，进而保障所得到的氯化钾产品质量，但是该工艺也存在着工序繁多、工艺复杂、操作过程难以控制、设备要求高等缺点，因此在当前的制备工作中并不是十分常用。（4）热熔生产法。这种制备方法的基本原理是利用了氯化钾与其它材料溶解性的差异，从而使其在一定的温度下发生沉淀和结晶。其工艺过程为：首先将原料溶于水，使其中的氯化钾变成液体，再将其加热成晶体并沉淀出来。该法的优点是制得的产物粒度大、纯度高、对原材料的需求少，能使原材料得到充分的利用。缺点是在运行中有热溶解，这个过程的能耗很大，并且容易被原材料腐蚀，所以需要对制备设备进行定期检查和维修。（5）兑卤生产法。该方法就是以浮选后的分解液和晒干后的卤水为原料，以一定的比例混合，使氯化钾沉淀出来，从而获得氯化钾。这种方法的流程比较简单，但需要的原材料也比较多。2.硫酸钾的生产工艺在我国，不含氯化钾的肥料中，硫酸钾占了很大的比重，它还可以供给作物所需的硫。硫酸钾的制备主要有三种方法：曼海姆法、芒硝法、软钾镁矾法。（1）曼海姆制备法。本方法是将工业硫酸和氯化钾放入曼海姆炉，通过高温反应，将其转化成硫酸钾和盐酸，然后将盐酸再循环使用，是我国生产硫酸钾的主流方法。以上两个反应只能通过曼海姆熔炉方法进行。该方法生产的产品质量较高，工艺也较简单，但是，该方法需要对所产生的HCl气体进行大量的冷却与回收，并钾肥生产工艺与其发展方向辛连美青海盐湖工业股份公司资源分公司输卤车间【摘要】随着我国经济和社会的迅速发展，我国的钾肥生产技术也在不断地进步。目前我国钾肥生产工艺的主要应用领域进行了分析，并就未来钾肥生产工艺的发展方向提出了一些具体的设想。期望通过该课题的研究，为今后我国钾肥生产技术的革新提供借鉴。【关键词】钾肥；生产工艺；发展方向【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.17.00824石油化工且在冷却后形成的盐酸具有强烈的腐蚀性，会对生产设备产生破坏。（2）软钾镁矾生产法。我国咸水湖中含有丰富的可溶性钾盐，可用来生产硫酸钾。通过晾晒可获得光卤石型混合盐和镁矾型混合盐，将得到的镁矾型混合盐转化为软钾镁矾，再利用卤水分解光卤石，获得硫化钾，最后将得到的氯化钾与软钾镁矾结合，获得硫酸钾。该技术操作简便，投资少，对仪器设备损坏少，能实现可持续发展。除了曼海姆工艺、芒硝工艺、软钾镁矾工艺之外，还可以用硫酸铵工艺、石膏工艺等，不过因为技术和装备的原因，这些工艺都无法用于工业生产。二、我国钾肥工艺技术应用1.兑卤脱钠控速分解结晶法配卤与脱钠的可控分解与结晶技术，自从开发出来后，已广泛用于农业生产。这是一种新型的从点卤水中制取氯化钾的工艺，其基本原理是将光卤石与水氯镁石以一定的比例混合，混合后，将一定比例M溶于KClMgCl2晶态表面，在光卤石与氯化钠反应后，比例P移至光卤石与氯化钠的共饱和线，最终沉淀出NaCl。本项目提出了一种新型的、先进的、创新性的制备技术，该技术能够实现盐田滩盐田光卤石的资源化利用，并将光卤水源地的卤水注入工艺中，制备出一种人工光卤石，从而解决了光卤石原料的污染问题，提高了光卤石原料的质量，并在一定程度上降低了生产成本。同时，该工艺还突破了常规工艺，提高了回收率，而且使用的原料具有很好的适应性和较低的温度敏感性。2.利用芒硝资源生产优质硫酸钾我国有丰富的硫酸钠资源。