硫酸鹽型固體廢棄物轉(zhuǎn)化法制備硫酸鉀的研究.pdf

1、火電廠、化工廠煙氣脫硫的主要副產(chǎn)物脫硫石膏(CaSO4·2H2O)及PVC企業(yè)脫硝副產(chǎn)物芒硝(Na2SO410H2O)已成為我國硫酸鹽型主要固體廢棄物，不僅占用土地，而且污染環(huán)境。而我國鉀、硫資源極度缺乏，尤其是硫酸鉀，長期依賴于俄羅斯、德國等國進口。若能以西北鹽湖低品質(zhì)氯化鉀及工業(yè)硫酸鹽型固體廢棄物脫硫石膏及芒硝轉(zhuǎn)化生產(chǎn)高附加值的硫酸鉀，無疑是對西北無機鹽資源高值化、硫酸鹽型固體廢棄物資源化利用提供新途徑。
　　本文以某PVC企

2、業(yè)的芒硝廢渣和寧夏某廠的脫硫石膏制備碳酸鈣晶須的硫酸銨母液為硫酸根來源，以青海鹽湖低品質(zhì)氯化鉀為鉀源，采用轉(zhuǎn)化法制備硫酸鉀。首先對相關(guān)體系相平衡數(shù)據(jù)進行研究，分別獲得了298.15K、333.15K，K+，NH4+//Cl-，SO42--H2O、K+，NH4+//Cl-，SO42--(CH2OH)2-H2O體系和328.15K體系Na+，K+//Cl-，SO42--(CH2OH)2-H2O及其子體系Na+，K+//SO42--(CH2O

3、H)2-H2O的固液相平衡數(shù)據(jù)及物化性質(zhì)(nD，η，ρ，pH)，構(gòu)建相圖，劃分結(jié)晶區(qū)，用以指導(dǎo)和優(yōu)化轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)硫酸鉀工藝。
　　其次利用相圖數(shù)據(jù)對芒硝轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)硫酸鉀的過程進行了理論計算及工藝分析。結(jié)果表明采用間接轉(zhuǎn)化法對母液進行循環(huán)回收能提高硫酸鉀收率，同時對硫酸銨轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)硫酸鉀的工藝也進行了相圖計算。此外，基于相圖分析，考察了氯化鉀與芒硝廢渣轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)硫酸鉀的工藝條件，得到最佳工藝條件為反應(yīng)溫度25℃、反應(yīng)時間100min、

4、配料比（芒硝與氯化鉀的質(zhì)量比）為1.26∶1、攪拌強度200rpm，在最優(yōu)工藝條件下，芒硝廢渣轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)硫酸鉀兩步轉(zhuǎn)化K2O收率為89％，產(chǎn)品中K2O含量為50.42％，氯離子含量1.8％，硫酸鉀質(zhì)量達到國家鉀肥生產(chǎn)農(nóng)用一等品標(biāo)準(zhǔn)。此外，以脫硫石膏制備碳酸鈣晶須的硫酸銨母液制備硫酸鉀的最優(yōu)工藝條件為:硫酸銨初始濃度34w％、配料比(n(NH4)2SO4∶nKCl)為0.5、攪拌速率200rpm、反應(yīng)時間120min、反應(yīng)溫度40℃。驗證

5、實驗得到K2O收率＞64％,此時產(chǎn)品K2O％＞50％，w(Cl-)＜0.15％，w(NH4+)＜0.3％，產(chǎn)品硫酸鉀符合農(nóng)用優(yōu)等品的標(biāo)準(zhǔn)。
　　由于K+，NH4+水鹽體系存在鉀-銨基固溶體，且相圖中該固溶體結(jié)晶區(qū)面積約占80％以上，因此本文對鉀-銨基固溶體的分離進行了理論分析。提出多級逆流結(jié)晶分離鉀-銨基固溶體的數(shù)學(xué)模型，采用不同的蒸發(fā)策略進行模擬具體過程的變量。鉀-銨基固溶體的分離，不僅能提高硫酸鉀產(chǎn)率及品質(zhì)，對水鹽體系固溶體中