1、青海大学本科生毕业设计开题报告 题 目 察尔汗盐湖正浮选法10万吨/年 氯化钾工艺初步设计 学 号 1120102060 班 级 化工20112 专 业 化学工程与工艺（化工工艺方向） 申 请 者 戴振超 联系电话 18097205603 Email 指导教师 赵 静 申请日期 2015年3月9日 青海大学化工学院化学工程系填写说明1. 毕业论文（设计）的选题应以专业课的内容为主，可以针对某些基础理论和学术问题进行探讨，也可以结合科技生产和社会生活的实际问题进行研究、开发与设计。2. 毕业论文（设计）一般为一人一题。若需二人以上共同完成，须由指导教师提出并经院、系（部）负责人批准。大题目的总
2、体设计每个同学都要参加，其余部分应做到分工明确，每个学生必须独立完成其中的一部分工作，并独立撰写各自的毕业论文（设计）。所有学生的选题经研究确定后，一般不允许中途更改课题。特殊情况需要更改课题者，填写青海大学毕业论文（设计）选题变更申请表说明理由，并经指导教师，教学院、系（部）同意后方可更改。3. 本开题报告最迟应在开始毕业论文（设计）的前两周确定，并上报给指导老师，必须经指导老师和院、系（部）批准方才有效，否则无效。4. 本开题报告使用A4纸张，上、下、左、右页边距均为2.5cm，请不要改变本开题报告页面设置。所有自己书写的内容请使用楷体。研究课题名称察尔汗盐湖正浮选法10万吨/年氯化钾工艺
3、初步设计起止年月2015年3月3日 2015年5月30日成果形式设计说明书、设备图纸申请者姓名戴振超性别男班级化工20112指导教师姓名赵 静性别女职称讲师课题组成员学号姓名性别班级在本项目中的分工1120102060戴振超男化工20112独立完成设计项目主要内容以青海察尔汗盐湖生产氯化钾工艺为研究对象，结合其生产现状和查阅大量文献资料的基础上，根据四元水盐体系相图，结合现存卤水组成，设计盐田卤水自然蒸发制取光卤石的蒸发路线，并确定以此为原料生产年产10万吨氯化钾的工艺流程和工艺参数，完成工艺流程的参数选择、物料衡算、设备选型及设计计算、设备平面布置。主要内容：1、总论部分：氯化钾的性能用途、
4、原料来源及其规格等，确定卤水成矿、冷分解、正浮选、洗涤工段的生产路线、工艺流程。2、工艺部分：卤水日晒法生成光卤石、“冷分解正浮选洗涤”法生产氯化钾工艺流程的工艺参数选择，物料衡算，得出不同原矿生产KCl时的分解加水量公式和洗涤加水量公式，设备的设计计算及选型，设备平面布置。 3、非工艺部分：主要讨论公用工程、环境保护及安全措施。拟采取的研究（设计）方法和技术路线（包括研究（设计）工作的总体安排、步骤和各时间段的工作任务等）1、 设计方法和技术路线1、设计方法察尔汗盐湖中原料组成为KCl 12.41%,MgCl227.19%,NaCl28.46%,H2O31.94%，通过盐田日晒法生产的含钠光
5、卤石，其成分为KClMgCl26H2O+NaCl。浮选法的基本原理为根据氯化钾或氯化钠所具有表面物理化学特性，借助于捕收剂、起泡剂等浮选药剂的加入，使其表面具有疏水性，从而能够形成稳定的浮选泡沫，达到与其他矿物的分离目的。对于氯化钾产品而言，正浮选是指浮选精矿为氯化钾，反浮选是指浮选精矿为氯化钠，而目前盐湖卤水中钾含量降低。因此，确定最终工艺路线为“冷分解正浮选洗涤”法生产KCl。所谓光卤石冷分解即在常温下加水分解,因温度较低故称为“冷”。纯光卤石分子式为KClMgCl26H 2O,实际盐田生产光卤石是纯光卤石与部分氯化钠、水不溶物 的混合物,其分解原理式如下:KClMgCl26H2O+NaC