本文针对芒硝氯化钾转化制硫酸钾过程中存在的问题，研究和开发出一种基于“控速”原理的高质量硫酸钾分解-晶化新技术。基于相图关联及结晶速率可控的原理，将液相成分点G作为配点，通过内循环结晶分级装置，实现了反应过程中物质反应、结晶分级、杂质分离、母液循环等过程的高效同步。这种方法既可使搅拌工艺简单，又可有效地避开盐析、冰冻等工序。芒硝过程使原料从原来的低级粉状变成了粒状晶，从而增加了操作的灵活性。与曼海姆、硫酸铵等方法比较，此种方法具有更好的规模化、低成本等优点。3.复分解结晶法生产农用硝酸钾目前，我国生产硝酸钾的方法多为复解法、离子交换法。后者在应用时，一般更易于操作，制出的制品质量也更好，但是其整体成本较高，无法进行工业化生产。前一种方法在我国应用最为广泛，其制造技术相对成熟，原料来源广泛，制造质量相对较高。但该方式也有缺陷，炼化起来程序过于复杂，成本也很高。有关单位通过对控制速率的分解、结晶技术的研究，结合配套的设备，形成了一条由复化晶化法生产硝酸钾的技术路线。硝酸钾接近工艺技术，以硝酸铵和氯化钾为主要原料，通过复分解结晶技术，在温和条件下进行。这样的工艺技术，不但可以简化整体的技术流程，降低成本，还可以有效地避免在工艺生产时，出现的结疤和堵塞现象，使得产品的整体质量更为稳定，可以有效地提高该工艺技术产品的整体水准。三、钾肥生产工艺未来发展方向随着国民经济的迅速发展，对钾肥的需求量也会越来越大，而我国的钾肥生产和质量还不能适应国民经济发展的需要。为了适应国内对钾制品的要求，国家必须不断地改进和完善其生产技术，以增加其产量。就目前的现状，我国的钾肥生产工艺还有很多有待改进的地方。首先，人们对钾肥生产技术缺乏足够的关注，这将导致我们对钾肥生产技术的研究存在偏差，特别是对钾肥生产技术的关注程度存在不足。因此，今后不但要加大对钾矿产资源的开发，更要大力研发和发展新的钾肥生产技术。1.计算机视觉技术未来的钾肥生产工作中，将会向智能化的方向发展，利用工业视频监控系统，对所采集数据进行采集、处理、分析，最终实现实际的检测、测量与控制。在晶化过程中，通过在晶化皮带上设置高速摄像机，对晶化过程进行成像；在浮选工艺中，采用在浮选槽内放置摄像机的方法，可以获得液面上气泡的厚度信息。可视化检验对产品的品质有很大的保障作用，同时也是产品设计过程中的一项重要工作。视觉识别技术融合了平台化的系统设计、深度学习的视觉能力平台等多种功能，是深度学习在机器视觉领域的一种应用，能够有效地降低产品的质量和安全隐患，促进产品的产业化和智能化发展。2.图像识别技术在图像处理这一环节中，由于相机自身的安装工艺存在一定的偏差以及生产现场的信号干扰（光电转换、电磁干扰、机械、信道等）问题，会对图像采集设备产生影响，成像图像会产生失真或出现噪声污染等。钾肥生产过程中，由于机械振动幅值大、噪声大、信号干扰强，导致现场获取的数据存在失真、模糊等问题。在这种情况下，如果直接对这些数据进行处理，不但会给编25石油化工程带来很大的难度，还会造成从这些数据中抽取出的数据不准确，从而得不到所需的数据。在此基础上，提出了一种基于图像信息的特征提取算法，以增强图像的相关性。传统的图像分析处理过程包括：图像的增强（灰度变换）、图像滤波、图像二值化、形态学处理、边缘检测与特征提取等。然后，根据不同的特点，选取适当的特征抽取算法，从而达到对这些特点进行有效抽取的目的。