钾肥装置节能降耗技术改造
青海盐湖工业集团发展有限公司 张秀春 庞旭岩 李承宝
反浮选-冷结晶法是目前国内外应用较为成熟的一种氯化钾生产工艺，我国青海盐湖工业集团公司拥有反浮选-
冷结晶技术开发的专利权。该工艺的主要优点是产品质量高，回收率较高，粒度粗，易干燥。缺点是工艺流程较为
复杂，操作控制条件要求较为严格。青海盐湖工业集团公司的100万t/a钾肥项目于2003年8月正式建成投产，整
个项目由采输卤-盐田-老卤排放工程、光卤石采输-加工厂工程和公用工程3个部分组成。其生产过程为，首先将盐
田光卤石矿进行提纯，即通过浮选工艺除去其中细粒级的NaCl，得到含NaCl≤6%的低钠光卤石矿。再在常温下，通
过控制低钠光卤石的分解速度，降低成核速率，延长晶体的停留时间，改善KCl的结晶条件，得到粒度相对较粗（≥
0.2㎜）的KCl产品。
根据反浮选—冷结晶工艺的技术特点和现场生产经验，分析认为该工艺仍有很大的潜力可挖掘，尤其是在节能
降耗方面潜力巨大。冷结晶是生产工艺控制的关键环节之一，冷结晶工艺的指标不仅影响到产品质量和回收率，结
晶粒度的大小还直接影响后段脱水工序指标能否达标，以及干燥工序天然气消耗量的增减。多年的试生产表明，本
装置所选结晶器设备处理能力完全能满足工艺要求，但结晶产品粒度尚未达到0.2mm以上的设计指标，给后续处理
造成不利影响，导致离心脱水滤饼含湿量加大、干燥天然气消耗量增加，进而加大了生产成本。
通过对青海盐湖钾肥股份公司10万t/a、20万t/a与100万t/a装置粗钾产品粒度的测定比较，发现100万
t/a装置粗钾产品粒度偏细，产品中0.2mm以上粒径百分率只为10万t/a装置的60%左右，因此对结晶器的构造、
工艺控制条件的进一步探索和改进是十分必要的。为此，采取如下措施进行整改和优化。
一、 设备结构改进
①结晶器和细晶溶解罐的搅拌选型
根据结晶理论，液相的搅拌强度、液体相对于固体粒子表面的运动速度是影响晶体生长率的重要参数，在温度
恒定和溶液过饱和度不变的情况下，生长速度可能随搅拌器转数或晶体旋转速率的变化而发生很大的变化。
另据有关研究经验，晶体的生长速率也与搅拌叶轮的结构有关。推进式搅拌器循环速率高，剪切力小，青海盐
湖钾肥股份公司10万t/a装置结晶器的叶轮结构即为推进式。100万t/a装置结晶器采用的是开启涡轮式搅拌器,
即折叶式搅拌器。开启涡轮式搅拌器基本上是一种径流型搅拌器，流体的流动状态不利于物料的混合。虽然折叶涡
轮式搅拌器也能在一定程度上使输出的流体沿轴向流动，但这种搅拌器在工作时，其浆叶边缘对流体有作用很强的
剪切力，抑制了颗粒的长大。不难看出，高浓度的流体在结晶器的底部和四周做径向运动，对小颗粒晶核的上升速
度作用不明显。要达到一定的上升速度，只能增加搅拌器的转速。推进式搅拌器在旋转时主要从轴向输出流体，因
而是一种典型的轴流型搅拌器。推进式搅拌器容积循环速度大，在工作时只需很小的转速，就能够很好地使流体在
随浆叶旋转的同时上下翻腾，即容易使低黏度流体的流动处于湍流状态。且其在旋转时对流体作用的剪切力很小，
这有利于粒径的长大及导流筒中物料的提升，对光卤石的溶解和氯化钾颗粒的长大都是有利的。
细晶溶解主要存在的问题是搅拌强度不足，大量细晶未能完全溶解，二次返回结晶器后，造成结晶器中晶种过
多，影响到粒径的增大。另外，通过取样分析，发现细晶罐中存在液体分层现象，表明混合不均匀。细晶罐既要实
现均相液体（淡水和母液）的混合，又要实现细晶的溶解。因此，按搅拌器选型的经验，考虑采用推进式和涡轮式