6、l+nH2OKCl(固相) +NaCl(固相) + MgCl2(液相)+(n+6)H2O+ KCl(液相)。分解目的主要是尽可能使MgCl2全部转入液相并使KCl溶解最少,控制指标主要为分解收率,其次是分解产物中KCl、MgCl2含量。分解料浆的正浮选，以十八胺作捕收剂 ,2#油作起泡剂浮选出氯化钾,实现氯化钾与氯化钠的分离,所得粗钾产品经再浆洗涤即得氯化钾成品。2、技术路线 该设计拟以察尔汗盐湖卤水为原料，采用“冷分解正浮选洗涤”法生产KCl，工序主要包括：卤水成矿、冷分解、浮选、过滤、洗涤、离心分离及干燥等六个工序。具体流程为根据K+、Na+、Mg2+/Cl-H2O四元水盐体系相图，卤水经
7、过摊晒蒸发，逐渐浓缩，随着质量分数的不断提高，会出现几个结晶阶段，依次为氯化钠、光卤石和水氯镁石。光卤石就是后续工序所需的原料，但盐田所生产的光卤石并不纯净，其中混有一定量的氯化钠。将已经由蒸发制得的光卤石矿用淡水进行冷分解，由于光卤石中氯化钾和氯化钠的溶解度远小于氯化镁，使得氯化镁全部进入液相，而绝大部分的氯化钾和氯化钠还留在固相中。将晶浆送入浮选系统，在高镁母液的介质中，利用氯化钾所具有的表面物理化学特性，选用盐酸十八胺做捕收剂，二号油做起泡剂，对分解浆料进行浮选，浮选产品为粗钾泡沫，经真空过滤，得到的滤饼去粗钾洗涤槽用水洗去残余的氯化钠后得到洗涤浆料，再经过离心分离得到精钾（湿），干燥后
8、即可得到成品氯化钾。 图1 K+、Na+、Mg2+/Cl-H2O四元水盐体系相图图2 冷分解正浮选洗涤工艺流程图二、 研究工作的总体安排、步骤和各时间段的工作任务第一阶段，2015年3月2日2015年3月13日。收集课题相关资料，当前生产工艺的各种资料，并进行深入了解，掌握生产工艺的主要原理，确定本设计的设计思路和研究方向，撰写开题报告，根据查阅资料，进行流程比较，确定工艺流程。第二阶段，2015年3月16日2015年4月10日。对设计任务的相关理论知识，进行深入研究和学习、探讨，整理数据，整理计算方法和计算公式，按设计要求收集计算基础数据，进行物料衡算。第三阶段，2015年4月13日2015
9、年4月24日。在工艺计算的基础之上，对工艺流程中的关键设备进行选型计算和设计计算，确定出设备主要工艺尺寸和特性尺寸。第四阶段，2015年4月27日2015年5月8日。利用工艺计算、设备计算的结果绘制带控制点工艺流程图，关键设备装配简图，平面布置图第五阶段，2015年5月11日2015年5月15日。开始整理计算材料，撰写毕业设计说明书。第六阶段，2015年5月18日2015年5月29日。根据指导教师、评审教师提供参考意见，对毕业设计说明书内容进行修改和纠正，完成毕业设计说明书，准备毕业答辩。第七阶段，2015年6月1日2015年6月5日。毕业答辩最终成果描述：（1）设计说明书一份（2）卤水成矿相