四、未来钾肥生产工艺流程优化本文介绍了一种用于光卤石的分解法及分解法。其工艺流程为：先将光卤石矿石在清水中分解，再加入捕收剂、发泡剂，将分解后的浆液浮选，滤出后再加入少量清水，再将盐酸洗脱，再将盐酸洗脱，再用离心干燥，即可获得盐酸氯化钠。以过程与品质数据为研究对象，在现有过程数据的基础上，采用大数据分析方法，挖掘过程中的数据关联与数据知识。在晶化过程中，加入的水不能将颗粒的尺寸作为变量，因此，这一次的优化就是为了测试光卤石的颗粒尺寸。在浮选过程中，必须提高浮选液面厚度测量的准确度。1.工艺原理（1）结晶原理制取盐酸钙的主要原料为盐酸钙，要制取盐酸钙，就必须将其分解。将收集的含钠光卤石原矿用破碎机粉碎，然后加入结晶器，再加入水。当盐酸盐液达到饱和时，持续的光卤石将导致盐酸盐液过饱和，并沉淀出盐酸盐液，达到分离目的。（2）浮选原理在浮选过程中，由于KCl与NaCl两种晶粒之间存在着亲、疏水的差异，添加化学试剂可使KCl的亲、疏水特性增强。添加发泡剂后，KCl结晶与含KCl结晶的水泡作用，在矿石表面生成泡沫，用刮刀将含KCl结晶的水泡刮除，得到粗钾。2.结晶工艺段工艺优化智能控制在光卤石分解结晶机中，清水水量是一个重要参数。在此基础上，对结晶器中光卤石晶粒大小进行测量，即可获得其含量。粗矿石中包含光卤石，还有一些其他杂质，例如用来分离和提炼光卤石的工业盐。可以利用可视化模块，增加大功率相机，实现对平直矿井的成像。但在实际应用中，在复杂的照明环境下，图像的质量会有很大的差别，导致图像的质量参差不齐，造成了图像的无用信息的增多，而有效的信息则会被破坏。针对厂区内光线较暗的特点，采用在被矿石铺放过的地面上设置光源的方法，并利用高斯滤波来去除噪声的灰度图。在对图像进行处理时，噪声的存在对图像的处理结果产生了一定的影响。利用Canny算子对图像进行边界提取，并对图像进行颗粒化处理。通过对颗粒大小、物料流速等参数的分析，得到了颗粒大小、物料流速等参数的关系式，给出颗粒大小、物料流速等参数的关系式。3.浮选工艺段加药量智能控制浮选工艺是将分解后的结晶渣块放入化学调整池，再经过粗选和二次过滤，最终得到的是固态渣块，也就是粗钾。以传统正向浮选工艺为基础，针对泡沫中存在的高活性氯化钾矿物颗粒，以及经过化学处理后会形成泡沫层这一特点，拟开展泡沫层厚度对浮选效果的影响规律和机制研究。本课题提出利用浮选区摄像机获取浮选区的液面信息，构建双流下液面检测与投加计划预测模型，并利用双流上液面监测数据对所建模型进行修正，最终实现双流上液面监测与投加计划优化。五、结语总之，伴随着国家技术的不断发展，未来将会在保证产品品质的同时，实现碳酸钾原料的完全自动化生产。在未来的社会发展进程中，钾肥生产技术将改变我国长期以来对钾肥的依赖，满足国家经济建设日益增长的需求，更好地推动我国农业事业的发展。参考文献：1亓昭英，段盛青，刘富昌，等.近几年我国钾肥生产供应现状与发展预测J.磷肥与复肥，2012，27(6):1-3.2汪家铭.富钾岩石制取矿物钾肥生产现状与前景展望J.磷肥与复肥，2011，26(5):20-23.3赵永宝.近几年钾肥生产技术发展现状J.盐业与化工，2016，45(4):9-13.4赵灿，方鹏.颗粒钾肥新生产工艺标准的研究和分析J.中国石油和化工标准与质量，2017，37(15):5-6.