金 波

(国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司，新疆 哈密 839000)

1 项目背景

钾肥，是以钾为主要养分的肥料，又称钾素肥料，普遍存在于植物体内，占比干物质重量为0.5%～4.0%，仅次于氮的含量。钾元素在植物生长发育过程中，起到至关重要的作用，参与60多种酶系统活化反应、光合作用、碳水化合物新陈代谢和蛋白质的合成等。植物缺钾，会造成“软骨病”，植株易倒伏，免疫力下降，病虫害加大，同时会影响光合作用，出现发育不良，农作物减产。因此，钾肥也被称作“品质营养元素”。钾可以提高作物抗逆性，如抗旱、抗寒、抗倒伏、抗病虫害侵袭的能力。我国是一个缺钾的国家，全国钾肥主产地主要有两个，分别是青海格尔木和新疆罗布泊地区。

2 罗布泊硫酸亚镁型卤水制取硫酸钾工艺

硫酸钾为无色或白色正六方结晶或粉末，无气味、味苦、质硬，水溶液呈中性，常温下pH值约为7，相对密度2.662，熔点1 069 ℃，可溶于水而不溶于酒精、丙酮等有机溶剂，是无氯钾肥的最主要品种，对一些“需钾忌氯”的农作物，具有得天独厚的优势，例如茶树、马铃薯、烟草和葡萄等农作物。它也是优质氮、磷、钾三元复合肥的主要原料。

目前生产硫酸钾的方法主要有曼海姆法、硫酸钙法、硫酸铵法、芒硝法等，方法大同小异，基本都是以含钾物质提供钾离子，和含硫物质提供硫酸根离子，二者作为原料进行化学反应生产硫酸钾。罗布泊硫酸钾生产，主要采取水盐体系法。原卤水从地下抽取出来，先后进入钠盐池、泻利盐池、钾混盐池和光卤石池，利用太阳能，经过四级滩晒后，卤水中水分蒸发，矿物质沉积到盐田。其中钾混盐池和光卤石池，提供硫酸钾生产的二种原料。

主要工艺流程。经过滩晒后，盐田钾混盐矿和光卤石矿，通过水采机破碎，负压吸浆的方式，加压泵送至脱卤车间，一次固液分离后，二种矿物由皮带输送机，分别输送到加工选矿车间。钾混盐矿经过磨矿、一段转化和浮选后，得到软钾镁矾精矿；光卤石矿经过分解、浮选后，得到粗氯化钾精矿。软钾镁矾精矿和粗氯化钾精矿，混合后进入洗涤工序，进一步去掉氯化钠的杂质，得到混合钾。混合钾由皮带机输送至结晶器，加水进行二段转化，结晶出细粒硫酸钾产品，经过离心、干燥工序后，得到最终产成品硫酸钾。见图1。

图1 工艺流程图

3 AO技术研发及应用

3.1 AO技术的研发

AO技术属于肥料制造行业中的工艺方法，该工艺开拓性地利用了光卤石中的钾石盐和泻利盐型矿作为软钾镁矾和硫酸钾生产原料。

将光卤石矿和装置后端工序产生的混合母液按一定比例混合，在23 ℃～28 ℃温度范围内搅拌1 h，将部分矿浆固液分离得到AO固相。其余矿浆加入调浆母液控制矿浆浓度在15%～30%，再加入十八烷基伯胺和松醇油进行浮选，浮选泡沫固液分离得到固相粗钾，浮选尾矿与上述得到的AO按1∶4混合后得到综合矿。将综合矿和后端工序中的滤布洗水按一定比例混合搅拌转化反应1 h，加入调浆母液控制矿浆浓度在15%～30%，同时加入十二烷基磺酸钠进行浮选，得到的浮选精矿固液分离后得到软钾。将上述浮选得到的粗钾和软钾按1∶0.65～1∶0.85比例混合后加入淡水或者微咸水，在38 ℃～42 ℃温度下搅拌转化3 h～3.5 h，得到的转化矿浆固液分离，得硫酸钾固体和滤液，然后将得到的硫酸钾固体进行洗涤、固液分离循环，直至氯离子含量≤1.5%，得到的硫酸钾固体在300 ℃～350 ℃的温度下干燥15 min～20 min后检测其中的氯离子含量，含量≤1.5%，即得优级硫酸钾成品。

