ｍ ｎ； ｅ ｉ ｅｔ ｉ ｒｏ ｄｐ ｓｎ ｓ
硫酸钾是一种不含氯离子的优质钾肥。在氮、 磷肥日 趋使用高品位产品时， 硫酸钾已逐渐成为硫 的重要补充来源。我国作为一个农业大国， 硫酸钾 的需求量逐年增长。由于种种原因， 每年硫酸钾产 量只有２ 万 ｔ ０ 左右， 因此国家每年不得不花费巨额 外汇从国外进口， 以满足农业生产需要。目前世界 上有５％的硫酸钾肥料来 自 ０ 矿物， ％左右的硫酸 ４ ０ 钾由氯化钾转化制得。我国目 前尚未发现富含硫酸 钾的矿物资源， 考虑到我国芒硝资源丰富， 因此利用 芒硝制取硫酸钾具有广阔的应用前景。
５ ．８ 。 ７０ ％
１３ 优选因素及水平 ．
通过实验原理的分析， 综合分析其优选因素及
水平为：
（） ４ 两步转化法母液全循环流程。
由（） （ 可知， ） １一３ 若母液不循环使用， 无论是 将母液控制在 Ｆ 点还是在 Ｇ点， 钾的收率仍很低。
其主要原因是母液不循环利用造成了原料的极大浪 费。因此， 应尽可能地充分利用原料。 由此可看 出， 两步转化法母液全循环流程 的 Ｋ 总回收率最高。故我们选择 Ｋ 回收率最高的两 十 十
根据正 交实验肠（ ） ３， ４ 利用芒硝制取硫酸钾的
实验结果及极差分析见表 １
液固比 （） Ｄ
表１ 正交 实验的 计肠Ｘ ） 极差分 设 ３及 ４ 析
投料 比 （ ｏ 比） ｍｌ （） Ａ 反应温度 （ ℃） （） Ｂ 卯 ０ ）２ ５ 部０ 卯０ 即５ ０３ ３０ 卯０ 反应时间 （） ｈ （） Ｃ
Ｔｅ ｅｍ ｎ ｏ ｏｈｇｎｌ ｉ ｉｃ ｒ ｔ Ｔｅ ｐｒｏ ａａ ｓ ｆ ｒ ｕｓ ｘｅｍ ｎ ｈ ｅ ｒ ｅｔ ｒｏ ａ ｄｓｎ ａ ｏ ． ｄ ｅ ｉ ｎｌ ｉ ｏ ｅ ｌ ｏ ｅ ｒ ｅｔ ｘ ｉ ｐ ｆ ｏ ｅｇ ｓ ｙ ｕ ｈ ｉ ｓｎ ｙ ｓ ｓ ｔ ｆ ｉ ｔ ｒ ｓ ｒ ｐ ｓ ｗ ｔ ｔ ｏｔ ｕ ｔ ｈｉ ｌ ｄｉ ｉｔ ｔ ｓ ｌｏｌｕ ａｄ ｄ ． ｎ Ｃ） ｈ ｓ ｔ ｐｍ ｍ ｎ ａｃ ｉ ｎ ｈ ｔ ｃ ｅ ｉ ｉ ｎ ｓ ｉｉ４ １ ， ｋ１： ｏ ｈ ｈ ｉ ａ ｅ ｅ ｃ ｏ ｔ ｓ ｈ ａ ｆ ｄ ｏ ｓ ８ （ ｃ ｎ ｏ ａ ｅ ｑ ｌ ２
配料比（Ｋ １ ａ ０ ． ２ ） ） Ｏ １ ２ Ｃ： ２ ４ ０ ０ （ ： Ｎ Ｓ １Ｈ Ａ ｌ １０ （１ １ ５ １ ． ． ２ ： ０ ：１１ ０ ） ． ３ ０ ０ 反应温度 （ ） ①２ｃ Ｂ： Ｏ Ｃ ②２－ ５ ０３９ Ｃ ３ ０ ０ 反应时间 （ ） ①１ ｈ ０１ ｈ （２Ｏ Ｃ： ． ２ ． ｈ Ｏ ５ ３ ． ） 液固比 （ ） Ｄ． （ ２ １ ４ 遭４１ 沁． ．８ （ ． 孙 ３ ０