10、图一份（3）工艺流程图一份（4）设备图一份（5）设备布置图一份本研究（设计）项目的背景、意义和应用前景，国内外研究（设计）概况，发展趋势，立论依据，本项目的特色或创新之处，研究（设计）方案的可行性分析和已具备的研究（设计）条件以及主要的参考文献、软件等）：一、设计项目的背景、意义和应用前景我国是个农业大国，同时也是缺钾大国，钾肥是我国粮食生产稳定增长的基本物质资料，可以有效提升农产品品质，提高作物抗逆性。氯化钾（又称钾盐、钾肥）是生产农用复合肥的必需原料，也是重要的化工原料。我国钾盐资源量相对短缺。来自无机盐工业协会钾盐分会的数据显示，截至2008年年底，全国氯化钾基础储量为3.64 亿吨（以
11、 K2O 计），仅占全球氯化钾储量的2%左右，且主要是液体矿。其中95%分布在西部的青海柴达木盆地和新疆罗布泊北洼地。目前我国大规模开发的仅是品位较高、易开采的晶间卤水钾资源。我国钾肥的自给率不足30%。全国缺钾的耕地占全部耕地面积的 56%。我国土壤结构中钾元素分布不平衡，尤其在我国南方和长江流域广大地区的土壤中普遍缺钾，有超过8 000万hm2的中低产田需要改造，而钾肥施用不足已成为我国农作物进一步增产的主要制约因素之一。我国是全球钾肥需求量最大的市场，年钾肥需求量约 800万 到 900万t以K2O计），中约50%依赖进口。近年来我国钾肥产量达K2O 400万 500万 t/a，装置基本
12、满负荷，但是相对于国内近1000万t的K2O年需求量来说，仍存在较大缺口，需进口钾肥保障国内供应。察尔汗盐湖矿床属近代氯化物型矿床, KCl的总储量约1.45亿t，其存在形式有固相和液相两种，目前固体矿尚无直接利用价值, 所以我们通常所称的盐湖资源是指液相矿体，即卤水。卤水分为地表卤水和地下卤水两种。地表卤水即湖水。地下卤水又分为晶间卤水和缝隙卤水。察尔汗盐湖以地下卤水为主，其主要成分是KCl、NaCl、MgCl2三种,另外还有微量的LiCl、B2O3等。各组分的含量随地段和深度的不同而有变化。大规模的开发该盐湖生产氯化钾，不但可以缓解国内钾肥市场的供需矛盾，节省大量外汇，降低产品成本，同时研
13、究开发简单可行。近年来，该盐湖氯化钾含量下降，组分多变，生产回收率低，产品质量低。通过冷分解浮选、洗涤工段把氯化钠和氯化镁等杂质加以脱除，为生产出合格氯化钾提供保证。2、 国内外设计概况 氯化钾的生产方法，依据原料含钾资源的不同，氯化钾的生产方法主要分为两大类。一类是从固体钾盐矿中提取，另一类是从含钾卤水中加工提取，后者又分为两种类型，一种是氯化物型含钾盐湖卤水，一种是海水。以固体钾盐矿为主的生产方法主要有冷分解一浮选法、冷分解一热溶结晶法等；以液体钾盐矿（主要是盐湖卤水）为代表的生产方法主要有冷分解一洗涤法、冷分解一浮选法、反浮选一冷结晶法、日晒法、冷结晶一正浮选法、兑卤一速控结晶法等；另外
14、还有以海水为主的液体矿的海盐苦卤兑卤法和沸石法等。2.1冷分解一正浮选法光卤石由采船采出后，用大型脱卤机脱卤，得到的湿光卤石加入淡水后进入冷分解工序，每吨光卤石原料加入淡水700 1100 kg，该工序是KClMgCl26H2O体系在10-25的恒温条件下的冷结晶过程。然后混合料浆进入水洗塔，MgCl2进入液相，而 KCl、NaCl仍以固相存在，在高镁母液中加入浮选药剂十八胺将氯化钾以泡沫形式刮出，再浮选得到氯化钾精矿。余下镁渣输送至尾矿库，从而达到钾、镁的分离。氯化钾精矿再经过精选（洗涤、分离、干燥）得到 KCl产品。反应式为： KClMgCl26H2O+NaCl+nH2OKCl+NaCl+
