氯化钾氯化钠蒸发结晶分盐系统
氯化钾氯化钠蒸发结晶分盐系统
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    商品详情

      工业生产中,尤其是钢铁行业,每天都会产生大量含有氯化钠和氯化钾的飞灰,如高炉布袋灰、烧结灰、转炉灰等处理过程中产生的高钾钠废水。这些废水中氯化钾和氯化钠的混合物通常直接作为工业废固处理,但由于我国对钾肥需求巨大且钾矿资源匮乏,从钢厂固废中回收钾元素具有重要意义。
      在大部分论述中只是提及表面,最重要的环节给予忽视,本文旨在探讨不同钾钠含量的溶液中,实现氯化钾和氯化钠有效分离的工艺方法,以期实现资源的回收和再利用。
      氯化钾与氯化钠、水三元分离原理
      氯化钾和氯化钠的溶解度随温度变化的差异是分离它们的关键。氯化钾的溶解度随温度升高而显著增大,而氯化钠的溶解度随温度变化不大。但是具体需要怎么进行控制相关浓度是其中关键,其中的原料浓度稳定是其分离工艺路线的关键。
      氯化钾与氯化钠溶液的初始成分可以分为主要的三种情况:
      第一种高含量的氯化钾,氯化钠含量相对较低。
      第二种高含量的氯化钠,氯化钾含量相对较低。
      第三种氯化钾与氯化钠含量比较接近。
      对于三种情况的工艺路线各部相同,查询网上关于氯化钾与氯化钠分盐均是没有详细论述,现详细进行论述相关分离的工艺路线。

      氯化钾氯化钠水三元相图(图1)
      第一种情况的高氯化钾与低氯化钠分盐工艺路线:
      拿氯化钾与氯化钠质量分数比例2:1的情况进行模拟,图1中红色为100度混合溶液溶解度曲线,黑色为25度混合溶解度曲线,右下部分红色为三角形区域为100度纯氯化钾析出区域,右下部分黑色三角形为25度纯氯化钾析出区域。左上部分红色为三角形区域为100度纯氯化钠析出区域,左上部分黑色三角形为25度纯氯化钠析出区域。右侧部分为析出混合盐区域。
      氯化钾、氯化钠、水三元体系中,随着水分的蒸发减少,氯化钾与氯化钠的质量分数相应变大,但有一个变量不变,就是氯化钾与氯化钠的比例,随着水分的减少,氯化钾与氯化钠的比例与初始浓度中氯化钾与氯化钠的比例相同,这也就是必须保持进料浓度的稳定的重要性原因。
      在氯化钾与氯化钠初始水中的比例为2:1的情况下,画出蒸发射线,下部分的蓝色射线,蓝色射线与右下部分的红色三角形相交,通过MVR蒸发结晶或者三效蒸发结晶,这时在100度时候能够析出纯的氯化钾结晶,但随着继续的蒸发,蓝色射线超过右下侧的纯氯化钾析出区域后,就会产生混合盐,这就要控制蒸发的浓度,通过控制混合盐的密度,严格控制蒸发终点的浓度,通常采用质量流量计进行精确控制进料、出料、出水,质量流量计并实时显示密度进行控制。
      当蒸发到红色纯析出氯化钾浓度时候,先热结晶析出纯净的氯化钾,然后进入离心机进行热离心,分离出纯氯化钾,分离出的母液进行冷却结晶(不能进行闪蒸结晶,闪蒸结晶会使得一部分水闪蒸而出,从而使得三元相图的相关比例向着图中的右侧移动,使得溶液成分变化,不利于分离)。
      冷却结晶到25度的母液,析出纯的氯化钾结晶,析出区域还在右侧的黑色三角范围内。
      冷却结晶后析出的母液,测量其成分,确定氯化钾与氯化钠比例,母液再次进行蒸发结晶,这时候是蓝色的蒸发射线最上的那个,蒸发射线与左上部分相交,通过100度的红色饱和度曲线后,能够析出纯净的氯化钠结晶,然后趁热离心过滤,得到纯净的氯化钠结晶。
      离心剩余的母液进行冷却结晶,析出区域右下侧的黑色纯氯化钾区域,通过冷却结晶又可以析出纯的氯化钾结晶,通过离心机进行离心分离出氯化钾,母液则比例产生变化,这时冷却结晶的母液需要根据分析重新加入一部分的氯化钾,对这部分的母液进行配液,配液后的比例要与进行氯化钠热蒸发结晶的比例相同,这时系统达到一个平衡的状态。
      系统的总体工艺流程为:氯化钾氯化钠混合溶液----热蒸发结晶----析出氯化钾结晶----热离心分离出氯化钾-----母液进行冷却结晶----析出氯化钾结晶----冷离心分离氯化钾----母液进入氯化钠蒸发结晶----热离心分离出氯化钠----母液进行冷却结晶----析出氯化钾结晶----冷离心分离出氯化钾----母液进行加入氯化钾进行配液至钠蒸发比例----母液进入钠蒸发器继续蒸发。此时系统基本平衡,主要控制点为氯化钾蒸发器与氯化钠蒸发器的进料比例严格控制,控制蒸发的终点浓度。
      一般对于高氯化钾低氯化钠的混合溶液进行分盐一般采用两套MVR蒸发装置或者三效、单效蒸发装置进行。氯化钾收率较高。