加适量水混合， 使混合后的物料点落在 ＫＳ； ， 的结 Ｏ 晶区。结晶分离得产品硫酸钾和母液 Ｅ 。母液 Ｅ不
循环使用而排放掉。利用杠杆的规则可计算得钾收
率为２％。 ９
（） 两步转化法母液不循环流程。 ２ 方案二：
先由Ｎｔ 和Ｋｌ ４ Ｃ加水配制使物料点落在Ｐ ａ０ Ｓ ｓ
点以制备钾芒硝 Ｋ 并分离得母液 Ｆ ， 再由钾芒硝加 Ｋｌ Ｃ和水配制使物料点落在 Ｋｓ＂ ＇ 结晶区的Ｐ 点， ｏ ，
２Ｏ ｏ ． ｈ
Ａ Ｎ２ ４ Ｏ ２ ａ Ｏ． Ｈ０ Ｓ １
（ａ Ｏ） Ｎ－ ４ ． Ｓ
图１ ９ Ｎ ｀ ／ － ２ 元 相图 Ｋ ／ ｌ， 爱－Ｈ０四 体系 ２ ０ ，十 Ｃ Ｓ ５ ａ ０
（） ４搅拌速度 一般来说， 搅拌速度越大， 使原料物质充分混合 完全， 有利于反应的进行。但此反应如果搅拌速度 过大， 不利于硫酸钾结晶， 并且使反应物粘附在反应 器壁上， 会给实验带来误差。故取适宜搅拌速度为
１ 实验部分 １１ 相图分析 ．
从Ｎ＇ ／Ｃ一ｓ互 ２ 元交互体系２９ ａ，十 ｌ， － ０四 Ｋ ／ ｏ －Ｈ ５ ０ 相图（ 见图１中 得出 种工艺 ） 分析 三 路线川。
（） 一步转化法母液不循环流程。 １方案一：
物 料点落 在图１ 的几点。 ａ ０ 和Ｋ１ 中 将Ｎｔ Ｃ Ｓ４
海湖盐与化工
第 ３ 卷第 １ ４ 期
芒硝制取硫酸钾的新工艺研究
刘慧君， 贺楚华， 吴旭明， 峰 易 （ 南华大学化学化工学院， 衡阳 ０ ） 湖南 ４１ １ ２０
摘 要： 文章 利用Ｎ 十Ｋ ／ ｌ， ２ ＨＯ四 体系 作为工艺 ａ ，十 Ｃ－ 一 ２ 元 相图 ／ Ｓ ０ 指导， 进行芒硝
２ ０／ ｉ， ８４ ５
（） 两步转化法母液不循环流程。 ３方案三： 先由Ｎｔ 和Ｋ １ ４ Ｃ加水配制使物料点落在 ０ ａ０ Ｓ ２ 点， 由钾芒硝加 Ｋ ｌ 再 Ｃ 和水配制使物料点落在 ＫＳ４ ２ 结晶区的 Ｐ 点， ０ ， 结晶分离得硫酸钾和母液 Ｅ 。母液 Ｇ和母液 Ｅ均不循环使用。钾收率为
ｔ ｈｉ ｌ ａｃ． ｐａ ｄ ｇ ｍ ｐｔｓ ｍ ｆｅ ｄｃｏ ｆｍ ｕｅ ｓｔ ｐｔ－ ｅ ｎ ａｇｉ ｎｅ Ｔｅ ｓ ｉ ｒ ｏ ｏ ｓｕ ｓ ａ ｐ ｕｔｎ ｇ ｂｒ ａｄ ａ ｃ ｃ ｕ ｄ ｈ ｈ ｅ ａ ｆ ｉ ｕ ｔ ｒ ｉ ｒ ｌ ａ ａ ｌ ｏ ｏ ａ ａ ｎ ｏｓ ｌ