15、MgCl2 +（n+6）H2O2.2反浮选冷结晶法 当原矿光卤石在饱和的浮选介质中加入专用药剂,选择性地增加了细盐(NaCl)表 面的疏水性,而不增加原矿中光卤石的疏水性,NaC粘附在浮选机内的气泡上，上浮到 矿浆表面,被刮板刮出,而光卤石则留在矿浆中,脱卤后即得低钠光卤石。低钠光卤石进入结晶器,加水进行分解、结晶，控制其分解条件,使溶液中KCl过饱和,达到常温下使KCl晶体长大的目的,而NaC则呈不饱和态而留在液相中,经过滤并加淡水洗涤后,即 得高品位KCl产品。 反浮选冷结晶工艺在浮选过程中不仅能浮选出大部分氯化钠 ,还能选出部分水不溶物,提高了氯化钾的回收率和氯化钾质量,生产的氯化钾产品
16、含量高、粒径大、水份低。目前,以光卤石为原料制取氯化钾的反浮选冷结晶的综合回收指标为:氯化钾产品的品位可稳定控制在KCl90%,最高可达 95% ,氯化钾回收率为 59% 62%,氯化钾平均粒径为0.2,水份 3%。缺点是工艺流程复杂,操作控制等不方便,在浮选及结晶的操作过程中精度要求较高。2.3热溶结晶法 光卤石经冷分解及过滤与母液分离后所得固相,其成分主要是氯化钾和氯化钠 及少量不溶物。由于氯化钾和氯化钠在不同温度条件下的溶解 度存在 差异 , 的溶解度几乎不随温度变化而变化,而KCl的溶解度却随温度升高而显著增大,这种情况在两盐共饱和时更为显著。据此,可通过一定的方法分离出KCl。 热溶
17、结晶法又分全溶结晶法和冷分解热溶结晶法两种。全溶结晶法是将光 卤石 全部进入热水溶解,再将热溶液冷却结晶出氯化钾。冷分解热溶结晶法是将光卤石矿冷分解即冷溶除去氯化 ,过滤后再热溶。此法较上法可省去一部分能耗,但多一道工序 。 热溶结晶法的特点是产品纯度高,可达到90%以上甚至98%以 ,而且粒度很好,但是能耗 大,成本高,设备腐蚀严重,工艺操作也比较复杂。 综上所述,热熔结晶法由于能耗高,对设备的腐蚀较严重,相应地需要价格较高的防腐蚀设备和材料,因此建设投资高,相应的装置也仅在维持生产而没有扩建。反浮选 -冷结晶法是目前发展较好的种工艺,它在冷态下既能生产出粒度大、质量好的产品。就青海盐湖资源
18、而言，冷分解一正浮选法才是符合实际生产情况的方法。3、 发展趋势通过几十年的奋斗，无论在卤水方面，还是含钾岩石方面，我国提取钾盐加工工艺技术，在世界上是相当全面、先进，在某些领域甚至可以说是领先的。但真正推向工业应用、为我国提供钾肥供应市场的，至今仍是从盐湖卤水中提钾。青海盐湖卤水提钾从五十年代的土法开始，七十年代建成万吨级工业试验装置，发展到1990年年产20万t抓化钾的青海钾肥厂一期工程投产。1998年青海盐湖集团又开发成功了反浮选工艺和4#工艺(兑卤脱钠，控速分解)，现在已发展到拥有年生产能力150万t左右抓化钾，2003年实际生产氯化钾实物量为56万t,2006年生产氯化钾100万t，
19、全面实现达产达标。在将来，盐湖资源随着年复一年的的开采，其原矿品质逐年下降，氯化钾的含量逐年降低而，氯化钠含量逐年升高，对生产技术要求更加苛刻。在今后的氯化钾生产行业中，要求生产成本更低，设备更加简单，产品质量更加优良，而且要求生产过程更加节能环保。四、项目特色1、 在冷分解工序，根据KCl，NaCl，MgCl2的溶解度的不同以及四元水盐体系相图、物料衡算，设计计算出光卤石中MgCl2含量不同时的分解加水量的计算公式；2、 在洗涤工序，根据KCl，NaCl溶解度的不同以及物料衡算，三元水盐体系相图设计计算出粗钾产品中NaCl含量不同时洗涤加水量的计算公式。五、立论依据和可行性分析察尔汗盐湖是中