3.2 原理及方法

3.2.1 主要化学反应及原理

在夏季高温期(4月～10月)以钾石盐和泻利盐矿工艺配矿，且转化反应为吸热。不仅在转化成软钾镁矾过程释放了3.25个水，节约了生产工艺水耗，而且多余的泻利盐型矿将钾盐镁矾影响降到最低，进一步转化成软钾镁矾。

MgSO4·7H2O+KCl·MgSO4·2.75H2O→K2SO4·MgSO4·6H2O+MgCl2+3.25H2O

3.2.2 制取软钾镁矾相图分析(如图2)

图2 制取软钾镁矾相图理论分析

分解原矿为含硫酸盐型光卤石，进入浮选工序后，浮选尾矿主要以泻利盐和氯化钠形式存在。浮选后的粗氯化钾和尾矿中的泻利盐进行反应可获得软钾镁矾。根据杠杆规则分析发现，当Pi点与C点相连时得到的软钾镁矾产率最高，氯化钾、Eps点连线与Pi—C点连线交于M点。在此种情况下反应后钾收率为84.06%，泻利盐、氯化钾、软钾镁矾为1.49∶0.44∶1。而在实际生产中会受原矿品位及浮选工艺的影响，中间产品中含有杂质氯化钠、氯化镁等，对产率和收率都有一定的影响，在相图中各物相点的位置也有所区别。

3.2.3 生产工艺流程

分解工艺。将光卤石矿和混合母液，按重量比为1∶0.73的比例混合，搅拌进行分解反应1 h，分解温度控制在23 ℃～28 ℃，得到分解矿浆，将分解矿浆导入采收车间过滤机，进行固液分离，得到AO固相。

分解浮选工艺。用调浆母液对得到的分解矿浆进行调浆，控制矿浆的质量分数为15%～28%，得混合液a，向混合液a中加入盐酸十八胺和2#油，加入比例为55 g/t～80 g/t光卤石矿和9 g/t～15 g/t光卤石矿，分别为浮选的捕收剂和起泡剂，混匀后进行浮选5 min～10 min，浮选出的泡沫为氯化钾浮选精矿矿浆称为AO固相，浮选出的底部矿浆为氯化钾浮选尾矿矿浆。

配矿工艺。将步骤2中得到的AO与氯化钾浮选尾矿按1∶4的重量比混合得到综合矿，综合矿以泻利盐和钾石盐型矿物为主要组成。

一段转化工艺。将综合矿和滤布洗水中的一种按重量比为1∶0.35～0.45的比例混合搅拌进行转化反应，转化温度控制在23 ℃～30 ℃，时间为1 h，得转化矿浆。

转化浮选工艺。用淡水或微咸水中的一种将转化矿浆调浆，控制矿浆质量分数为15%～30%，得混合液，向混合液中加入转化浮选药剂十二烷基磺酸钠用量140 g/t～175 g/t原矿，混匀后进行浮选5 min～10 min，浮选出的泡沫为软钾浮选精矿矿浆，浮选出的底部矿浆为软钾浮选尾部矿浆，其中尾部矿浆为弃矿外排。

软钾过滤工艺。将得到的软钾浮选精矿矿浆，通过固液分离，分别得到固相软钾精矿和液相软钾滤液，得到的软钾精矿进入下一道工序。

二段转化、过滤。将得到的粗钾与得到的软钾按重量比1∶0.65～1∶0.85的比例混合得到综合矿，将综合矿与淡水或微咸水中的一种按重量比为1∶0.75～1∶0.84的比例混合搅拌，进行二段转化反应3.0 h～3.5 h，反应温度控制在38 ℃～42 ℃，得到转化矿浆。将得到的转化矿浆离心抽滤，得硫酸钾固体和滤液，然后将得到的硫酸钾固体进行洗涤、离心抽滤循环，直至氯离子含量≤1.5%。