（） ２反应温度
硫酸钾在水中溶解度较大， 并随着温度的上升 而增大。但若溶液中存在其它易溶钾盐时， 硫酸钾
方 见正交实验表４（４（ ） 反应达预 案 ３） 。 表１ 定时
再称取相应量的Ｋ ｌ Ｃ， 加去离子水使 的 溶解度就会大大降低。 ５ Ｎ＇ ／Ｃ一 间后停止搅拌， 从２９ ａ ， ｌ， ０ Ｋ ／ 十 其饱和并将其加人反应器中， 继续进行两步转化反 ５４ ２ 干基图（ ） ０ －Ｈ０ 图１上可以 看出， ５ 在２℃时存 在硫酸钾的固相结晶区， 混合液经复分解反应即可 应， 达预定时间后停止搅拌、 沉降， 对反应器内固液
Ｔ ｅ ｗ ｒｆ Ｒ ｅ ｒｈ ｌｕ ｅ Ｓ ｔ Ｎｅ Ｃ ａｔ ｓａｃ ｏ Ｇ ａ ｂ ｒ ｌ ａ ｄ ｈ ｅ ｆ ａ ｎ
Ｐｔ ｓ ｍ ｌｉ Ｓｎ ｅｚ Ｐｔ ｓ ｍ ｌｔ ｏ ｓｕ Ｃ ｏｄ ｙｔ ｓｅ ａ ｉ Ｓ ｆｅ ａ ｉ ｈ ｒ ｅ ｈ ｉ ｏ ｓｕ ｕａ
ＬＵ ｉ ｊ ，Ｅ ｕ ｈａＷＵ ｍｎ Ｙ Ｆｎ ｈ 一 ｕ， Ｘ 一 ｉ ，Ｉ ｇ Ｉ Ｈ 一ｕ Ｈ Ｃ ｕ ｎ Ｕ ｇ ｅ
：１０ ，：１０ ，：１１ ＂ ．０ １ ．５ １ ．０
Ｚ５ － Ｂ０ Ｖ型增力电动搅拌机 旋转蒸发仪（ 上
海申科机械研究所） Ｓ Ｚ ３ 水循环真空泵 Ｈ 一０
实验步骤 ：
根据计算配比， 准确称取 Ｎｔ Ｋ１ ａ ０， 及去离 Ｓ４ Ｃ
子水加人反应器中， 将反应器置于恒温水浴锅中， 调 节搅拌器的转速至 ２０ ｍｎ启动搅拌， ８ｒ ｉ， ／ 具体操作
和氛化钾制取硫酸钾工艺的相图 分析和研究， 确定实验优选因素及水平， 并进行正交试验， 根 据实验结果进行极差分析， 得出新的结论， 合适的工艺条件为： 液固比为４ １，（Ｋ １： ．８ｎ ２ Ｃ） ｎ （ ａ ０ ） ： ０反应温度为２９， Ｎ２ ａ １ １１， Ｓ ＝ ． ５ 反应时间为１５ ０ ．ｈ ａ 关键词： 芒硝； 氯化钾； 硫酸钾； 正交试验设计； 极差 中图分类号：Ｑ３． Ｔ １１３ 文献标识码： 文章编号： ０ － ４ ０） ０１ － Ａ １ １ １（ ５０ － ４ ０ ２ ２ ２ ０ １ ０ ０ ３
万方数据
海湖盐与化工 进行抽滤， 将滤液循环到反应体系， 固体硫酸钾结晶
分析各种因素及水平对硫酸钾收率的影响。 １５ ２ 分析方法 ． ＫＳ； ０ Ｋ： 十四苯硼酸钠重量法：
因素 实验号
１
第３ 卷第 １ ４ 期
