张 罡,石 磊

(1.威海沁和实业有限公司，山东 威海 264400；2.岳阳市钾盐科学研究所，湖南 岳阳 414000)

1 前言[1-4]

目前，我国主要采用硝酸铵与氯化钾复分解法生产硝酸钾，在硝酸钾生产过程中，结晶析出的硝酸钾晶体不可避免地含有其它杂质，硝酸钾晶体洗涤是硝酸钾生产过程中的重要环节之一，硝酸钾晶体洗涤的目的是除去晶体中残存的固相杂质和液相杂质。我国硝酸钾洗涤方式主要是采用多次漂洗法，该法耗时长，硝酸钾含氯量高，硝酸钾损失大，清水使用量多，收率低，很难获得高品质的硝酸钾，现硝酸钾生产企业迫切需求一种高效节能的洗涤方法。

硝酸钾晶体的洗涤是一个十分复杂的过程，洗涤方法一般有置换洗涤和化浆洗涤，影响的因素较多，我国对硝酸钾晶体的洗涤的研究尚处于空白，文章研究硝酸钾晶体的方法，并研究其主要影响因素及洗涤效果，选择最佳的洗涤方法。

2 硝酸钾晶体置换洗涤过程试验研究

2.1 硝酸钾滤饼孔隙率粗略测定[5]

影响滤饼最终含湿量的主要因素是孔隙率，孔隙率是指滤饼中孔隙所占的体积与滤饼总体积的比值，研究硝酸钾晶体的洗涤方法，必须研究测定硝酸钾滤饼孔隙率。

硝酸钾滤饼孔隙率粗略测定方法是：取硝酸钾结晶料液放入过滤器中常压过滤至基本无滤液流出为止。用比重计测滤液比重d(g/mL)，根据滤饼尺寸计算滤饼的体积V(mL),用天平称量全部滤饼质量m(g),采用干燥法测滤液中溶质质量分数B(%),取少许滤饼，用干燥法测滤饼中水分质量分数W(%),则滤饼孔隙率ε按下式计算：

(1)

试验样品均以威海沁和实业有限公司硝酸钾生产车间取样，滤饼孔隙率测定结果如表1。

表1 硝酸钾滤饼孔隙率测定结果Tab.1 Determination results of porosity of potassion nitrate filter cake

表1中显示三组实验计算的滤饼孔隙率基本相同，计算出滤饼平均孔隙率为42.13%。

2.2 滤饼厚度对洗涤效果的影响[6]

取上述已测量孔隙率的硝酸钾结晶料液放入过滤器中，常压过滤至基本无滤液流出为止。滤饼厚度分别为1.45 cm、2.77 cm、3.33 cm，按洗涤比2.0进行喷水洗涤试验，注意向滤饼中喷水时尽量均匀喷水，保证滤饼表面能够均匀喷入洗涤水。实验结果如表2。

洗涤比R是洗涤液体积Vw与过滤结束时保留在滤饼孔隙中滤液体积Vv之比。

(2)

式中:A为过滤面积，cm2；L为滤饼厚度，cm；ε为滤饼孔隙率，%。

洗涤效果以滤饼中残存滤液的相对氯离子浓度X(%)表示：

(3)

式中:x0为滤饼中氯离子的初始浓度，%；x为洗涤后滤饼中氯离子的浓度，%。

表2 滤饼厚度对洗涤效果的影响对应表Tab.2 Table of influence of cake thickness on washing effect

从表2数据发现,滤饼厚度对洗涤效果有明显影响，当洗涤比不变时，滤饼厚度越小，洗涤效果越好。

2.3 研究硝酸钾晶体洗涤用水量与产品质量关系

通过对硝酸钾滤饼洗涤曲线的测定，研究硝酸钾晶体洗涤用水量与产品质量关系。取已测定孔隙率的硝酸钾晶体料液放入过滤器中，抽真空过滤至基本无滤液流出为止，从滤饼中取少许样品分析其初始氯离子质量分数x0，测量其滤饼体积V(mL)，根据孔隙率计算其孔隙中滤液体积Vv(mL)。分别按洗涤比1.0、1.5、2.0、2.5、3.0，进行喷水洗涤试验。注意向滤饼中喷水时应尽量均匀喷水，保证滤饼表面能够均匀喷入洗涤水。实验在同一真空度，洗液为25 ℃清水的条件下进行(表3)。