干燥。将得到的硫酸钾固体，在300 ℃～350 ℃的温度下进行持续干燥，15 min～20 min后检测氯离子含量，含量≤1.5%，即得优级硫酸钾成品。

经过探索改进，在盐田成品矿普查技术手段和分析计算方法上取得了突破，采用普通标杆、RTK等简便器具综合测量，结合分层取样、GPS定位测量、CASS软件形态模拟，形成一套简单易行、成熟完整的勘测流程和矿量算法，解决了盐田成品矿物质和量的动态普查问题，为全年制定生产计划、生产采收计划提供科学的质和量依据。AO技术实施前、后工艺流程见图3、图4。

图3 AO技术实施前工艺流程图

图4 AO技术实施后工艺流程图

4 实施效果

通过近几年AO工艺技术在硫酸钾系统中的研发、应用和推广，验证了利用AO与泻利盐型矿进行工艺配矿生产硫酸钾的可行性，截至目前，同等装置下，硫酸钾产能提升约20%。同时，氯化钾尾矿和泻利盐池矿物的充分利用，节约了成品盐田钾混盐矿，提高了矿产资源利用率和系统钾离子回收率，为可持续发展做出了突出贡献。

AO中K+主要以钾石盐形式存在，氯化钾尾矿、泻利盐池矿和光卤石回卤口矿主要是泻利盐型矿，这两种物质在一段转化反应动力大、产率、钾收率和产量高，尤其在高温期间效果显著，反应降温，可以降低高温环境对一段转化的不利影响，有利于生产工艺过程控制，平衡盐田余矿，其成果已大规模应用于罗布泊年产120万t钾肥项目。

4.1 提高产能

AO技术实施后，同等装置情况下，硫酸钾产能和系统收率显著提升，在夏季高温期生产优势明显，反应吸热，释放结晶水，在一定程度上控制了高温环境对一段转化工艺控制的不利影响。仅4月～10月(罗布泊高温期)最高提产幅度达11.55万t，提高幅度达19.34%。

4.2 实现盐田矿物质量的科学配矿

经过探索改进，在盐田成品矿普查技术手段和分析计算方法上取得了突破，采用普通标杆、RTK等简便器具综合测量，结合分层取样、GPS定位测量、CASS软件形态模拟，形成一套简单易行、成熟完整的勘测流程和矿量算法，解决了盐田成品矿物质和量的动态普查问题，为全年制定生产计划、生产采收计划提供科学的依据。

4.3 实现矿物可持续采收

该项AO工艺技术可以充分利用氯化钾型矿物，提高了光卤石和钾混盐耗矿比，将余矿比降低为1.54, 保持成品盐田光卤石与钾混盐年耗矿比1.45与年晒矿比1.45一致。为平衡盐田矿物提供了一种可靠的技术手段，保障了盐田可持续采收。

4.4 提高尾矿的综合利用率

该项AO工艺技术，结合原来外排的尾矿和泻利盐池矿，降低钾混盐吨产品单耗，节约120万t钾混盐成品盐池矿，氯化钾浮选尾矿年回收量占年产生量的64.23%。由以往单一排放尾矿到统一回收，综合利用多层次开发方向转变。

5 展望

水盐体系法生产硫酸钾，理论计算系统K+收率可以达到50%～55%。在现行大规模工业化生产中，AO技术大规模应用后，目前实际能达到约48%。工艺流程优化和技术创新还有空间，可以说是永无止尽。同等矿物消耗下，收率提高，创造的都是净利润。下一步，将针对科学精准配矿、光卤石分解浮选、钾混盐转化浮选和硫酸钾二段转化等硫酸钾生产中，四个主要工艺控制过程，继续探索最佳反应条件和工艺流程优化，进一步提高系统收率，压缩生产成本。