[发明专利]同时生产硫酸钾和硫酸钠的方法

说明书

本发明涉及生产硫酸钾和硫酸钠的方法，更具体地说，涉及用钾盐和水合硫酸钠生产硫酸钾和硫酸钠的方法。

硫酸钠的生产：

已知有多种方法用硫酸钠的水合物生产硫酸钠。通常用芒硝(Na₂SO₄·10H₂O)生产高质量工业硫酸钠。天然芒硝矿(“芒硝”)存在于寒冷的气候下。冷却天然的盐水(一种通过溶液采矿获得的溶液，或生产用液流)也可以得到芒硝，在槽中或结晶器(表面冷却的或真空冷却的)中进行这种冷却。

用芒硝生产无水硫酸钠，一般是在多功能蒸发器或机械蒸汽再压缩(MVR)蒸发器中用蒸发结晶法，或在旋转干燥器中用脱水法进行，或熔化后通过用氯化钠盐析法进行。芒硝常含有高质量无水硫酸钠不能接受的不溶物，因此，为了获得这样的材料，溶解、过滤(如除去矿泥等辅助分离方法)，和蒸发结晶操作都是必须的。另外，可以熔化芒硝生产低质量的“盐饼”级硫酸钠。然后过滤并蒸发饱和母液生产高质量硫酸钠。

硫酸钾的生产：

在用钾盐和硫酸钠生产硫酸钾的过程中，热力学和经济方面的约束要求以两个阶段生产硫酸钾。在传统的方法中，这些阶段包括：

1)用硫酸钠，钾盐，和阶段2的溶液生产钾芒硝(K₃Na(SO₄)₂)；

2)用钾盐，水，和阶段1的钾芒硝生产硫酸钾。

在阶段1生产的母液含有大量的溶解的钾和硫酸盐，一般需要回收。目前已知的方法不同于用于回收这些钾和硫酸盐的本方案。

几种方法(“类型1”)利用了氯化钾，氯化钠，和硫酸钠/芒硝在高温和低温下的不同溶解能力。把从阶段1流出的组成为‘a’的流出物(25℃下)(见图1b)冷却到约0℃，析出要再使用的芒硝，可能还含有氯化钠，这取决于系统中水的平衡。钾的量在液相中浓缩。分离后，在高温下蒸发溶液，产生氯化钠并进一步浓缩溶液中的钾离子。除去作为副产品的氯化钠，冷却热溶液，析出作为KCl和/或钾芒硝的钾，然后溶液再返回反应阶段。另外，热盐水与从冷却结晶阶段回收的芒硝反应产生钾芒硝悬浮液，再返回阶段1。

其它循环过程(”类型Ⅱ”)利用氯化钠和氯化钾在高温下溶解能力的差异。确定加入到反应阶段的水量，使得在阶段1(图1b)产生钾芒硝和溶液’b’(25℃)。然后钾芒硝与钾盐和水反应生成硫酸钾产品和组成’c’的溶液。该溶液返回到阶段1。阶段1的流出液在高温下(75-110℃)蒸发产生纯NaCl，最终的溶液返回到阶段1。

必须强调的是即使氯化钠副产品可以上市，用钾盐和硫酸钠生产硫酸钾也是低附加值的方法，上述的多阶段方法是资金密集的并且是能量密集的。

类型Ⅰ的方法特别复杂，要求大量的单元操作。包括4到6个过滤步骤，还不包括水洗硫酸钾产品的过滤。此外，用冷却结晶使阶段I的流出物的温度达到0℃。芒硝的巨大结晶热(18.4kcal/M)也必须在低温排除。伴随这个阶段的冷却和加热费用加上昂贵的设备(结晶器、热交换器、冷却系统，等)是其严重的缺点。

类型Ⅱ的方法没有低于室温条件的冷却阶段。然而，该方法有非常大的循环液流量(～10吨/吨生产的K₂SO₄)，这增大了能量消耗。在蒸发结晶阶段中，蒸发的水对生产量的低比值急剧地降低了天然料浆的密度，要求更大的结晶器和/或更复杂的结晶工艺。

虽然芒硝是一种相当便宜的硫酸钠源，芒硝中多余的水降低了反应阶段的转化，并增加了阶段Ⅰ的流出物的硫酸盐组分。有些循环方法用芒硝不能操作，而其它方法需要附加的单元操作(例如，蒸发)。到目前为止，在工业上还没有实现使用芒硝的方法。

另一种便宜的硫酸钠源是水合硫酸钠。但是，在水合硫酸钠中水对硫酸钠的比值此芒硝的水对硫酸钠的比值高，使得多余的水的问题更为恶化。目前还没有出现用水合硫酸钠作原料的循环方法。

因此，普遍认为需要一种用硫酸钠生产硫酸钾的方法，有这样的方法将是有利的，该方法将比目前已知的方法更有效率而且更经济。