周艷麗

（河北云瑞化工設(shè)備有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引 言

工業(yè)生產(chǎn)中每天都要產(chǎn)生大量的氯化鈉氯和氯化鉀廢水，如鋼鐵廠高爐布袋灰、燒結(jié)灰、轉(zhuǎn)爐灰及其他雜質(zhì)灰的處理工藝中，通過水洗方式將次氧化鋅灰中的鉀、鈉與不溶物進(jìn)行分離，然后經(jīng)過除雜處理后剩余的溶液中即含有氯化鈉和氯化鉀，通常稱之為高鉀鈉廢水。

目前，氯化鉀和氯化鈉溶液中未進(jìn)行鉀和鈉分離，直接出混鹽，這樣只能作為工業(yè)廢固處理。

由于我國(guó)對(duì)鉀肥需求巨大，而鉀礦資源極度匱乏，且大部分集中在我國(guó)的西北地區(qū)和西南邊境，目前對(duì)這些鉀資源還難以大規(guī)模開發(fā)利用。

因此，對(duì)鋼廠固廢粉塵中鉀元素的回收有積極顯著的意義。

鋼廠除塵灰中，往往著重介紹除塵灰處理前工藝中及對(duì)鉀鹽提起方法的報(bào)道，對(duì)于詳細(xì)介紹鉀和鈉分離方法及裝置的文獻(xiàn)報(bào)道不多。

如能研究出鉀和鈉分離切實(shí)可行的方法，回收得到高純度的氯化鉀和氯化鈉，滿足工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的品質(zhì)要求，可直接回收套用或作為副產(chǎn)品出售，實(shí)現(xiàn)鹽類的資源化利用，將有極大的經(jīng)濟(jì)效益。

本文針對(duì)不同鉀和鈉含量的溶液，重點(diǎn)闡述鉀和鈉分離的幾種工藝方法。

1 鉀和鈉分離原理

由于氯化鈉和氯化鉀的溶解度不同，氯化鉀溶解度大于氯化鈉溶解度，同時(shí)隨著溫度升高，氯化鉀溶解度增大，而氯化鈉溶解度隨溫度變化不大。我們利用不同溫度條件下氯化鈉和氯化鉀的溶解度比例不同，通過不同蒸發(fā)溫度的轉(zhuǎn)換，分別對(duì)應(yīng)2種鹽的飽和狀態(tài)的原理，分別析出純凈氯化鉀和純凈氯化鈉。采用在高溫狀態(tài)下結(jié)晶析出氯化鈉、低溫狀態(tài)下結(jié)晶析出氯化鉀。

氯化鈉和氯化鉀在不同溫度下的相圖如圖1所示。

圖1 氯化鈉和氯化鉀在不同溫度下的相圖Fig.1 phase diagram of sodium chloride and potassium chloride at different temperatures

2 鉀和鈉分離工藝

結(jié)合氯化鉀氯化鈉相圖，從鉀和鈉分離原理上有3 種可行的分離工藝，即熱蒸- 冷凍、熱蒸-閃蒸、熱蒸—閃蒸- 冷凍—熱蒸。

2.1 熱蒸- 閃蒸

根據(jù)氯化鉀和氯化鈉在110 ℃和50 ℃溶解度的不同，來料首先在溫度為110 ℃時(shí)，蒸發(fā)濃縮至一定濃度（控制不能超過氯化鉀析出來的濃度點(diǎn)），結(jié)晶析出氯化鈉，然后蒸發(fā)母液在溫度為50 ℃時(shí)，進(jìn)行閃蒸，結(jié)晶析出氯化鉀，閃蒸母液再返回蒸發(fā)系統(tǒng)去析出氯化鈉，蒸發(fā)和閃蒸出來的冷凝水工藝回用。

采用高溫析鈉低溫析鉀的思路，可實(shí)現(xiàn)氯化鉀和氯化鈉高鹽廢水的有效分離回收。

該方法可以實(shí)現(xiàn)鉀鈉鹽的全部回收利用，本系統(tǒng)可得到合格的氯化鈉和氯化鉀，冷凝水返回工藝系統(tǒng)。

析出的鹽符合國(guó)標(biāo)，其中氯化鈉符合國(guó)標(biāo)GB/T5462-2003，精制工業(yè)鹽二級(jí)；氯化鉀符合國(guó)標(biāo)GB/T7118-2008，工業(yè)鹽二級(jí)。

工藝過程可靠穩(wěn)定，能耗低，投資小，運(yùn)行成本低，各種指標(biāo)符合節(jié)能環(huán)保的要求。

氯化鉀和氯化鈉分離工藝流程框圖如圖2所示。

圖2 氯化鉀和氯化鈉分離工藝流程框圖Fig.2 Flowdiagram of potassium chloridesodium chloride separation process

2.2 熱蒸—冷凍法

根據(jù)氯化鉀和氯化鈉不同溫度下溶解度的不同，來料首先在溫度為110 ℃時(shí)，蒸發(fā)濃縮至一定濃度（控制不能超過氯化鉀析出來的濃度點(diǎn)），結(jié)晶析出氯化鈉，然后蒸發(fā)母液在低溫下進(jìn)行降溫結(jié)晶，結(jié)晶析出氯化鉀，結(jié)晶母液返回蒸發(fā)析鈉系統(tǒng)繼續(xù)析出氯化鈉，降溫結(jié)晶溫度可為50、40、30、20 ℃或更低溫度。

