转化法

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第1658页（3839字）

转化法是以生产KCl的副产品高温盐为原料，在控制一定的加水量和反应温度的条件下，进行分段转化，最后制得无水硝产品。

高温盐一般的组成为：

NaCl MgSO₄ MgCl₂ KCl H₂O

25～40 30～40 6～10 0．7～1．5 20左右 (%)

其中NaCl、MgSO₄和MgCl₂，在水溶液中，可发生下列的复分解反应：

2NaCl+MgSO₄=Na₂SO₄+MgCl₂

因此，在一定的工艺条件下，有可能将高温盐转化成无水硝。转化过程可用Na⁺，Mg²⁺／／Cl^－，SO₄^2－－H₂O体系多温相图进行分析。图6－4－18是这一体系中25℃，55℃，75℃和100℃的4个平衡图。

图6－4－18 Na⁺，Mg²⁺／／C1^－，SO₄^2－－H₂O体系平衡图

M·1－MgSO₄·H₂O M·4－MgSO₄·4H₂O M·5－MgSO₄·5H₂O

M·6－MgSO₄·6H₂O M·7－MgSO₄·7H₂O The-Na₂SO₄

G1－Na₂SO₄·10H₂O AS-Na₂SO₄·MgSO₄·4H₂O

Vant－3Na₂SO₄·MgSO₄ LÖw－Na₂SO₄·MgSO₄·2．5H₂O

高温盐的主成分是NaCl和MgSO₄，两盐的克分子比约为1∶1，故其组成点应位于干盐图中NaCl-MgSO₄对角线的中点附近。在这4个温度条件下，体系点均没有落入Na₂SO₄的结晶区，因此不能用高温盐直接转化成Na₂SO₄。复盐3Na₂SO₄·MgSO₄是一种不相称复盐，加入适量水后便分解，可得到一定量的Na₂SO₄固相，故复盐3Na₂SO₄·MgSO₄可以是转化过程中的中间产品。得到3Na₂SO₄·MgSO₄复盐的方法有两种途径：

1．两段转化法 转化过程如下：

第一段是获得复盐3Na₂SO₄·MgSO₄。由图6－4－184个温度的相图比较看出，3Na₂SO₄·MgSO₄复盐的结晶相区随温度的升高而扩大，故第一段转化温度以控制在100℃左右为好，具体配料过程如图6－4－18d所示，在高温盐中加入适量的水和盐，使体系点调至P₂，转化平衡后得母液C₂和固相复盐3NaSO₄·MgSO₄。

第二段是将复盐转化为产品Na₂SO₄。比较图6－4－18 4个温度的相图可以看出，在55℃时Na₂SO₄的结晶相区最大，故转化温度应控制在55℃左右。具体配料过程如图6－4－18b所示，在分离出的复盐中加入适量的水和盐，使体系点调至B点。转化平衡后得到母液C₃和固相产品Na₂SO₄。

2．三段转化法 转化过程如下：

第一段：在55℃条件下，将高温盐与适量的盐和水配料，使体系点调至P1(见图6－4－18b)，转化平衡后得到母液C1和固相复盐Na₂SO₄·MgSO₄．4H₂O。

第二段：在100℃温度条件下，将复盐Na₂SO₄·MgSO₄·4H₂O与盐和水配料，使体系点调至A点，转化平衡后得到母液C₂和3Na₂SO₄·MgSO₄复盐。

第三段转化：在55℃温度条件下，用复盐3Na₂SO₄·MgSO₄与盐和水配料，使体系点调至B点，转化平衡后得到母液C₃和固相产品Na₂SO₄。

两段转化法的母液C₃可参与配料循环使用，最后排出体系之外的物料为母液C₂。三段转化法的母液C₂，C₃均可参与配料循环使用，最后排出体系之外的物料为C₁。比较母液C₁和C₂两点的位置可以看出，C₁点更靠近MgCl₂的固相点，即液相中MgCl₂的浓度高，说明三段转化比两段转化可使复分解反应(2NaCl+MgSO₄=Na₂SO₄+MgCl₂)更有利于向生成Na₂SO₄的方向进行。因此宜采用三段转化法制无水硝。

生产上将母液C₂和C₃参与配料的三段转化法的实际过程如图6－4－19所示。实线所标绘的是55℃的平衡图，虚线所标绘的是100℃的平衡图。水图上各小写字与干盐图上各大写字母一一对应。

某一高温盐组成如下：

MgSO₄ NaCl MgCl₂ H₂O

36．08 36．36 6．89 20．67 (%)

换算成耶涅克指数为：

2Na⁺：45．6%

：43．9%

H₂O：168mol／100mol干盐

标在图6－4－19中，体系点为A。

图6－4－19 三段转化法工艺过程相图分析

第一段转化(55℃)：用高温盐与二段转化母液C₂配料，配料后的体系点为B，高温盐中NaCl与MgSO₄的重量比最好接近1∶1，若NaCl不足，可适当加入。由于高温盐中含有约1．5%的Mg(OH)₂，在母液中成胶体状态，影响固液分离，需加入适量H₂SO₄，控制pH=4～5，将Mg(OH)₂溶解掉。

转化后的理想状态是得母液C₁和固相D。由水图中看出，与d和c₁相对应的体系含水应为b′点，说明原配料中水量不足，应加适量的水，使原体系点b升至b′。转化平衡后固液分离，得母液C₁和固相D(NaCl和Na₂SO₄·MgSO₄·4H₂O混合盐)。

第二段转化(100℃)：用一段转化后的固相D与三段转化的母液C₃配料，体系点为E。转化后的理想状态是得母液C₂和固相F。由水图中看出，与f和C₂相对应的体系含水点为e′，e低于e′，说明水量不足，应加入适量的水，使e升至e′。转化平衡后固液分离，得到母液C₂和固相F(为NaCl和3Na₂SO₄·MgSO₄的混合盐)。

第三段转化(55℃)：将二段转化出的固相F加水，至体系含水为f′点时为最佳，此时母液点为C₃，固相点为O点(纯Na₂SO₄点)。转化平衡后固液分离，得母液C₃和产品无水硝。

采用三段转化法，SO₄^2－的转化率理论上可达60%左右，每产1t无水硝约用4t高温盐。工艺设备流程见图6－4－20。

图6－4－20 三段转化法工艺设备流程图

1－一段转化槽 2－预热器 3－盐浆沉降器 4－二段转化槽 5－盐浆沉降器 6－预热器 7－三段转化槽 8－盐浆沉降器 9－离心机

目前对三段转化法的改进意见是：在第三段转化槽内不加淡水，而加入全溶蒸发法生产无水硝的清硝液。如图6－4－19中所示，P点为清硝液组成点(水图上为p点)，与固相F点配料后，体系点为Q(水图上为q点)，转化后相应的母液点仍为C₃，固相点为O点。加入的清硝液正好充抵了第三段的加水量。改进后SO₄^2－的回收率可提高到68%左右。清硝液不用蒸发大量的水分就可得到无水硝。这样改进是把三段转化法、盐析法和全溶蒸发法有机地结合起来，值得进一步研究。

转化法制取无水硝的特点：(1)利用生产氯化钾过程中的副产品高温盐直接转化制得含纯达95%的无水硝，提高了苦卤资源综合利用的程度。(2)生产设备及工艺流程简单，连续化程度高。不足方面是：(1)产品色泽不佳，杂质含量偏高。(2)SO₄^2－的转化率较低，理论上仅达60%，主要原因是原料组成波动性较大，配料很难准确掌握，转化时间及固液分离还存在问题等。(3)需耗用硫酸，对设备腐蚀较严重。