硫酸钾生产工艺

1、物理与化学性质

硫酸钾，分子式K2SO4，分子量174.27，外观为白色结晶状固体（工业品多呈灰白色）。理论氧化钾含量54.06%，在自然界中成单体分子的极为少见。不溶于乙醇、丙酮和二硫化碳。它在水中的溶解度因硫酸铵和氯化钾的存在而降低，实际上不溶于后两种化合物的饱和溶液中。

2、用途

硫酸钾的用途主要作肥料施用，尤宜用于忌氯作物，也用来制钾明矾、钾水玻璃和碳酸钾等。硫酸钾在军工行业中用于炮弹的消烟剂，农业上用作化学肥料，是制造钾盐的原料。染料工业用于制中间体，玻璃工业用作澄清剂，香料工业用作助剂，医药上用作缓泻剂，食品工业用作通用添加剂。还用于血清蛋白生活检验。 我国土地84%缺钾，同时我国又是一个钾资源十分匮乏的国家，因而限制了钾肥的开发利用和发展。致使农作物土壤主要养分氮磷钾的比例严重失调。钾肥的主要品种有氯化钾、硫酸钾、硝酸钾，由于忌氯作物不能施用氯化钾，硝酸钾价格

昂贵，且为炸药，施用受到限制。而硫酸钾同时也可提供作物需要的钾和硫，价格便宜。因此无氯钾肥以硫酸钾为主。

3、市场供求状况：

2013年以来，我国农肥行业，尤其是复合肥行业对氯化钾的需求急剧增长，目前处供不应求状态。市场价位在3500元/t上下。 二、工艺介绍

1、硫酸镁转化法制备硫酸钾 （1）工艺原理：

硫酸镁转化法是国外重要的硫酸钾制备方法之一，但由于受资源条件的限制，我国采用此法的甚少。以硫酸镁和氯化钾为原料制备硫酸钾是通过两个工艺过程来实现的，其工艺原理是：

以相图分析为依据，首先将硫酸镁和氯化钾按规定量与水及循环的部分软钾镁矾母液混合并在一定条件下反应，生成软钾镁矾。再经分离制得软钾镁矾和软钾镁矾母液。将分离出的软钾镁矾送转化工序与氯化钾反应，转化为硫酸钾和氯化镁。分离出硫酸钾后，将含有氯化镁的母液排放。传统工艺的固有不足是钾收率偏低，对镁不能进行综合利用。

本所开发的新工艺以上述工艺为基础，解决了母液和工艺废水的循环利用问题，大副度提高了钾收率，使达到94-96%水平，而且提高了产品质量及质量稳定性。

将硫酸钾中氧化钾含量稳定的控制在50-52%之间，氯化物含量控制在1%以内。同时对工艺废水（老卤）进行综合利用，制得了附加值较高的碱式硫酸镁。分离碱式碳酸镁后的母液送盐田蒸发收得光卤石。 （2）工艺特点：

本工艺的特点一是硫酸镁价格较低，来源广泛；二是对氯化钾主含量、含水量没有严格要求，主含量85%以上的氯化钾均可使用；三是生产过程是在溶液循环的条件下进行，因此无钾离子排放，钾收率得到大幅度提升；四是制得了附加值较高的碱式碳酸镁，经济效益显著。此外，生产过程无氯化氢气体产生，无盐酸销售负担，具有流程简单，设备投资少，设备使用寿命长，产品纯度高，生产成本低，镁资源得到高附加值化综合利用等优点。 本工艺已实现产业化。 （3）工艺流程：略 （4）经济效益评估：

K2O收率94-96%；MgO收率95%； 总产出（按每生产1000KG硫酸钾计）： 硫酸钾1000kg，单价2.9元/kg，金额2900元；

医用食品级碳酸镁：660kg，单价6元/kg，金额3960元； 合计：6860元。

总投入（按每生产1000KG硫酸钾计）： 硫酸镁：1.56t，单价400元/t，金额624元； 氯化钾：0.952t，单价1680元/t，金额1600元； 沉淀剂：628kg，单价1.5元/t，金额942元 煤：0.6t，单价500元/t，金额300元； 电：200kwh，单价0.8元/kwh，金额160元； 其它：400元； 合计：4026元。 利润：2834元。

（5）设备投资（按年产2万吨硫酸钾计）：

主要生产设备有：蒸汽锅炉，转化反应器，压滤机，离心机，反应结晶器，蒸发器，各种槽类，泵类，干燥机等。

硫酸镁自制，硫酸钾制备过程联产碳酸镁：需设备及工程建设投资2200万元； 硫酸镁自制，硫酸钾制备过程不联产碳酸镁：需设备及工程建设投资1500万元； 外购硫酸镁，硫酸钾制备过程联产碳酸镁：需设备及工程建设投资1900万元； 外购硫酸镁，硫酸钾制备过程不联产碳酸镁：需设备及工程建设投资1200万元；