Ｓ足： Ｏ一采用硫酸 钡沉淀法测定。
２ １ 实验结果记录 ．
烘干、 称量并测定产品中Ｋ ， 互 质量百分含量， ２ 结果分析与讨论 ＋Ｓ 一 Ｏ
万方数据
第 ３ 卷第 １ ４ 期
海湖盐与化工
生成一定量的固相 ＫＳ４而 ＮＣ 仍留在液相中。 ２ ， ａｌ ０ 故取反应温度的三个水平分别为 ２９， ０ ２℃和 ０ ５
３℃ 。 ０
（） ３ 反应时间
实践表明， 在这个反应体系中 硫酸钾是介稳状 态， 可进一步转化成为钾芒硝， 根据我们对以往文献 资料的研究， 发现反应时间在 １５ 左右反应就已 ．ｈ 完 全。 故取反应时间的三个水平分别为１ ｈ１ ｈ ． ，． 和 Ｏ ５
ｓｍ ｏｄ ｗｓ ｉ ａｄ ｌｅ， ｅ ｅｍｎ ｌ ｍ ｍ ｔ ａ ｌｅａ ｏｔｎｄ ｉ ｃｌｉ ａ ｓｄ ｄ ａａｓ ａｄ ｒ ｅ ａｏｔ ｕ ｆ ｏ ｎ ｅ ｌ ｂ ｉ ． ｕ ｈ ｒｅ ｔ ｅ ｎ ｎ ｙ ｄ ｎ ｘ ｉ ｔ ｐ ｕ ｐ ｉ ａ ｒ ｖ ｒ ａ ｅ ｃ ｄ ｅ
ｎ ｔ ） １ １１， ｅ ｔ ｏｒ ｃｏ ｉ２Ｔ，ｎ ｔ ｅ ｅ ｔｎ ． ｕ （ ０ ｉ ： ０ｔ ｐｒｕ ｅ ｔｎ ５ ａｄ ｏｒ ｃｏ ｉ１ ｈ ｒ Ｎ Ｓ， ｓ ． ｅ ａ ｒ ｆ ｉ ｓ ａ ｍ ｅ ａ ｉ ｆ ｉ ｓ ｏ ． ｍ ａ ５
Ｋ ｙ ｒ ： ａｂｒ ； ｓ ｍ ｏｄ ｐｔ ｓ ｍ ｌｔ； ｏ ｌ ｉ ｏ ｘｅ－ ｓ ｇ ｕｅ ｓｔ ｏ ｓｕ ｃｌｉ ； ｓｕ ｓ ｆｅｏｈｇ ａ ｄｓ ｎ ｅｐｒ ｅ ｗ ｄ ｌ ｏ ａ ｐｔ ｉ ｈ ｒ ｅ ｏ ｉ ｕａ ｒｏ ｎ ｅｇ ｆ ｉ ｌ ａ ａ ｔ
恒温水浴锅
根据相图，Ｃ， ４ １Ｈ０按比 Ｋ １ ａ ０ ・Ｏ ２ Ｎｔ Ｓ 例配料取
１ １０ 左右较为合理。同时考虑 Ｋ ｌ ： ４ ． Ｃ 的原料价格 高于芒硝， 故尽可能提高钾的转化率， 故配料比取三 个水平， （Ｋ １： Ｎ２ ４ １Ｈ０ 分别为 １ 即ｎ２ Ｃ） ｎ ａ ０ ・Ｏ ２） （ Ｓ
结晶分离得硫酸钾和母液 Ｅ 。母液 Ｆ和母液 Ｅ均不
十水芒硝与氯化钾转化制取硫酸钾的方法可以
收稿 日 ２０ － ７ １ 期： ４ ０ 一 ６ ０ 作者简介： 刘慧君（９７ ）女， １ 一 ， 汉族， ６ 湖南长沙人， 研究生， 副教授， 现从事教学和应用化学研究工作， 发表相关论文７ 篇。 基金项目： 湖南省教育厅基金资助项目（０３３３ 、 ２０Ｃ８）湖南省衡阳市科学委员会基金资助项目（０３２ ） ２００８