本發(fā)明屬于硫酸鉀和氯化鋁生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鉀明礬加壓復(fù)分解生產(chǎn)硫酸鉀和氯化鋁的方法。
背景技術(shù)：
鉀作為植物所需的氮、磷、鉀三大營養(yǎng)元素之一，是其體內(nèi)含量最高的陽離子，對植物體多種酶的活化、光合作用、滲透壓的調(diào)節(jié)、營養(yǎng)物質(zhì)的合成和運(yùn)轉(zhuǎn)等方面起著不可替代的作用。但是我國大部分土壤普遍缺鉀，且長期鉀肥施肥不足，而氯離子敏感的喜鉀型農(nóng)作物的生長只能施用無氯鉀肥，硫酸鉀含50%的氧化鉀和18%的硫，作為一種優(yōu)質(zhì)無氯鉀肥需求量逐年增高。而我國硫酸鉀產(chǎn)量不能滿足需求，每年需進(jìn)口大量的硫酸鉀。氯化鋁結(jié)晶被廣泛應(yīng)用于水凈化行業(yè)也被應(yīng)用于造紙、石油化工、香料、農(nóng)藥、涂料等行業(yè)，是一種重要的鋁鹽。因此開發(fā)鉀明礬制取硫酸鉀和氯化鋁的新工藝具有深遠(yuǎn)的意義。
現(xiàn)有的利用鉀明礬制取硫酸鉀的工藝主要是明礬熱解法、常壓復(fù)分解法。明礬熱解法生產(chǎn)硫酸鉀主要有高溫焙燒、水浸取、固液分離、蒸發(fā)濃縮結(jié)晶等工段，在1000℃左右的高溫下焙燒2h，需要消耗大量的能量，且硫酸鋁分解出來的SO2、SO3回收難度高、對設(shè)備要求高，易造成環(huán)境污染，蒸發(fā)濃縮結(jié)晶工段需蒸發(fā)大量的水，能耗高。對于常壓復(fù)分解法，由于復(fù)分解溫度較低（≤90℃），復(fù)分解的硫酸鉀結(jié)晶產(chǎn)物易混入12水鉀明礬結(jié)晶，產(chǎn)品純度不高，需二次提純才能獲得合格的硫酸鉀產(chǎn)品，且相同體積的循環(huán)母液單次產(chǎn)品產(chǎn)出量較小。本技術(shù)的鉀明礬加壓復(fù)分解方法，復(fù)分解溫度高（>92.5℃，≤200℃），在此溫度下的溶液鉀明礬的結(jié)晶特性存在根本的改變，不會再形成12水鉀明礬結(jié)晶，只可能形成3水鉀明礬，鉀明礬溶解度更高，不易與硫酸鉀結(jié)晶析出，獲得的硫酸鉀產(chǎn)品更純凈，不需要經(jīng)過二次提純步驟。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)不能簡單、高效的利用鉀明礬轉(zhuǎn)化硫酸鉀和氯化鋁的技術(shù)問題，提供一種鉀明礬加壓復(fù)分解生產(chǎn)硫酸鉀和氯化鋁的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明方法具有工藝流程短，條件溫和、蒸發(fā)水量少、直接制備高附加值的氯化鋁結(jié)晶、不產(chǎn)生三廢、生產(chǎn)設(shè)備簡單、能耗低、效益好，因此更適宜于工業(yè)化生產(chǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)施的：
1）按一定質(zhì)量比將鉀明礬、氯化鉀加入到循環(huán)母液中，攪拌使混合均勻、高溫加壓復(fù)分解反應(yīng)一段時間使硫酸鉀結(jié)晶析出；
2）在一定的溫度下進(jìn)行固液分離，得到硫酸鉀結(jié)晶和硫酸鉀結(jié)晶母液，硫酸鉀結(jié)晶經(jīng)洗滌、干燥、包裝即為成品硫酸鉀；
3）硫酸鉀結(jié)晶母液到閃蒸器蒸發(fā)濃縮結(jié)晶制取氯化鋁結(jié)晶，固液分離，得到氯化鋁結(jié)晶和氯化鋁結(jié)晶母液，氯化鋁結(jié)晶經(jīng)洗滌、干燥、包裝即為成品氯化鋁，氯化鋁結(jié)晶母液作為循環(huán)母液返回到鹽溶解階段。
在步驟（1）中所述鉀明礬與氯化鉀的質(zhì)量比為1-3：1，硫酸鉀結(jié)晶過程壓力為0.1-1Mpa，反應(yīng)溫度為110-180℃。循環(huán)母液為反應(yīng)的酸性溶液，其pH≤3。硫酸鉀結(jié)晶過程時間為30-90min。
步驟（2）中固液分離所用溫度不低于步驟（1）復(fù)分解反應(yīng)溫度10℃以下，即復(fù)分解溫度－固液分離溫度≤10℃。
在步驟（3）中閃蒸器結(jié)晶最終控制溫度為30-80℃，氯化鋁結(jié)晶過程時間為10-60min。
本發(fā)明與現(xiàn)有其他的鉀明礬制取硫酸鉀的方法相比優(yōu)點(diǎn)在于：
1、鉀明礬直接溶解于溶液中，以離子的狀態(tài)在溶液中進(jìn)行硫酸鉀結(jié)晶，避免了高溫焙燒鉀明礬使其脫水、破壞其結(jié)構(gòu)的過程，極大的降低了能耗。
2、鋁以氯化鋁結(jié)晶的形式從溶液中析出，避免了高溫焙燒分解硫酸鋁和SO2、SO3吸收的過程，且直接生成了附加值高的鋁鹽而不是氧化鋁，降低了能耗，縮短了工藝流程，提高了經(jīng)濟(jì)效益、更加環(huán)保安全。