2、由硫酸盐型混盐矿生产硫酸钾 （1）技术领域：

本工艺属无机化工领域，具体涉及水盐体系法制备农用硫酸钾技术。 （2）工艺原理：

本工艺所述的硫酸盐型混盐矿是指含有硫酸根、氯化物、钾、钠、镁离子的盐湖卤水析出物。工艺过程包括：混盐矿分解、氯化钠分离、中间产物结晶与分离、硫酸钾制备、硫酸钾分离与洗涤、硫酸钾干燥与包装等工序。工艺过程对母液进行全封闭循环使用。 （3）主要经济技术指标：

硫酸盐型混盐矿化学组成：以青海某盐田所产混盐矿为例，K+：4.45%;Mg2+：8.27%;Cl-：33.77%；SO42-：21.2%；Na+:13.57%; 钾收率：≥95%；硫酸根利用率≥95%； 每产出1000kg硫酸钾单耗：

硫酸盐型混盐矿：2537kg;氯化钾：688kg；电：120KW/H；煤：200kg； （4）生产成本： 序号 项目 单耗（kg） 单价（元） 金额（元） 1

混盐矿

2537

0.2

507.4

备注

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

氯化钾 电 煤 淡水 包装物 工资 设备维护 固定资产折旧 其他 合计

688 120kw/h 200 2m3

1.6 0.7 0.45 5

1100.8 84 90 10 50 100 10 60 50 2062.2

90%

（5）经济效益：

每生产1000kg硫酸钾总成本2062.2元，出厂价：2.9元/kg，金额：2900元，利润：837.8元。

建设一套年产量为3万吨的硫酸钾生产装置，每年可实现利润：2513万元。 （6）产品质量：

所产硫酸钾符合农用硫酸钾优级品标准。其中氧化钾含量≥50%；氯化物≤1%。 （7）设备投资：

每1万吨产能约需设备投资500万元。

3、芒硝转化法制备硫酸钾 （1）工艺原理：

芒硝转化法生产硫酸钾的方法是将芒硝与氯化钾反应首先生成钾芒硝，然后将分离出的钾芒硝进一步与氯化钾反应生成硫酸钾和氯化钠，经分离、洗涤、干燥制得硫酸钾的工艺过程。芒硝转化法生产硫酸钾的理论依据是K+、Na+//Cl-、SO42-—H2O四元水盐体系相图。根据各种盐在不同温度下溶解度不同的差别，来进行结晶分离。KCl、NaCl、K2SO4、Na2SO4为4中盐与水构成四元水盐体系。其中，NaCl与K2SO4，Na2SO4与KCl互为盐对。在任何温度下，硫酸钾与氯化钠的结晶区互不相邻。因此，氯化钾与硫酸钠必须通过两段转化才能制取硫酸钾。 化学反应：

Na2SO4·10H2O+KCl+H2O→Na2SO4·3K2SO4+钾芒硝母液

Na2SO4·3K2SO4+KCl+H2O→K2SO4+钾芒母液 钾芒硝母液——H2O→NaCl+残液 （2）工艺特点：

该方法的优点是：工艺简单、装置易放大、投资小、能耗低、无污染。同时对原料的质量要求不苛刻，凡85%以上的氯化钾均可使用，产率高（92~96%），产

品纯度高达98%，氯含量低，副产品氯化钠纯度也极高，可作为电解原料。缺点是工艺流程长，能耗较大。 （3）工艺流程：略 （4）经济效益评估： 钾收率：93%；

每生产1000kg硫酸钾（91%，含K2O50%），需消耗：含量为98%的芒硝（十水）2.38t，含量为90%的氯化钾962kg。 总产出：

硫酸钾1000kg，单价2.9元/kg，金额2900元；氯化钠：590kg，单价0.4元/kg，金额236元； 合计：3136元。 成本评估：

芒硝（十水）：2.38t，单价100元/t，金额238元； 氯化钾：0.962t，单价1600元/t，金额1539.2元； 煤：0.5t，单价500元/t，金额250元； 电：160kwh，单价0.8元/kwh，金额128元；

水：2.5t，单价2元/t，金额5元； 其它：400元； 合计：2560.2元。 利润：575.8元。

（5）设备投资（按年产3万吨硫酸钾计）：

蒸汽锅炉，转化反应器，离心机，反应结晶器，蒸发器，各种槽类，泵类，干燥机等。

约需设备投资1600万元（具体投资数额以实际设计结果为准）。

4、硫酸、氯化钾转化法生产硫酸钾： （1）工艺原理：

本工艺以硫酸和氯化钾为原料，采用两步法工艺制备硫酸钾。第一步以硫酸和氯化钾反应制得硫酸氢钾，同时吸收挥发出的氯化氢气体制得副产品盐酸。第二步以所制得的硫酸氢钾为原料，与氨反应生成硫酸钾和硫酸铵。分离出硫酸钾后将含有硫酸铵和硫酸钾的溶液蒸发、结晶，收得硫酸钾铵。将硫酸钾铵离解，进一步收得硫酸钾和硫酸铵（氨中和法）。

也可以硫酸氢钾与氯化钾溶液反应，收得硫酸钾和副产品盐酸。将分离硫酸钾后的母液浓缩后与硫酸反应，生成硫酸氢钾并收得副产品盐酸。将含有硫酸氢钾的溶液循环用于氯化钾溶解（硫酸氢钾循环法）。

