反渗透技术在离子交换法硝酸钾生产中的应用.pdf
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1、反渗透技术在离子交换法硝酸钾生产中的应用邓文1,曹得玉2*(1.青海盐湖工业股份有限公司,青海 格尔木816000;2.青海西豫有色金属有限公司,青海 格尔木816000)收稿日期:2023-07-03作者简介:邓文(1988),男,四川资中人,本科,注册一级消防工程师,注册安全工程师,主要从事化工企业安全、消防管理工作。通讯作者:曹得玉,13369790917摘要:为提高离子交换法生产硝酸钾过程中产生的氯化铵溶液进入氯化氨盐田的浓度,利用反渗透技术将收集平均浓度为15 g/L的低浓度氯化铵溶液依次经过保安过滤器、高压泵再进入一级反渗透本体装置浓缩,得到反渗透浓缩液和产水。浓缩液排入氯化铵盐田
2、滩晒;产水再进入二级反渗透脱盐处理,得到脱盐水供生产使用。反渗透技术在离子交换法硝酸钾生产中的应用,既提高了氯化铵溶液进入盐田的整体浓度,也回收了脱盐水并用于生产使用,同时降低了生产成本,提高了生产效率。关键词:硝酸钾;氯化铵溶液;反渗透装置;浓缩;脱盐水中图分类号:TQ131.1+3文献标识码:B文章编号:2096-3408(2024)02-0048-04Application of Reverse Osmosis Technology in theProduction of Potassium Nitrate by Ion Exchange MethodDENG Wen1,CAO Deyu
3、2*(1.Qinghai Salt Lake Industry Co.,Ltd.,Golmud 816000,China,2.Qinghai Xiyu Nonferrous Metals Co.,Ltd.,Golmud 816000,China)Abstract:In order to increase the concentration of ammonium chloride solution produced inthe process of producing potassium nitrate by ion exchange method entering the ammonium
4、chloridesalt field,the reverse osmosis technology is used to collect low concentration ammonium chloridesolution with an average concentration of 15g/L,which is successively passed through a security filter,a high pressure pump,and then enters the primary reverse osmosis body device for concentratio
5、n to obtain reverse osmosis concentrate and water production.The concentrated solution is discharged into the ammonium chloride salt field for sun drying;The produced water enters the secondary reverse osmosis desalination treatment to obtain desalinated water for production use.Theapplication of re
6、verse osmosis technology in the production of Potassium nitrate by ion-exchangemethod not only improves the overall concentration of ammonium chloride solution entering the saltfield,but also recovers desalted water for production use,while reducing production costs and improving production efficien
7、cy.Key words:Potassium nitrate;Ammonium chloride solution;Reverse osmosis device;Concentration;Demineralized water硝酸钾化学式为KNO3,是含钾的硝酸盐,为无色透明斜方晶体或菱形晶体或白色粉末,无臭、无毒,有咸味和清凉感。在空气中吸湿微小,不易结块,易溶于水,能溶于液氨和甘油,不溶于无水乙醇和乙醚。它是一种无氯二元化肥,含13%以上的硝态氮和44%以上的氧化钾,具有高溶解性和无氯释放的特点。因具有高溶解性,其有效成分氮和钾均能迅速被作物吸收,无化学物质残留。宜施于盐科学与化工Jou
8、rnal of Salt Science and Chemical Industry第53卷第2期2024年2月48蔬菜、水果、花卉及一些氯敏感作物。同时具有强氧化性,在工业上常用于黑火药及烟花爆竹制造。目前,国内生产硝酸钾的工艺比较多,有离子交换法生产工艺、中和法生产工艺、复分解生产工艺、低温萃取生产工艺和高温蒸馏生产工艺等,其中离子交换法生产具有工艺流程短、成熟可靠、设备简单、可连续操作、产品质量好及原料成本低等优点,被国内外企业广泛采用。1离子交换法生产硝酸钾简介及生产制约因素离子交换法生产硝酸钾是以氯化钾和硝酸铵为原料,根据阳离子交换树脂对钾、铵离子吸附性很近的特点,利用阳离子交换树脂
9、的作用,使氯化钾和硝酸铵溶液中的钾、铵离子在离子交换树脂上进行相互交换,从而得到硝酸钾溶液和氯化铵溶液,交换过程如下:NH4NO3+KRNH4R+KNO3KCl+NH4RKR+NH4ClR为阳离子交换树脂高分子骨架部分。离子交换过程中具体分为进氯化钾、洗铵、进硝铵、洗钾四个过程。洗钾过程得到硝酸钾溶液,硝酸钾溶液进入后续生产系统;洗铵过程得到副产品氯化铵溶液,氯化铵溶液输送至氯化铵盐田滩晒,待氯化铵溶液浓度达到 300 g/L 以上,再进入氯化铵装置生产。洗铵过程前期、末期产生的低浓度氯化铵溶液(浓度25 g/L)为 250300 m/h,洗铵中期产生的高浓度的氯化铵溶液,平均浓度95 g/L
10、。设计时,盐田滩晒面积与生产装置是匹配的,即入田溶液浓度大于 50 g/L 时,入田溶液量、蒸发量、出田溶液量是动态平衡的。若将低浓度氯化铵溶液直接输送至盐田滩晒,进入氯化铵盐田的溶液浓度仅为3040 g/L,远低于设计的进田溶液浓度,延长了蒸发周期,将打破入田溶液量、蒸发量、出田量的平衡,导致盐田盛装达到临界量,生产被迫停机,严重制约生产。为确保进入氯化铵盐田氯化铵溶液的浓度大于50 g/L,从根本上提高入田氯化铵溶液浓度,缩短氯化铵在盐田的晾晒周期,提高生产效率,项目研发人员利用海水淡化原理,创造性地将反渗透技术运用到离子交换法生产硝酸钾工艺中,将低浓度氯化铵溶液经反渗透浓缩,再输送进入盐
11、田滩晒,既提高了入田氯化铵溶液浓度,又可回收脱盐水供生产使用。2反渗透原理及反渗透膜的选择2.1反渗透原理反渗透技术主要用于海水淡化、制取脱盐水等方面,利用反渗透膜选择性地通过盐溶液里的水(溶剂),而盐离子(溶质)不能通过,从而使盐溶液的水和盐离子分开。反渗透膜分为海水淡化膜、苦咸水膜、低压脱盐膜等,海水淡化膜主要处理含盐量较高的水溶液,如海水、亚海水等;低压脱盐膜主要处理含盐量较低的水溶液,如自来水脱盐等。2.2反渗透膜的选择2.2.1低浓度氯化铵溶液水质分析离子交换法生产硝酸钾的交换器(又称固定床)在洗铵过程中前期、末期产生大量低浓度氯化铵溶液,见图 1。反洗电导率图中,电导率低于150
12、s/cm2时氯化铵溶液浓度均低于25 g/L,青海盐湖工业股份有限公司(以下简称“公司”)离子交换装置满负荷运行时产生量为250300 m/h。反渗透膜对进入膜的原液(低浓度氯化铵溶液)水质有一定要求,严禁含有油脂类有机物、Fe3+、次氯酸钠等,油脂类会造成反渗透膜不可逆的堵塞损坏,Fe3+、次氯酸钠会造成反渗透膜氧化失效。因此,需对低浓度氯化铵溶液分析,分析结果见表1。图1反洗电导率图Fig.1Backwashing conductivity chart450400350300250200150100500运行时间/min10203040506070809010011012013014015
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