氯化鉀氯化鈉蒸發結晶分鹽系統

工業生產中，尤其是鋼鐵行業，每天都會產生大量含有氯化鈉和氯化鉀的飛灰，如高爐布袋灰、燒結灰、轉爐灰等處理過程中產生的高鉀鈉廢水。這些廢水中氯化鉀和氯化鈉的混合物通常直接作為工業廢固處理，但由于我國對鉀肥需求巨大且鉀礦資源匱乏，從鋼廠固廢中回收鉀元素具有重要意義。
在大部分論述中只是提及表面，最重要的環節給予忽視，本文旨在探討不同鉀鈉含量的溶液中，實現氯化鉀和氯化鈉有效分離的工藝方法，以期實現資源的回收和再利用。
氯化鉀與氯化鈉、水三元分離原理
氯化鉀和氯化鈉的溶解度隨溫度變化的差異是分離它們的關鍵。氯化鉀的溶解度隨溫度升高而顯著增大，而氯化鈉的溶解度隨溫度變化不大。但是具體需要怎么進行控制相關濃度是其中關鍵，其中的原料濃度穩定是其分離工藝路線的關鍵。
氯化鉀與氯化鈉溶液的初始成分可以分為主要的三種情況：
第一種高含量的氯化鉀，氯化鈉含量相對較低。
第二種高含量的氯化鈉，氯化鉀含量相對較低。
第三種氯化鉀與氯化鈉含量比較接近。
對于三種情況的工藝路線各部相同，查詢網上關于氯化鉀與氯化鈉分鹽均是沒有詳細論述，現詳細進行論述相關分離的工藝路線。

氯化鉀氯化鈉水三元相圖（圖1）
第一種情況的高氯化鉀與低氯化鈉分鹽工藝路線：
拿氯化鉀與氯化鈉質量分數比例2：1的情況進行模擬，圖1中紅色為100度混合溶液溶解度曲線，黑色為25度混合溶解度曲線，右下部分紅色為三角形區域為100度純氯化鉀析出區域，右下部分黑色三角形為25度純氯化鉀析出區域。左上部分紅色為三角形區域為100度純氯化鈉析出區域，左上部分黑色三角形為25度純氯化鈉析出區域。右側部分為析出混合鹽區域。
氯化鉀、氯化鈉、水三元體系中，隨著水分的蒸發減少，氯化鉀與氯化鈉的質量分數相應變大，但有一個變量不變，就是氯化鉀與氯化鈉的比例，隨著水分的減少，氯化鉀與氯化鈉的比例與初始濃度中氯化鉀與氯化鈉的比例相同，這也就是必須保持進料濃度的穩定的重要性原因。
在氯化鉀與氯化鈉初始水中的比例為2：1的情況下，畫出蒸發射線，下部分的藍色射線，藍色射線與右下部分的紅色三角形相交，通過MVR蒸發結晶或者三效蒸發結晶，這時在100度時候能夠析出純的氯化鉀結晶，但隨著繼續的蒸發，藍色射線超過右下側的純氯化鉀析出區域后，就會產生混合鹽，這就要控制蒸發的濃度，通過控制混合鹽的密度，嚴格控制蒸發終點的濃度，通常采用質量流量計進行精確控制進料、出料、出水，質量流量計并實時顯示密度進行控制。
當蒸發到紅色純析出氯化鉀濃度時候，先熱結晶析出純凈的氯化鉀，然后進入離心機進行熱離心，分離出純氯化鉀，分離出的母液進行冷卻結晶（不能進行閃蒸結晶，閃蒸結晶會使得一部分水閃蒸而出，從而使得三元相圖的相關比例向著圖中的右側移動，使得溶液成分變化，不利于分離）。
冷卻結晶到25度的母液，析出純的氯化鉀結晶，析出區域還在右側的黑色三角范圍內。
冷卻結晶后析出的母液，測量其成分，確定氯化鉀與氯化鈉比例，母液再次進行蒸發結晶，這時候是藍色的蒸發射線最上的那個，蒸發射線與左上部分相交，通過100度的紅色飽和度曲線后，能夠析出純凈的氯化鈉結晶，然后趁熱離心過濾，得到純凈的氯化鈉結晶。
離心剩余的母液進行冷卻結晶，析出區域右下側的黑色純氯化鉀區域，通過冷卻結晶又可以析出純的氯化鉀結晶，通過離心機進行離心分離出氯化鉀，母液則比例產生變化，這時冷卻結晶的母液需要根據分析重新加入一部分的氯化鉀，對這部分的母液進行配液，配液后的比例要與進行氯化鈉熱蒸發結晶的比例相同，這時系統達到一個平衡的狀態。
系統的總體工藝流程為：氯化鉀氯化鈉混合溶液----熱蒸發結晶----析出氯化鉀結晶----熱離心分離出氯化鉀-----母液進行冷卻結晶----析出氯化鉀結晶----冷離心分離氯化鉀----母液進入氯化鈉蒸發結晶----熱離心分離出氯化鈉----母液進行冷卻結晶----析出氯化鉀結晶----冷離心分離出氯化鉀----母液進行加入氯化鉀進行配液至鈉蒸發比例----母液進入鈉蒸發器繼續蒸發。此時系統基本平衡，主要控制點為氯化鉀蒸發器與氯化鈉蒸發器的進料比例嚴格控制，控制蒸發的終點濃度。
一般對于高氯化鉀低氯化鈉的混合溶液進行分鹽一般采用兩套MVR蒸發裝置或者三效、單效蒸發裝置進行。氯化鉀收率較高。