化学反应：略 产品及质量：

硫酸钾：产品质量符合GB20406—2006标准；盐酸：产品质量符合HG/T3783—2005标准；硫酸铵：产品质量符合GB535—1995标准。 （2）工艺的优点：

本工艺的优点在于：反应温度低、能耗小、设备腐蚀轻、使用寿命长，反应完全、快速、工艺简单、成本低，钾的收率高、产品含氮量低、纯度高、质量好，可适于各种规模、不同规格的硫酸钾的生产。

以硫酸氢钾循环法制备硫酸钾时，钾收率最高可达98%，工艺过程无副产硫酸铵产生。

（3）工艺流程（略）。 （4）经济效益评估：

①、按生产1t硫酸钾计，投入情况：

序号 项目 1 2 3 4

氯化钾 硫酸 氨 煤

数量 0.973t 1.174t 0.199t 0.45t

单价 1680元/t 300元t 2000元/t 500元/t

金额/元 1634 352 398 225

备注

90%,含K2O 56.78% 98% 99%

5 6 7 8 9

电 设备维护费 设备折旧 其他 合计

120kwh

0.7元/kwh

84 10 79 400 3182

按12年计 工资、包装物等

②、产出：

硫酸钾：1t，单价2900元/t，金额2900元； 盐酸：1400kg，单价200元/t，金额280元； 硫酸铵：1100kg，单价600元/t，金额660元； 合计：3840元。

③、利润：658元。

（5）设备投资（按年产1万吨硫酸钾）：

氨中和法：锅炉、硫酸储罐、一级反应器、硫酸氢钾结晶器、压滤机、氯化氢吸收装置、盐酸储罐、二级反应器、离心机、干燥机、蒸发器、硫酸钾铵结晶器、硫酸钾铵离解反应器及各种储槽、泵类等。

硫酸氢钾循环法：锅炉、硫酸储罐、一级反应器、硫酸氢钾结晶器、压滤机、氯化氢吸收装置、盐酸储罐、二级反应器、离心机、干燥机、蒸发器及各种储槽、泵类等。设备投资约650万元。

5、磷石膏转化法制备硫酸钾 （1）工艺原理：

首先将磷石膏与碳酸氢铵反应，生成硫酸铵和碳酸钙（在制备合格级碳酸钙时，可先用碱法工艺去除磷石膏中的SiO2，再与碳酸氢铵反应），将含有硫酸铵的溶液与氯化钾进行复分解反应生成硫酸钾和氯化铵。将母液蒸发进一步收得氯化铵和硫酸钾的混合物即氮钾复合肥。

（2）主要生产设备：锅炉、转化反应器、过滤机、离心机、蒸发器、结晶器。 （3）设备投资：按年产10000t硫酸钾计，需设备投资500万元。 （4）经济效益分析：有经济效益分析报告，需要者请来电联系。 （5）技术状态：工业化技术。

6、硫酸铵转化法生产硫酸钾： （1）工艺原理

以硫酸铵为转化剂，在转化反应器中与氯化钾反应，转化为硫酸钾和氯化铵。根据硫酸钾和氯化铵溶解度的不同，反应完成后首先分离出粗硫酸钾，然后采取特殊的工艺措施对粗硫酸钾进行处理制得硫酸钾成品。将分离出粗硫酸钾后的母液蒸发、冷却、结晶、分离、脱水、干燥收得氯化钾铵。分离硫酸钾铵后的母液返回蒸发工序循环蒸发。分离精硫酸钾后的溶液送氯化钾溶解工序用于配制氯化钾溶液。

（2）化学反应：略 （3）工艺流程：略 （4）主要生产设备

蒸气锅炉，氯化钾配料槽，硫酸钾转化反应器，离心机，母液中和槽，精钾反应器，精钾离心机，蒸发器，氯化钾铵结晶器，硫酸钾铵离心机，硫酸钾铵母液槽，硫酸钾干燥机等。每1万吨产能设备投资约600万元。

（5）主要经济技术指标：钾收率：总收率95%。主要物资能源消耗（按每生产1000kg硫酸钾计）：氯化钾：含量90%，1.037kg；硫酸铵：含氮21%，835kg；反应促进剂：含量96%，8kg；水：5m3；煤：300kg；电：120kw/h。 （6）生产成本评估（按每生产1000kg硫酸钾计）： 序号 1 2 3 4 5 6 7 8

项目 氯化钾 硫酸铵 电 煤 水

折旧及维修 包装 管理费

数量 1037 835 120 300 5 - - -

单价 1.68 0.6 0.8 0.5 2.0 - - -

金额 1742 501 96 150 10.0 70 75 20

备注 含K2O≥57% N≥21%

9 10

工资及福利 合计

- -

- -

120 2784

产出：硫酸钾：含氧化钾50%-52%，1000kg,单价：2.9元/kg，金额2900元；氯化钾铵：含氮21%，氧化钾7.6%，760kg，单价：1.0元/kg，金额760元。总计：3660元。利润：876元。

特别说明：本工艺确保硫酸钾中氧化钾＞50%。