一種制備硫酸鉀的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無氯鉀肥生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備硫酸鉀的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 硫酸鉀是一種無氯鉀肥，不僅含有較高含量的K20,還含有18%的硫元素，同時硫 酸鉀鹽指數(shù)低，對土壤的鹽度影響比較小，另外，硫酸鉀還具備一些獨特的優(yōu)勢：不結(jié)塊、不 吸潮、便于運輸?shù)取Ｒ虼?，硫酸鉀是缺鉀忌氯的農(nóng)作物（如煙草、茶葉、柑橘等）補充鉀元素 的優(yōu)良鉀源。
[0003] 根據(jù)原料來源，制備硫酸鉀的方法包括三大類：1.由天然硫酸鉀礦石或固體鉀礦 石制取；2.從硫酸鹽型海、鹽湖和地下鹵水提??；3.用含硫酸根物質(zhì)與氯化鉀反應(yīng)制取硫 酸鉀一轉(zhuǎn)化法。其中使用轉(zhuǎn)化法制備的硫酸鉀占總產(chǎn)量的75%，相比其它兩類方法，該方法 工藝簡單、產(chǎn)量與質(zhì)量相對穩(wěn)定，因此，是世界上應(yīng)用最廣泛的方法。根據(jù)生產(chǎn)工藝不同，轉(zhuǎn) 化法主要分為：
[0004] 曼哈姆法工藝成熟，使用該方法生產(chǎn)的產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的50%以上。主要反應(yīng)式 為：
[0005] 2KC1+H2S04= K2S04+2HC1 ?
[0006] 曼哈姆法在高溫（600-700°C )強酸的條件下進行的，因此該法存在設(shè)備腐蝕嚴 重、能耗高、投資費用高和副產(chǎn)鹽酸難以銷售等問題
[0007] 溶劑萃取法是在曼海姆法的基礎(chǔ)上，向體系中加入有機溶劑，使得反應(yīng)在溫和的 條件下進行。中國專利1059132A介紹了一種向反應(yīng)體系中加入烷基叔胺制備硫酸鉀的方 法。溶劑萃取法工藝流程復雜、需要萃取劑的反萃過程、操作技術(shù)要求高、設(shè)備腐蝕嚴重等。
[0008] 復分解法是利用可溶性硫酸鹽與氯化鉀進行復分解反應(yīng)制備硫酸鉀，關(guān)鍵在于充 分利用相圖數(shù)據(jù)選擇最佳轉(zhuǎn)化點及結(jié)晶點。比如現(xiàn)有技術(shù)公開一種用飽和（NH4)2SO4溶液 加入粉碎后的固體KCl制備硫酸鉀的復分解方法（王建朝，高念澤，硫酸銨轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)硫酸 鉀的應(yīng)用研究，無機鹽工業(yè).1998, 30 (2) :31-32.)。復分解法反應(yīng)溫度低、工藝簡單，但其 主要問題在于母液周轉(zhuǎn)處理量大且具有腐蝕性，對設(shè)備傷害大等。
[0009] 雖然現(xiàn)有技術(shù)能夠制備得到質(zhì)量較好的硫酸鉀產(chǎn)品，但是制備的過程或多或少會 存在能耗高、投資費用高、對設(shè)備腐蝕嚴重、存在污染、工藝流程復雜等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種制備硫酸鉀的裝置及方法，采用本發(fā)明提 供的裝置及方法制備硫酸鉀，工藝流程簡單、投資費用低、能耗低、對設(shè)備腐蝕小、污染小。
[0011] 本發(fā)明提供了一種制備硫酸鉀的裝置，包括：
[0012] 膜堆、陰電極、陽電極、第一電解液進樣裝置、第二電解液進樣裝置、第一鹽溶液進 樣裝置、第二鹽溶液進樣裝置、第三鹽溶液生成裝置、第四鹽溶液生成裝置、電源；
[0013] 所述陰電極與所述電源的負極相連；
[0014] 所述陽電極與所述電源的正極相連；