氯化鉀氯化鈉水三元相圖（圖2）
第二種情況的高氯化鈉與低氯化鉀分鹽工藝路線：
在氯化鉀與氯化鈉初始水中的比例為1：2的情況下，畫出蒸發射線，藍色射線，藍色射線與左上部分的紅色三角形相交，通過MVR蒸發結晶或者三效蒸發結晶，這時在100度時候能夠析出純的氯化鈉結晶，但隨著繼續的蒸發，藍色射線超過左上側的純氯化鈉析出區域后，就會產生混合鹽，這就要控制蒸發的濃度，通過控制混合鹽的密度，嚴格控制蒸發終點的濃度，通常采用質量流量計進行精確控制進料、出料、出水，質量流量計并實時顯示密度進行控制。
當蒸發到紅色純析出氯化鈉濃度時候，先熱結晶析出純凈的氯化鈉，然后進入離心機進行熱離心，分離出純氯化鈉，分離出的母液進行冷卻結晶（不能進行閃蒸結晶，閃蒸結晶會使得一部分水閃蒸而出，從而使得三元相圖的相關比例向著圖中的右側移動，使得溶液成分變化，不利于分離）。
冷卻結晶到25度的母液，析出純的氯化鉀結晶，析出區域還在右側的黑色三角范圍內，通過離心機進行離心分離出氯化鉀，母液則比例產生變化，這時冷卻結晶的母液需要根據分析重新加入一部分的氯化鉀，對這部分的母液進行配液，配液后的比例要與進行氯化鈉熱蒸發結晶的比例相同，這時系統達到一個平衡的狀態。
系統的總體工藝流程為：氯化鉀氯化鈉混合溶液----熱蒸發結晶----析出氯化鈉結晶----熱離心分離出氯化鈉-----母液進行冷卻結晶----析出氯化鉀結晶----冷離心分離氯化鉀----母液進行加入氯化鉀進行配液至鈉蒸發比例----母液進入蒸發器繼續蒸發。此時系統基本平衡，主要控制點為氯化鉀蒸發器與氯化鈉蒸發器的進料比例嚴格控制，控制蒸發的終點濃度。
對于高氯化鈉低氯化鉀的混合溶液采用一套蒸發結晶裝置能夠實現，但是效率明顯降低。

氯化鉀氯化鈉水三元相圖（圖3）
第三種氯化鉀與氯化鈉含量比較接近。
與高氯化鈉低氯化鉀分離工藝相同，但是由于相交比較近混合鹽區域，控制更加困難，效率非常低。
總價三種成分的氯化鈉與氯化鉀分鹽的工藝路線，均是在氯化鉀與氯化鈉比例越大分離效率越高，根據實際的情況選擇合適的工藝路線。
河北卓普化工設備公司原創論述探討，轉載請著名出處。