分别测在不同洗涤比R情况下，滤饼中的氯离子质量分数x，根据测得的数据可作R-x/x0洗涤曲线图，图1为洗涤曲线图。

表3 采用置换洗涤对硝酸钾晶体的洗涤效果Tab.3 Washing effect of potassium nitrate crystal by displacement washing

图1 硝酸钾滤饼洗涤曲线Fig.1 Washing curve of potassium nitrate filter cake

由表3实验结果得出，滤饼中的氯离子的去除率与洗涤液的用量有关，随着洗液增加，洗涤效果更好。洗涤比为1时洗涤效果明显，滤饼孔隙体积中的滤液大部分被置换，由于滤饼孔隙大小、形状不一，又有一些是不贯穿的孔，不可能完全置换。

3 硝酸钾晶体化浆洗涤过程试验研究[7]

采用置换洗涤对洗涤硝酸钾晶体间滤液有较好的洗涤效果，但由于硝酸钾晶体中还含有氯化铵等固体杂质，在置换洗涤过程中，虽然洗涤液的扩散也能起到溶解氯化铵等固体杂质的作用。但这种作用很慢，从置换洗涤试验结果可知，置换洗涤后产品硝酸钾中仍有很多氯化物存在，这实际上就是说明置换洗涤对氯化物固体杂质洗涤效果很差的体现，所以，采用化浆洗涤进行试验。

实验方法。将已测定孔隙率的硝酸钾料液放入真空过滤器抽真空过滤后，测定其滤饼体积Vw(mL)、滤饼水分、滤饼硝酸钾中氯离子质量分数。根据孔隙率计算孔隙中滤液体积V(mL)。将滤饼全部取出倒入烧杯中，按洗涤比1.0、2.0、3.0加入清水，搅拌洗涤约10 min。将洗涤后硝酸钾料液倒入真空过滤器抽滤。测定洗涤后过滤的硝酸钾晶体中氯离子质量分数x，水分质量分数。按上述方法，进行化浆洗涤实验，实验结果列于表4中。

表4 采用化浆洗涤对硝酸钾晶体的洗涤效果Tab.4 Washing effect of potassium nitrate crystal by chemical pulp washing

如表4所示，实验得出化浆洗涤条件下，随着洗水量的增多，洗涤效果愈好。

4 硝酸钾晶体置换洗涤与化浆洗涤相结合试验研究

实验方法。将已测定空隙率的硝酸钾料液放入过滤器中真空过滤后，测定其滤饼中硝酸钾含氯离子质量分数x0水分；化浆洗涤，将过滤后滤饼倒入烧杯中，根据空隙率计算孔隙率滤液体积Vv(mL)，按洗涤比为1，加入清水，搅拌洗涤10 min，将化浆洗涤后料液抽真空过滤；置换洗涤，按洗涤比为1向过滤器中滤饼均匀喷入清水进行置洗涤，洗涤后抽真空过滤，测滤饼中硝酸钾氯离子质量分数；按上述方法，化浆洗涤比为1、置换洗涤比为1，进行试验。实验结果见表5。

表5 化浆洗涤与置换洗涤相结合的洗涤效果Tab.5 Washing effect of the combination of chemical pulp washing and displacement washing

由表5可见，化浆洗涤与置换洗涤相结合，洗涤效果明显优于单纯化浆洗涤与置换洗涤，对滤饼孔隙中的滤液和氯化铵等固体杂质有较好的去除效果，并且硝酸钾物料的消耗情况明显少于化浆洗涤，这为硝酸钾洗涤工艺提供重要实验数据。

5 结论

1)采用置换洗涤洗涤硝酸钾晶体过程中，洗涤液对滤饼孔隙中的残存滤液去除效果较好，在洗涤比为2时能够除去大部分滤液杂质，洗涤效果为23.4%。

2)采用化浆洗涤洗涤硝酸钾晶体过程中，化浆洗涤对硝酸钾晶体中含的氯化铵等固体杂质去除效果较好，在洗涤比为2时，洗涤效果为20.7%。

3)采用置换洗涤与化浆洗涤相结合洗涤硝酸钾晶体时，洗涤效果明显优于单纯的置换洗涤和化浆洗涤，在洗涤比为2时，洗涤效果为14.3%,洗涤效果比置换洗涤提高了38.8%,比化浆洗涤提高了30.9%。因此,硝酸钾晶体的最佳的洗涤方法是采用置换洗涤和化浆洗涤相结合。