[0015] 所述陰電極和所述陽電極分別設(shè)置于所述膜堆的兩邊；
[0016] 所述膜堆內(nèi)部形成陰極室、陽極室、第一鹽室、第二鹽室、第三鹽室和第四鹽室六 個隔室；
[0017] 所述第一電解液進樣裝置的出口與所述陰極室進料口相連，所述第一電解液進樣 裝置的進口與所述陰極室出料口相連；
[0018] 所述第二電解液進樣裝置的出口與所述陽極室進料口相連，所述第二電解液進樣 裝置的進口與所述陽極室出料口相連；
[0019] 所述第一鹽溶液進樣裝置的出口與所述第一鹽室進口相連，所述第一鹽溶液進樣 裝置的進口與所述第一鹽室出口相連；
[0020] 所述第二鹽溶液進樣裝置的出口與所述第二鹽室進口相連，所述第二鹽溶液進樣 裝置的進口與所述第二鹽室出口相連；
[0021] 所述第三鹽溶液生成裝置的出口與所述第三鹽室進口相連，所述第三鹽溶液生成 裝置的進口與所述第三鹽室出口相連；
[0022] 所述第四鹽溶液生成裝置的出口與所述第四鹽室進口相連，所述第四鹽溶液生成 裝置的進口與所述第四鹽室出口相連。
[0023] 優(yōu)選的，所述膜堆包括：陰離子交換膜、隔網(wǎng)和陽離子交換膜；所述隔網(wǎng)位于陰離 子交換膜和陽離子交換膜之間。
[0024] 優(yōu)選的，還包括夾緊裝置，所述夾緊裝置用于固定所述陰電極、陽電極和膜堆。
[0025] 優(yōu)選的，所述膜堆內(nèi)部第一鹽室和第三鹽室相鄰，第三鹽室和第二鹽室相鄰，第二 鹽室和第四鹽室相鄰。
[0026] 本發(fā)明提供了一種制備硫酸鉀的方法，采用上述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置 制備硫酸鉀，包括以下步驟：
[0027] 將強電解質(zhì)溶液通過第一電解液進樣裝置輸送到膜堆陰極室中；
[0028] 將強電解質(zhì)溶液通過第二電解液進樣裝置輸送到膜堆陽極室中；
[0029] 將飽和氯化鉀溶液通過第一鹽溶液進樣裝置輸送到膜堆第一鹽室中；
[0030] 將硫酸銨溶液通過第二鹽溶液進樣裝置輸送到膜堆第二鹽室中；
[0031] 將硫酸鉀溶液通過第三鹽溶液生成裝置輸送到膜堆第三鹽室中；
[0032] 將氯化銨溶液通過第四鹽溶液生成裝置輸送到膜堆第四鹽室中；
[0033] 所述第一鹽室中飽和氯化鉀溶液和所述第二鹽室中硫酸銨溶液在膜堆中進行離 子交換，在第三鹽室中得到硫酸鉀。
[0034] 優(yōu)選的，所述強電解質(zhì)溶液選自氫氧化鈉、硫酸、氫氧化鉀、硫酸鈉和硫酸鉀溶液 中的一種或幾種。
[0035] 優(yōu)選的，所述強電解質(zhì)溶液的濃度為0. 01~2mol/L。
[0036] 優(yōu)選的，所第二鹽溶液進樣裝置硫酸銨的物質(zhì)的量為a，第一鹽溶液進樣裝置飽和 氯化鉀物質(zhì)的量為b，所述a:b多0.5。
[0037] 優(yōu)選的，所述第三鹽溶液生成裝置中硫酸鉀溶液的濃度為0. 05~lmol/L。
[0038] 優(yōu)選的，所述第四鹽溶液生成裝置氯化銨溶液的濃度為0. 05~lmol/L。
[0039] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種制備硫酸鉀的裝置，包括：膜堆、陰電極、陽 電極、第一電解液進樣裝置、第二電解液進樣裝置、第一鹽溶液進樣裝置、第二鹽溶液進樣 裝置、第三鹽溶液生成裝置、第四鹽溶液生成裝置、電源；所述陰電極與所述電源的負極相 連；所述陽電極與所述電源的正極相連；所述陰電極和所述陽電極分別設(shè)置于所述膜堆的 兩邊；所述膜堆內(nèi)部形成陰極室、陽極室、第一鹽室、第二鹽室、第三鹽室和第四鹽室六個隔 室；所述第一電解液進樣裝置的出口與所述陰極室進料口相連，所述第一電解液進樣裝置 的進口與所述陰極室出料口相連；所述第二電解液進樣裝置的出口與所述陽極室進料口相 連，所述第二電解液進樣裝置的進口與所述陽極室出料口相連；所述第一鹽溶液進樣裝置 的出口與所述第一鹽室進口相連，所述第一鹽溶液進樣裝置的進口與所述第一鹽室出口相 連；所述第二鹽溶液進樣裝置的出口與所述第二鹽室進口相連，所述第二鹽溶液進樣裝置 的進口與所述第二鹽室出口相連；所述第三鹽溶液生成裝置的出口與所述第三鹽室進口相 連，所述第三鹽溶液進樣裝置的進口與所述第三鹽室出口相連；所述第四鹽溶液生成裝置 的出口與所述第四鹽室進口相連，所述第四鹽溶液進樣裝置的進口與所述第四鹽室出口相 連。