用硫酸镁和氯化钾转化法生产硫酸钾

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1677页（2379字）

MgSO₄和KCl可发生下列复分解反应：

MgSO₄+2KCl=K₂SO₄+MgCl₂

控制不同的配料比、温度和加水量，可获得不同的反应产物。其基本原理可根据K⁺、Mg²⁺∥Cl^－，－H₂O体系的相图进行分析。有关数据见表6－6－1，参考图6－6－1。

表6－6－1K⁺，Mg²⁺／／Cl^－，－H₂O体系相平衡数据

注：Car－KCl·MgCl₂·6H₂O Bi－MgCl₂·6H₂O

Schǒ－K₂SO₄·MgSO₄·6H₂O Mg·1－MgSO₄·H₂O

Leo－K2SO₄·MgSO₄·4H₂O Mg·4－MgSO₄·4H₂O

Kai－KCl·MgSO₄·3H₂O Mg·5－MgSO₄·5H₂O

Lang－K2SO₄·2MgSO₄ Mg·6－MgSO₄·6H₂O

图6－6－1 K⁺，Mg²⁺／／Cl^－，SO₄^2－－H₂O体系平衡图

图中符号的意义同表6－6－1注

通常用MgSO₄·7H₂O和KCl配料，可分为一段转化法和二段转化法。具体工艺分析见图6－6－2。

图6－6－2 25℃时K⁺，Mg²⁺／／Cl^－，SO₄^2－－H₂O体系平衡图

注：G点为K₂SO₄·MgSO₄·6H₂O的固相点

(一)一段转化法

用MgSO₄·7H₂O和KCl配料后，直接转化成K₂SO₁。因此配料后的体系点即在AB直线上，又必须落在K₂SO₄的结晶区内。为获得较高的转化率，液相点控制在E点较好。故配料的体系点是AB线与ME线的交点F为最佳配料点。KCl与MgSO₄·7H₂O的配料比为：(当量比)

KCl：MgSO₄·7H₂O=BF：FA=60∶40

加水量应据水图分析确定。水图上各小写字母与干盐图上各大写字母一一对应，b点为MgSO₄·7H₂O在水图上的固相点。KCl与MgSO₄·7H₂O配料后在水图上的体系点为f点，为使其液相在E点，必须加水使f→f′。

根据计算可知：

每制1tK₂SO₄，需用1．85tKCl，2．07t MgSO₄·7H₂O，加淡水3．7t。剩余母液组成为E点，或代替水作配料用，或进行蒸发浓缩析出钾盐循环使用。钾的转化率为45%左右。

(二)二段转化法

为提高钾的转化率，可用二段转化法，即用KCl和MgSO₄·7H₂O配料，先转化成含钾复盐软钾镁矾(K₂SO₄·MgSO₄·6H₂O)，再由K₂SO₄·MgSO₄·6H₂O和KCl配料第二段转化成K₂SO₄。工艺分析见图6－6－2。

1．第一段转化 第一段配料应使体系点落入K₂SO₄·MgSO₄·6H₂O的结晶区，为提高钾的转化率，液相应控制在C点(或D点)，故AB线与GC线的交点Ⅰ为最佳配料点。KCl与MgSO₄·7H₂O的配料比为ⅠB：AI。在水图上配料体系点为i。为使液相点控制在C点上，必须向体系中加水，使i→i′。经转化平衡后，便可得到固相K₂SO₄·MgSO₄·6H₂O。钾的转化率为84%。

第一段的配料重量比(kg)为：

2．第二段转化 将第一段转化出的K₂SO₄·MgSO₄·6H₂O，再与KCl配料，其最佳配料点为H点，在水图上为h点。为使第二段转化的液相控制在E点上，还必须再加水，使h→h′。转化平衡后可得到固相的K₂SO₄。

经计算可知，第二段配料的重量比如下：

每制It K₂SO₄共需1．36tKCl、2．045tMgSO₄·7H₂O和2．288t淡水。钾的总转化率67．75%。

由以上分析看出：二段转化法钾的转化率明显地高于一段转化法，而且剩余母液量也较少，减少了母液后处理的困难。故工业上多采用二段转化法制硫酸钾。转化法制得的硫酸钾质量在90%以上。

转化过程中的中间产品K₂SO₄·MgSO₄·6H₂O本身就是良好的钾镁肥。