3、相對于其他方法的蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，本發(fā)明以調(diào)節(jié)溫度的方式使硫酸鉀結(jié)晶從溶液中析出，從而大大降低了水蒸發(fā)量，有效的降低了能耗，并且利用前工段高溫加壓的能量用閃蒸器蒸發(fā)結(jié)晶氯化鋁，所以并不增加能耗。
4、各元素一直在整個流程中循環(huán)，沒有廢料排出，原料利用率高、鉀收率高。
5、采用本發(fā)明的方法生產(chǎn)硫酸鉀，硫酸鉀純度>95%，氯化鋁純度>95%。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施方法
實(shí)施例1
將30g的鉀明礬、15g的氯化鉀和100g的循環(huán)母液1（pH=1）加入到高壓反應(yīng)釜中，緩緩加熱至壓力為0.2Mpa，攪拌速度為200r/min使混合均勻，保持在該壓力下反應(yīng)60min，在此溫度下固液分離，得到123g的硫酸鉀結(jié)晶母液，固體經(jīng)水洗、干燥后得到22g硫酸鉀結(jié)晶，水洗液并入循環(huán)母液；硫酸鉀結(jié)晶母液進(jìn)入氯化鋁結(jié)晶階段，調(diào)節(jié)溫度到50℃，在攪拌速度為200r/min的狀態(tài)下結(jié)晶30min后，固液分離，得到105g的氯化鋁結(jié)晶母液，固體經(jīng)水洗、干燥后得到18g氯化鋁結(jié)晶，水洗液并入循環(huán)母液；最終的母液經(jīng)蒸發(fā)到100g后作為循環(huán)母液返回鹽溶解階段，循環(huán)利用。產(chǎn)品硫酸鉀符合農(nóng)用硫酸鉀一級標(biāo)準(zhǔn)，氯化鋁滿足工業(yè)品要求。
實(shí)施例2
將40g的鉀明礬、20g的氯化鉀和100g的循環(huán)母液2（pH=1）加入到高壓反應(yīng)釜中，緩緩加熱至壓力為0.3Mpa，攪拌速度為200r/min使混合均勻，保持在該壓力下反應(yīng)60min，在此溫度下固液分離，得到130g的硫酸鉀結(jié)晶母液，固體經(jīng)水洗、干燥后得到30g硫酸鉀結(jié)晶，水洗液并入循環(huán)母液；硫酸鉀結(jié)晶母液進(jìn)入氯化鋁結(jié)晶階段，調(diào)節(jié)溫度到60℃，在攪拌速度為200r/min的狀態(tài)下結(jié)晶30min后，固液分離，得到110g的氯化鋁結(jié)晶母液，固體經(jīng)水洗、干燥后得到22g氯化鋁結(jié)晶，水洗液并入循環(huán)母液；最終的母液經(jīng)蒸發(fā)到100g后作為循環(huán)母液返回鹽溶解階段，循環(huán)利用。產(chǎn)品硫酸鉀符合農(nóng)用硫酸鉀一級標(biāo)準(zhǔn)，氯化鋁滿足工業(yè)品要求。
實(shí)施例3
將30g的鉀明礬、15g的氯化鉀和100g的循環(huán)母液3（pH=1）加入到高壓反應(yīng)釜中，緩緩加熱至壓力為0.4Mpa，攪拌速度為100r/min使混合均勻，保持在該壓力下反應(yīng)90min，在此溫度下固液分離，得到125g的硫酸鉀結(jié)晶母液，固體經(jīng)水洗、干燥后得到20g硫酸鉀結(jié)晶，水洗液并入循環(huán)母液；硫酸鉀結(jié)晶母液進(jìn)入氯化鋁結(jié)晶階段，調(diào)節(jié)溫度到80℃，在攪拌速度為100r/min的狀態(tài)下結(jié)晶60min后，固液分離，得到110g的氯化鋁結(jié)晶母液，固體經(jīng)水洗、干燥后得到15g氯化鋁結(jié)晶，水洗液并入循環(huán)母液；最終的母液經(jīng)蒸發(fā)為100g后作為循環(huán)母液返回鹽溶解階段，循環(huán)利用。產(chǎn)品硫酸鉀符合農(nóng)用硫酸鉀一級標(biāo)準(zhǔn)，氯化鋁滿足工業(yè)品要求。
實(shí)施例4
將40g的鉀明礬、20g的氯化鉀和100g的循環(huán)母液4（pH=1）加入到高壓反應(yīng)釜中，緩緩加熱至壓力為0.2Mpa，攪拌速度為100r/min使混合均勻，保持在該壓力下反應(yīng)60min，在此溫度下固液分離，得到120g的硫酸鉀結(jié)晶母液，固體經(jīng)水洗、干燥后得到40g硫酸鉀結(jié)晶，水洗液并入循環(huán)母液；硫酸鉀結(jié)晶母液進(jìn)入氯化鋁結(jié)晶階段，調(diào)節(jié)溫度到70℃，在攪拌速度為100r/min的狀態(tài)下結(jié)晶60min后，固液分離，得到100g的氯化鋁結(jié)晶母液，固體經(jīng)水洗、干燥后得到20g氯化鋁結(jié)晶，水洗液并入循環(huán)母液；最終的母液經(jīng)蒸發(fā)為100g后作為循環(huán)母液返回鹽溶解階段，循環(huán)利用。產(chǎn)品硫酸鉀符合農(nóng)用硫酸鉀一級標(biāo)準(zhǔn)，氯化鋁滿足工業(yè)品要求。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。