本發(fā)明提供的制備硫酸鉀的裝置以硫酸銨作為硫酸根離子的供給源，將氯化鉀轉(zhuǎn)化為 硫酸鉀，整個過程在常溫下即可進行，能量消耗低，并且不產(chǎn)生強腐蝕性的物質(zhì)、對設(shè)備腐 蝕小。原材料硫酸銨來源廣泛，價格低廉。并且副產(chǎn)物氯化銨可以用作氮肥，環(huán)境污染小， 工藝流程簡單，易于實現(xiàn)機械化和自動化。
【附圖說明】
[0040] 圖1為本發(fā)明實施例提供的制備硫酸鉀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041] 圖2為本發(fā)明實施例提供的制備硫酸鉀裝置膜堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 圖3為本發(fā)明實施例1~實施例5的膜堆電壓隨時間的變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0043] 本發(fā)明提供了一種制備硫酸鉀的裝置，包括：
[0044] 膜堆、陰電極、陽電極、第一電解液進樣裝置、第二電解液進樣裝置、第一鹽溶液進 樣裝置、第二鹽溶液進樣裝置、第三鹽溶液生成裝置、第四鹽溶液生成裝置、電源；
[0045] 所述陰電極與所述電源的負極相連；
[0046] 所述陽電極與所述電源的正極相連；
[0047] 所述陰電極和所述陽電極分別設(shè)置于所述膜堆的兩邊；
[0048] 所述膜堆內(nèi)部形成陰極室、陽極室、第一鹽室、第二鹽室、第三鹽室和第四鹽室六 個隔室；
[0049] 所述第一電解液進樣裝置的出口與所述陰極室進料口相連，所述第一電解液進樣 裝置的進口與所述陰極室出料口相連；
[0050] 所述第二電解液進樣裝置的出口與所述陽極室進料口相連，所述第二電解液進樣 裝置的進口與所述陽極室出料口相連；
[0051] 所述第一鹽溶液進樣裝置的出口與所述第一鹽室進口相連，所述第一鹽溶液進樣 裝置的進口與所述第一鹽室出口相連；
[0052] 所述第二鹽溶液進樣裝置的出口與所述第二鹽室進口相連，所述第二鹽溶液進樣 裝置的進口與所述第二鹽室出口相連；
[0053] 所述第三鹽溶液生成裝置的出口與所述第三鹽室進口相連，所述第三鹽溶液進樣 裝置的進口與所述第三鹽室出口相連；
[0054] 所述第四鹽溶液生成裝置的出口與所述第四鹽室進口相連，所述第四鹽溶液進樣 裝置的進口與所述第四鹽室出口相連。
[0055] 參見圖1，圖1為本發(fā)明實施例提供的制備硫酸鉀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1為電 滲析膜堆，2為配套直流電源，3為直流電源的正極，4為直流電源的負極，5為前夾緊板，6為 后夾緊板，7為陽電極，8為陰電極，9為陽極室入口，10為陽極室出口，11為陰極室入口，12 為陰極室出口，13為第一鹽室入口，14為第一鹽室出口，15為第二鹽室入口，16為第二鹽室 出口，17為第三鹽室入口，18為第三鹽室出口，19為第四鹽室入口，20為第四鹽室出口，21 為陽極潛水栗，22為陰極潛水栗，23為第一鹽室潛水栗，24為第二鹽室潛水栗，25為第三鹽 室潛水栗，26為第四鹽室潛水栗，27為陽極室罐，28為陰極室罐，29為第一鹽室罐，30為第 二鹽室罐，31為第三鹽室罐，32為第四鹽室罐，33為電滲析裝置。
[0056] 在本發(fā)明中，所述制備硫酸鉀的裝置包括膜堆。所述