氯化鉀氯化鈉蒸發(fā)結(jié)晶分鹽系統(tǒng)

工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是鋼鐵行業(yè)，每天都會產(chǎn)生大量含有氯化鈉和氯化鉀的飛灰，如高爐布袋灰、燒結(jié)灰、轉(zhuǎn)爐灰等處理過程中產(chǎn)生的高鉀鈉廢水。這些廢水中氯化鉀和氯化鈉的混合物通常直接作為工業(yè)廢固處理，但由于我國對鉀肥需求巨大且鉀礦資源匱乏，從鋼廠固廢中回收鉀元素具有重要意義。
在大部分論述中只是提及表面，最重要的環(huán)節(jié)給予忽視，本文旨在探討不同鉀鈉含量的溶液中，實(shí)現(xiàn)氯化鉀和氯化鈉有效分離的工藝方法，以期實(shí)現(xiàn)資源的回收和再利用。
氯化鉀與氯化鈉、水三元分離原理
氯化鉀和氯化鈉的溶解度隨溫度變化的差異是分離它們的關(guān)鍵。氯化鉀的溶解度隨溫度升高而顯著增大，而氯化鈉的溶解度隨溫度變化不大。但是具體需要怎么進(jìn)行控制相關(guān)濃度是其中關(guān)鍵，其中的原料濃度穩(wěn)定是其分離工藝路線的關(guān)鍵。
氯化鉀與氯化鈉溶液的初始成分可以分為主要的三種情況：
第一種高含量的氯化鉀，氯化鈉含量相對較低。
第二種高含量的氯化鈉，氯化鉀含量相對較低。
第三種氯化鉀與氯化鈉含量比較接近。
對于三種情況的工藝路線各部相同，查詢網(wǎng)上關(guān)于氯化鉀與氯化鈉分鹽均是沒有詳細(xì)論述，現(xiàn)詳細(xì)進(jìn)行論述相關(guān)分離的工藝路線。

氯化鉀氯化鈉水三元相圖（圖1）
第一種情況的高氯化鉀與低氯化鈉分鹽工藝路線：
拿氯化鉀與氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例2：1的情況進(jìn)行模擬，圖1中紅色為100度混合溶液溶解度曲線，黑色為25度混合溶解度曲線，右下部分紅色為三角形區(qū)域?yàn)?00度純氯化鉀析出區(qū)域，右下部分黑色三角形為25度純氯化鉀析出區(qū)域。左上部分紅色為三角形區(qū)域?yàn)?00度純氯化鈉析出區(qū)域，左上部分黑色三角形為25度純氯化鈉析出區(qū)域。右側(cè)部分為析出混合鹽區(qū)域。
氯化鉀、氯化鈉、水三元體系中，隨著水分的蒸發(fā)減少，氯化鉀與氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相應(yīng)變大，但有一個變量不變，就是氯化鉀與氯化鈉的比例，隨著水分的減少，氯化鉀與氯化鈉的比例與初始濃度中氯化鉀與氯化鈉的比例相同，這也就是必須保持進(jìn)料濃度的穩(wěn)定的重要性原因。
在氯化鉀與氯化鈉初始水中的比例為2：1的情況下，畫出蒸發(fā)射線，下部分的藍(lán)色射線，藍(lán)色射線與右下部分的紅色三角形相交，通過MVR蒸發(fā)結(jié)晶或者三效蒸發(fā)結(jié)晶，這時(shí)在100度時(shí)候能夠析出純的氯化鉀結(jié)晶，但隨著繼續(xù)的蒸發(fā)，藍(lán)色射線超過右下側(cè)的純氯化鉀析出區(qū)域后，就會產(chǎn)生混合鹽，這就要控制蒸發(fā)的濃度，通過控制混合鹽的密度，嚴(yán)格控制蒸發(fā)終點(diǎn)的濃度，通常采用質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行精確控制進(jìn)料、出料、出水，質(zhì)量流量計(jì)并實(shí)時(shí)顯示密度進(jìn)行控制。
當(dāng)蒸發(fā)到紅色純析出氯化鉀濃度時(shí)候，先熱結(jié)晶析出純凈的氯化鉀，然后進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行熱離心，分離出純氯化鉀，分離出的母液進(jìn)行冷卻結(jié)晶（不能進(jìn)行閃蒸結(jié)晶，閃蒸結(jié)晶會使得一部分水閃蒸而出，從而使得三元相圖的相關(guān)比例向著圖中的右側(cè)移動，使得溶液成分變化，不利于分離）。
冷卻結(jié)晶到25度的母液，析出純的氯化鉀結(jié)晶，析出區(qū)域還在右側(cè)的黑色三角范圍內(nèi)。
冷卻結(jié)晶后析出的母液，測量其成分，確定氯化鉀與氯化鈉比例，母液再次進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，這時(shí)候是藍(lán)色的蒸發(fā)射線最上的那個，蒸發(fā)射線與左上部分相交，通過100度的紅色飽和度曲線后，能夠析出純凈的氯化鈉結(jié)晶，然后趁熱離心過濾，得到純凈的氯化鈉結(jié)晶。
離心剩余的母液進(jìn)行冷卻結(jié)晶，析出區(qū)域右下側(cè)的黑色純氯化鉀區(qū)域，通過冷卻結(jié)晶又可以析出純的氯化鉀結(jié)晶，通過離心機(jī)進(jìn)行離心分離出氯化鉀，母液則比例產(chǎn)生變化，這時(shí)冷卻結(jié)晶的母液需要根據(jù)分析重新加入一部分的氯化鉀，對這部分的母液進(jìn)行配液，配液后的比例要與進(jìn)行氯化鈉熱蒸發(fā)結(jié)晶的比例相同，這時(shí)系統(tǒng)達(dá)到一個平衡的狀態(tài)。
系統(tǒng)的總體工藝流程為：氯化鉀氯化鈉混合溶液----熱蒸發(fā)結(jié)晶----析出氯化鉀結(jié)晶----熱離心分離出氯化鉀-----母液進(jìn)行冷卻結(jié)晶----析出氯化鉀結(jié)晶----冷離心分離氯化鉀----母液進(jìn)入氯化鈉蒸發(fā)結(jié)晶----熱離心分離出氯化鈉----母液進(jìn)行冷卻結(jié)晶----析出氯化鉀結(jié)晶----冷離心分離出氯化鉀----母液進(jìn)行加入氯化鉀進(jìn)行配液至鈉蒸發(fā)比例----母液進(jìn)入鈉蒸發(fā)器繼續(xù)蒸發(fā)。此時(shí)系統(tǒng)基本平衡，主要控制點(diǎn)為氯化鉀蒸發(fā)器與氯化鈉蒸發(fā)器的進(jìn)料比例嚴(yán)格控制，控制蒸發(fā)的終點(diǎn)濃度。
一般對于高氯化鉀低氯化鈉的混合溶液進(jìn)行分鹽一般采用兩套MVR蒸發(fā)裝置或者三效、單效蒸發(fā)裝置進(jìn)行。氯化鉀收率較高。