20、国最大的盐湖，也是世界上最著名的内陆盐湖之一，然而经过多年的开采，盐湖矿质劣化，氯化钾含量大大降低而氯化钠含量大大升高，导致实际生产过程中系统回收率低，产品质量低，故采用能大量浮选出氯化钾的“冷分解正浮选洗涤”法的生产工艺。浮选法生产氯化钾在青海察尔汗等地区有很好的应用工艺，首先其过程都在常温下进行，故燃料的消耗较少，工艺流程和使用的设备比较简单，也不需要较大的厂房。因此建厂费用少，很多用蒸发结晶难于分离的晶体混合物采用浮选法可以得到很高的回收率。本次设计在青海地区，其原料（含钠光卤石）方便易得，价格低廉。通过盐田日晒法生成含钠光卤石，再以含钠光卤石为原料，用淡水将含钠光卤石矿冷分解，使氯化镁
21、进入液相，然后再高镁母液的介质中，用盐酸十八胺做捕收剂，二号油做起泡剂，对分解浆料进行浮选，精矿过滤后，用少量淡水进一步洗去氯化钠，所得产品纯度可达到90%以上，尾盐的氯化钾含量一般少于3%。鉴于此，该项目拟以“察尔汗盐湖正浮选法10万吨/年氯化钾工艺初步设计”为设计课题，对察尔汗盐湖正浮选法10万吨/年氯化钾工艺初步设计的工艺流程、工艺条件和设备选型等进行深入的研究。 同时，“察尔汗盐湖正浮选法10万吨/年氯化钾工艺初步设计”选题紧密结合化学工程与工艺专业教学内容的要求，延续了盐化工工艺课程中的专业内容，在所学专业课程的支撑下，进一步综合运用大学四年所学理论知识，来完成此初步设计。六、设计条
22、件1、通过生产实习，了解了化工生产现场以及应该注意的问题2、查阅了相关主要参考文献，并收集了相关参考数据。3、掌握了氯化钾生产中的有关化工单元操作，能够对化工原理、盐化工工艺学、化工计算、化工分离工程等专业课程所学的理论知识加以综合利用。七、主要参考文献1 张英智，陈建军，李建国，等，盐化工工艺学M.西宁:青海人民出版社,2004.2 夏 清,陈常贵.化工原理M.天津:天津大学出版社,2005.3 陈声宗.化工设计（第三版）M.北京:化学工业出版社,2012.4 魏崇光,郑晓梅.化工工程制图M.北京:化学工业出版社,2009. 5 牛自得，程芳琴.水盐体系相图及其应用M.天津:天津大学出版社,
23、2002. 6 李成英.浅谈察尔汗盐湖钾资源现状与存在的问题及应对措施J.青海环境,2012，83. 7 屈亚林，张树瑞，孙清武.察尔汗盐湖卤水生产氯化钾工艺流程概述J.化工矿物与加工,2003，12. 8 李承宝.浮选法生产氯化钾工艺在生产实践中的应用J.海湖盐与化工,1998，2. 9 王石军.察尔汗盐湖盐田光卤石矿成矿机理与盐田生产实用管理模型探讨J.盐湖研究,1998，1. 10 刘喜业，李勇刚，张兴儒，崔小琴，张爱华. 察尔汗盐湖表层低品位钾矿溶矿实验及数值模拟分析J. 无机盐工业，2014，46 11 张建民.氯化钾生产工艺研究进展J.广州化工，2010,38指导教师意见（对本研究（设计）项目的意义、方案、取得预期成果的可能性等签署具体意见）： 指导教师（签字）： 2015年 3 月 12 日院、系（部）学术委员会或教学指导委员会意见： 负责人（盖章）： 2015 年 3 月 13 日第 11 页
