[发明专利]一种硫酸钾的制备系统及制备方法

说明书

本发明公开了一种硫酸钾的制备系统及制备方法，其中：制备系统包括膜堆和固定在膜堆两侧的阳电极和阴电极；膜堆由阳离子交换膜、单价阴离子选择性透过膜和阴离子交换膜依次交替间隔排列，形成阳极室、阴极室、第一盐室、第二盐室和第三盐室；制备时，在三个盐室中分别加入氯化盐、氯化钾和硫酸盐溶液，第三盐室中的硫酸根离子通过阴离子交换膜迁移到第二盐室中，第二盐室中的氯离子通过单价阴离子选择透过性膜迁移到第一盐室中，在第二盐室中，迁移过来的硫酸根离子被单价阴离子选择透过性膜截留与钾离子结合得到硫酸钾。本发明工艺流程简单，整个过程在常温下进行，对设备腐蚀小，能耗低，无二次污染，原料价格低廉。

技术领域

本发明涉及无氯钾肥生产技术领域，具体涉及一种使用电渗析技术制备硫酸钾的装置及方法。

背景技术

硫酸钾是一种重要的无氯钾肥，特别适用于一些忌氯作物的施用。我国国标GB20406-2006规定，农业用硫酸钾要求中优等品硫酸钾的氧化钾质量分数≥50％，氯离子质量分数小于1％，此外还含有约18％的硫元素。在多种无氯钾肥中，碳酸钾、磷酸二氢钾和硝酸钾由于成本较高而较少在农业中使用；而硫酸钾的氧化钾含量高，其中含有的硫也是植物所需的元素之一，并且还具有其他一些优良特性，如不吸潮、不结块、便于运输和使用，因此硫酸钾是无氯钾肥的主要品种。

按照生产工艺来分类，硫酸钾的生产方法可分为三类：由海湖盐卤水制取，由硫酸盐矿制取，及氯化钾转化法制取。其中，氯化钾转化法制取的硫酸钾占世界总产量的70％左右(章永洁，曹吉林，任宝山，谢英惠，硫酸钾生产方法综述，化肥设计.2003,41(1):8-11.)。根据原料的不同，氯化钾转化法又分为以下几种：

1、曼哈姆(Mamheim)法。该方法是目前工业上生产硫酸钾的主要工艺，使用该方法生产的产量占世界产量的50％以上。根据其反应机理，其反应式为：

KCl+H₂SO₄＝KHSO₄+HCl

KHSO₄+KCl＝K₂SO₄+HCl

其中第一步反应在较低温度下进行，第二步反应是在高温(600-700℃)、强酸的条件下进行的，因此，需要专门的加热炉(曼哈姆炉)作为反应容器。因为高温强酸的反应条件，该方法存在设备腐蚀严重、单炉生产能力提高困难、维修量较大的问题；另外，副产品盐酸也难以畅销。

2、溶剂萃取法。该方法是在曼海姆法的基础上，向体系中加入有机溶剂，将反应生成的HCl移走或固定，使反应不断向右进行，让反应在相对温和的条件下进行。溶剂萃取法虽然降低了曼海姆方法的温度，但存在工艺流程复杂、萃取剂和反萃剂价格高且有一定损失、萃取剂容易中毒等局限性。

3、复分解法。该方法是将含硫酸根的盐类与氯化钾进行反应，生成溶解度较小的复盐，从而获取硫酸钾产品和相应副产品。该工艺的关键在于充分利用相图数据选择最佳转化点及结晶点。比如，现有技术公开一种用NaSO₄和KCl制备硫酸钾的复分解方法(贺春宝，张喜荣，氯化钾与芒硝复分解制取硫酸钾的研究，海湖盐与化工.2000,29(6):30-33.)。复分解法反应温度低、工艺简单，但复盐不能充分分解使钾的转化率不高，产品质量也不高。

虽然现有技术能够制得质量较好的硫酸钾产品，但是制备的过程或多或少会存在能耗高、投资费用高、对设备腐蚀严重、易导致二次污染、工艺流程复杂等问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种硫酸钾的制备系统及制备方法，采用本发明提供的系统和方法制备硫酸钾，工艺流程简单、投资费用低、对设备腐蚀小、无二次污染。