氯化鉀氯化鈉水三元相圖（圖2）
第二種情況的高氯化鈉與低氯化鉀分鹽工藝路線：
在氯化鉀與氯化鈉初始水中的比例為1：2的情況下，畫出蒸發(fā)射線，藍(lán)色射線，藍(lán)色射線與左上部分的紅色三角形相交，通過MVR蒸發(fā)結(jié)晶或者三效蒸發(fā)結(jié)晶，這時(shí)在100度時(shí)候能夠析出純的氯化鈉結(jié)晶，但隨著繼續(xù)的蒸發(fā)，藍(lán)色射線超過左上側(cè)的純氯化鈉析出區(qū)域后，就會產(chǎn)生混合鹽，這就要控制蒸發(fā)的濃度，通過控制混合鹽的密度，嚴(yán)格控制蒸發(fā)終點(diǎn)的濃度，通常采用質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行精確控制進(jìn)料、出料、出水，質(zhì)量流量計(jì)并實(shí)時(shí)顯示密度進(jìn)行控制。
當(dāng)蒸發(fā)到紅色純析出氯化鈉濃度時(shí)候，先熱結(jié)晶析出純凈的氯化鈉，然后進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行熱離心，分離出純氯化鈉，分離出的母液進(jìn)行冷卻結(jié)晶（不能進(jìn)行閃蒸結(jié)晶，閃蒸結(jié)晶會使得一部分水閃蒸而出，從而使得三元相圖的相關(guān)比例向著圖中的右側(cè)移動，使得溶液成分變化，不利于分離）。
冷卻結(jié)晶到25度的母液，析出純的氯化鉀結(jié)晶，析出區(qū)域還在右側(cè)的黑色三角范圍內(nèi)，通過離心機(jī)進(jìn)行離心分離出氯化鉀，母液則比例產(chǎn)生變化，這時(shí)冷卻結(jié)晶的母液需要根據(jù)分析重新加入一部分的氯化鉀，對這部分的母液進(jìn)行配液，配液后的比例要與進(jìn)行氯化鈉熱蒸發(fā)結(jié)晶的比例相同，這時(shí)系統(tǒng)達(dá)到一個平衡的狀態(tài)。
系統(tǒng)的總體工藝流程為：氯化鉀氯化鈉混合溶液----熱蒸發(fā)結(jié)晶----析出氯化鈉結(jié)晶----熱離心分離出氯化鈉-----母液進(jìn)行冷卻結(jié)晶----析出氯化鉀結(jié)晶----冷離心分離氯化鉀----母液進(jìn)行加入氯化鉀進(jìn)行配液至鈉蒸發(fā)比例----母液進(jìn)入蒸發(fā)器繼續(xù)蒸發(fā)。此時(shí)系統(tǒng)基本平衡，主要控制點(diǎn)為氯化鉀蒸發(fā)器與氯化鈉蒸發(fā)器的進(jìn)料比例嚴(yán)格控制，控制蒸發(fā)的終點(diǎn)濃度。
對于高氯化鈉低氯化鉀的混合溶液采用一套蒸發(fā)結(jié)晶裝置能夠?qū)崿F(xiàn)，但是效率明顯降低。

氯化鉀氯化鈉水三元相圖（圖3）
第三種氯化鉀與氯化鈉含量比較接近。
與高氯化鈉低氯化鉀分離工藝相同，但是由于相交比較近混合鹽區(qū)域，控制更加困難，效率非常低。
總價(jià)三種成分的氯化鈉與氯化鉀分鹽的工藝路線，均是在氯化鉀與氯化鈉比例越大分離效率越高，根據(jù)實(shí)際的情況選擇合適的工藝路線。
河北卓普化工設(shè)備公司原創(chuàng)論述探討，轉(zhuǎn)載請著名出處。