根據(jù)氯化鉀和氯化鈉在低溫下溶解度的差異，溫度越低差異越大，結(jié)晶析出的氯化鉀產(chǎn)品就越多，但降溫結(jié)晶溫度越低能耗就越大，結(jié)晶需要的冷量和母液返回氯化鈉蒸發(fā)系統(tǒng)需要升溫的能量就會(huì)越大，故較為經(jīng)濟(jì)的降溫結(jié)晶溫度為40 ～50 ℃，降溫階段采用循環(huán)水作為冷介質(zhì)降溫即可。蒸發(fā)出來的冷凝水工藝回用。

采用熱蒸- 冷凍的分鹽思路，可以實(shí)現(xiàn)氯化鉀和氯化鈉高鹽廢水的有效分離回收。

該方法可以實(shí)現(xiàn)100%的鹽回收利用，氯化鈉符合國(guó)標(biāo)GB/T5462-2003 精制工業(yè)鹽二級(jí)；氯化鉀符合國(guó)標(biāo)GB/T7118-2008 工業(yè)鹽二級(jí)。氯化鉀-氯化鈉分離工藝流程框圖如圖3 所示。

圖3 氯化鉀- 氯化鈉分離工藝流程框圖Fig.3 Flowdiagram of potassium chloride- sodium chloride separation process

2.3 熱蒸—閃蒸- 冷凍—熱蒸法

對(duì)于含高鉀的鉀鈉廢水，先通過熱蒸析出氯化鉀，在熱蒸階段回收鉀鈉廢水中大部分鉀鹽，來料鉀的比例越多在熱蒸系統(tǒng)中回收的鉀越多，回收鉀之后的母液進(jìn)入降溫結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)一步提取鉀，降溫結(jié)晶可選擇閃蒸結(jié)晶或冷凍結(jié)晶。

降溫結(jié)晶后的母液進(jìn)入氯化鈉回收系統(tǒng)，通過熱蒸的方式將溶液中的氯化鈉結(jié)晶析出來，蒸發(fā)母液再返回閃蒸- 冷凍系統(tǒng)提鉀，通過熱蒸—閃蒸-冷凍—熱蒸的方法可以實(shí)現(xiàn)高含鉀的鉀鈉廢水中鉀鈉鹽的分離。

整個(gè)工藝系統(tǒng)無廢棄物，實(shí)現(xiàn)結(jié)晶鹽的資源化，水全部回收利用，實(shí)現(xiàn)水的零排放。

該方法可以實(shí)現(xiàn)100%的鹽回收利用，氯化鈉符合國(guó)標(biāo)GB/T5462-2003 精制工業(yè)鹽二級(jí)；氯化鉀符合國(guó)標(biāo)GB/T7118-2008 工業(yè)鹽二級(jí)。氯化鉀-氯化鈉分離工藝流程框圖如圖4 所示。

圖4 氯化鉀- 氯化鈉分離工藝流程框圖Fig.4 Flowdiagram of potassium chloridesodium chloride separation process

3 結(jié)果與討論

3.1 處理效果

采用熱蒸- 閃蒸、熱蒸- 冷凍、熱蒸- 閃蒸-冷凍- 熱蒸法3 種工藝均可實(shí)現(xiàn)鉀鈉鹽的完全分離，水全部回收利用，析出的鹽符合國(guó)標(biāo)。其中氯化鈉符合國(guó)標(biāo)GB/T5462-2003，精制工業(yè)鹽二級(jí)；氯化鉀符合國(guó)標(biāo)GB/T7118-2008，工業(yè)鹽二級(jí)。

3.2 閃蒸結(jié)晶和冷凍結(jié)晶對(duì)比

（1） 閃蒸結(jié)晶工藝更加穩(wěn)定，不容易出現(xiàn)堵塞風(fēng)險(xiǎn)；而冷凍結(jié)晶因涉及到列管換熱器冷熱換熱的問題有堵管的風(fēng)險(xiǎn)。

（2） 閃蒸結(jié)晶受真空度限制，閃蒸結(jié)晶溫度一般做到50 ℃左右，較為經(jīng)濟(jì)；而冷凍結(jié)晶則可做到更低溫度，但結(jié)晶溫度越低冷量的能耗越大，母液返回?zé)嵴粜枰臒崃恳苍酱?，所以太低溫度不?jīng)濟(jì)，較為經(jīng)濟(jì)的是采用循環(huán)水作為冷介質(zhì)，結(jié)晶溫度為40 ℃左右。在運(yùn)行能耗上閃蒸結(jié)晶比冷凍結(jié)晶小。

（3） 閃蒸結(jié)晶得到的氯化鉀產(chǎn)品粒徑小，冷凍結(jié)晶得到的鉀鹽粒徑相對(duì)較大；投資上閃蒸結(jié)晶比冷凍結(jié)晶小。

4 結(jié) 語

熱蒸- 閃蒸、熱蒸- 冷凍和熱蒸- 閃蒸- 冷凍- 熱蒸法這3 種工藝均可真正實(shí)現(xiàn)零排放，水全部回收利用，附產(chǎn)高附加值的氯化鈉和氯化鉀，適合在我國(guó)工業(yè)上尤其鋼鐵行業(yè)上推廣。

隨著我國(guó)鋼鐵行業(yè)的日益發(fā)展和完善，鋼鐵水洗灰廢水（鉀鈉廢水） 日益增加，今后幾年內(nèi)，開發(fā)和建立鉀和鈉高鹽廢水分離裝置，勢(shì)必會(huì)帶來巨大的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。