两种形式相结合。
②结晶器循环母液配制的管路改进
为实现淡水和结晶器溢流之间按比例进行分解循环母液的兑制，稳定循环母液的化学组成和循环量，需要对结
晶器的溢流量进行控制。根据计算，在给矿量确定的条件下，给入细晶溶解罐的淡水量基本是恒定的。此时，为配
制一定化学组成的循环母液，应对结晶器溢流进行计量和控制。在理论计算的基础上，通过控制进入细晶溶解罐的
母液量与淡水量的比例，使结晶器分解循环母液的化学组成稳定在工艺控制所要求的指标之内，进而实现对冷结晶
工艺参数的控制和稳定，使整个生产系统稳定性进一步得到强化，并在现有工艺管道的基础上，增加流量表和控制
阀。
③结晶器导流筒的改进
通过与10万t/a装置结晶器的对照，发现100万t/a装置结晶器内外导流筒高度比例需调整，外导流筒应加高
或增加挡板，以防止溶解区料浆直接短路进入沉降区。
二、 结晶器工艺参数调整与控制
结晶器重要的工艺参数有给矿量、淡水量、循环母液量、结晶器底流排放量和排放浓度、循环母液的化学组成
（MgCl2%）等。在给矿量恒定的条件下，淡水添加量也相应恒定，但底流浓度和流量有波动时，循环母液的流量则
随之产生波动。相反，如果给矿量有大幅度波动时，循环母液的流量随之也会产生较大幅度的波动。这种情况下如
何稳定循环母液的流量和化学组成是控制结晶粒度和质量的关键。根据结晶理论和相图理论，控制光卤石分解速度
的循环母液添加量可以通过如下平衡方程进行计算：
分解淡水量、循环母液量计算：设原矿量为Q、淡水量为W、分解料浆固相量为q、液相量为M，则有平衡方程
Q+W=q+M。
循环母液量计算：设确定的循环母液量（MgCl2%含量为定值）为M2、结晶器溢流量为M1、配置M2用淡水量为
W1，则有平衡方程M2=M1+W1。
分解光卤石所需的循环母液量的计算：设原矿量为Q、循环母液量为M3、分解固相量为q1、液相量为M4，则有
平衡方程Q+M3=q1+M4。
设定循环母液的组成，根据上述平衡方程式可求得相应的淡水量、循环母液量和对应的粗钾产量。给矿量、淡
水量、分解液化学组成、循环母液量和化学组成及粗钾排放量作为结晶器最为重要的工艺控制参数，直接影响着颗
粒的结晶粒度。当结晶器结构参数确定时，给矿量、循环母液量和结晶器底流排放量决定着结晶切割粒径的大小。
切割粒径与上升速度有关，上升速度则取决于给矿量、循环母液量和底流排放量，为保证较大的粒径及其稳定形成，
工艺参数控制的恒定至关重要。通过制定严格的工艺操作规程，保证了系统运行的稳定性和可靠性。
三、 节能降耗成效
通过实施以上措施后，青海盐湖100万t/a装置的产品结晶粒度特性得到很大改善，0.2mm以上粒径百分率大
幅提高，达到85%以上，进而降低了脱水洗涤和离心脱水作业固相含湿率，减少了淡水用量，提高了氯化钾回收率，
降低了干燥作业天然气的消耗量。项目实施前吨氯化钾产品干燥天然气耗量为22m3,项目实施后降为15m3。粉尘排
放也较项目实施前大大降低，达到排放标准。
该改造项目总投资400万元，按目前实际年产氯化钾105万t计算，仅因天然气消耗的降低每年可节省资金504
万元，节省淡水和氯化钾收率提高所带来的经济效益约600万元，因而经济效益显著。同时，由于粒度的增大更方
便用户使用，现场操作环境进一步得到改善，社会环境效益也十分明显。
另外，100万t/a装置的自动化控制系统正处在优化和完善阶段，自动化控制系统投用后将会进一步提升生产
系统的稳定性和可靠性，产品结晶粒度特性将会得到进一步改善，天然气消耗量和干燥粉尘排量也有较大的降低空
间。