      氯化钾氯化钠水三元相图(图2)
      第二种情况的高氯化钠与低氯化钾分盐工艺路线:
      在氯化钾与氯化钠初始水中的比例为1:2的情况下,画出蒸发射线,蓝色射线,蓝色射线与左上部分的红色三角形相交,通过MVR蒸发结晶或者三效蒸发结晶,这时在100度时候能够析出纯的氯化钠结晶,但随着继续的蒸发,蓝色射线超过左上侧的纯氯化钠析出区域后,就会产生混合盐,这就要控制蒸发的浓度,通过控制混合盐的密度,严格控制蒸发终点的浓度,通常采用质量流量计进行精确控制进料、出料、出水,质量流量计并实时显示密度进行控制。
      当蒸发到红色纯析出氯化钠浓度时候,先热结晶析出纯净的氯化钠,然后进入离心机进行热离心,分离出纯氯化钠,分离出的母液进行冷却结晶(不能进行闪蒸结晶,闪蒸结晶会使得一部分水闪蒸而出,从而使得三元相图的相关比例向着图中的右侧移动,使得溶液成分变化,不利于分离)。
      冷却结晶到25度的母液,析出纯的氯化钾结晶,析出区域还在右侧的黑色三角范围内,通过离心机进行离心分离出氯化钾,母液则比例产生变化,这时冷却结晶的母液需要根据分析重新加入一部分的氯化钾,对这部分的母液进行配液,配液后的比例要与进行氯化钠热蒸发结晶的比例相同,这时系统达到一个平衡的状态。
      系统的总体工艺流程为:氯化钾氯化钠混合溶液----热蒸发结晶----析出氯化钠结晶----热离心分离出氯化钠-----母液进行冷却结晶----析出氯化钾结晶----冷离心分离氯化钾----母液进行加入氯化钾进行配液至钠蒸发比例----母液进入蒸发器继续蒸发。此时系统基本平衡,主要控制点为氯化钾蒸发器与氯化钠蒸发器的进料比例严格控制,控制蒸发的终点浓度。
      对于高氯化钠低氯化钾的混合溶液采用一套蒸发结晶装置能够实现,但是效率明显降低。

      氯化钾氯化钠水三元相图(图3)
      第三种氯化钾与氯化钠含量比较接近。
      与高氯化钠低氯化钾分离工艺相同,但是由于相交比较近混合盐区域,控制更加困难,效率非常低。
      总价三种成分的氯化钠与氯化钾分盐的工艺路线,均是在氯化钾与氯化钠比例越大分离效率越高,根据实际的情况选择合适的工艺路线。
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