[发明专利]一种用石膏制备硫酸钾的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫酸盐的制备方法，尤其是涉及一种用石膏制备硫酸钾的方法。

背景技术

随着磷肥工业和氟化工的迅速发展，其副产物石膏巨大的产排量，需要占用大量的土地资源，并且渣场维护和运营成本高昂，许多磷肥厂家为此负担沉重。业内企业的实践也向社会证明，对于总量还在逐年增长的石膏来说，最好的方式还是加以利用，变工业固废物为宝贵的资源，不仅可降低环境风险，而且能为社会造福。

如有人提出用磷石膏生产硫酸钾。硫酸钾是制造各种钾盐的基本原料，例如制碳酸钾、硫酸铝钾等。用于玻璃、染料、电镀、香料等工业，在医药上用作缓泻剂等。在农业上，硫酸钾是主要的无氯钾肥。而目前生产硫酸钾的主要工艺就有用磷石膏法，其次还有硫酸铵法、曼海姆法、芒硝法等。

中国专利CN1114635公开了一种用石膏转化法生产硫酸钾的工艺。它是将石膏用氨水和碳酸氢铵进行处理，使其转化为可溶性盐，再按比例加入氯化钾加热进行复分解反应，制得硫酸钾，将滤液蒸发干制得氯化铵。该方法副产的碳酸钙只能作为生产50％硫酸钾的稀释剂。不仅主反应工艺步骤多，而且在硫酸铵与氯化钾反应制硫酸钾的工艺中，氯化钾的投料比硫酸铵多，原料成本偏高，氮和钾的收率偏低。另外，副产碳酸钙得不到很好的开发利用。

硫酸铵法则是利用硫酸铵和氯化钾反应制取硫酸钾。中国专利CN1093680介绍了一种用硫酸铵与氯化钾转化制取硫酸钾的方法，两种原料在助剂作用下经一次转化、一次冷却和一次洗涤，可同时制得硫酸钾和氯化铵钾两种产品。硫酸钾产品中，氯离子含量为1.5％。每生产1.0吨硫酸钾，消耗1.0吨氯化钾和0.9吨硫酸铵，同时副产0.8吨氯化铵钾。

综上所述，目前制备硫酸钾的方法存在各自的缺点。如硫酸铵法制取硫酸钾存在生产成本高、规模小、收率低等不足；现有的磷石膏法存在氨水浓度要求高、收率低、工艺路线较长等缺点；曼海姆法利用硫酸和氯化钾高温反应制取硫酸钾，该方法存在能耗大、设备腐蚀严重、污染严重、成本高等缺点；芒硝法存基于NaSO₄-KCl-K₂SO₄-H₂O四元盐水体系相图，根据各种盐在不同温度下溶解度不同进行结晶分离，该方法存在产品质量低，原料配比不恒定等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有硫酸钾生产工艺存在的缺陷，提供低能耗、高产出、工艺操作简单、环境友好型的一种用石膏制备硫酸钾的方法。该方法在产出硫酸钾的同时副产氯化钙产品。

本发明的具体步骤如下：

1)将石膏与Zn(NH₃)₄CO₃溶液混合反应后，过滤分离，得到滤液A和滤渣B；

2)在滤液A中加入KCl，进行复分解反应，然后过滤分离，得滤饼和滤液，滤饼用氨水洗涤后烘干即得到K₂SO₄产品，滤液中的主要成分为Zn(NH₃)₄Cl₂溶液；

3)将步骤1)得到的滤渣B和步骤2)得到的Zn(NH₃)₄Cl₂溶液混合后加热反应，产生的气相经冷凝得碳铵水，反应后产物经过滤，滤液为CaCl₂溶液经进一步浓缩得氯化钙产品，滤饼C主要成分为ZnO；

4)将步骤3)得到的碳铵溶液与滤饼C混合，反应后过滤掉残渣，得到Zn(NH₃)₄CO₃溶液循环使用。

在步骤1)中，Zn(NH₃)₄CO₃的摩尔数N_Zn2+∶石膏中SO₄^2-的摩尔数N_SO42-可为(0.9～1.2)∶1；所述反应的时间可为2～12h；滤渣B的主要成分为CaCO₃。

在步骤2)中，KCl中的K⁺摩尔数N_K+∶SO₄^2-的摩尔数N_SO42-可为(1.5～2)∶1；

在步骤3)中，所述加热反应的温度可为100～250℃，加热反应的时间可为3～30h。

本发明的基本原理如下：