从富含硫酸盐的盐卤中回收硫酸钾的改进方法.pdf

本发明涉及从富含硫酸盐的盐卤中回收硫酸钾(SOP)的新综合法。该方法只需以盐卤和石灰为原料。通过该盐卤的分步结晶获得钾盐镁矾型混合盐。在单一步骤中将钾盐镁矾转化成软钾镁矾的同时除去NaCl，并将所得滤液(SEL)用于KCl的生产。将该软钾镁矾与KCl水溶液反应以产生SOP并且在钾盐镁矾到软钾镁矾的转化步骤中循环使用所得滤液(KEL)。在水中用DPA处理石灰以产生高度可溶的Ca(DPA) 2，随后其与SEL反应产生不溶的K(DPA)。用HCl处理K(DPA)以产生KCl及DPA。因此用软钾镁矾处理所得的KCl水溶液来制备SOP。将连同SOP一起获得的KEL循环使用以产生软钾镁矾。

1.  从得自于钾盐镁矾型混合盐中的富含硫酸盐的盐卤中产生硫酸钾(SOP)的新综合法，所述方法包含如下步骤：
(i)在室温条件下，第一批中用适量的水处理所述的混合盐以滤出NaCl，并同时将钾盐镁矾转化成软钾镁矾，
(ii)过滤所得的软钾镁矾并分别收集称为SEL的滤液，
(iii)用化学计量(w.r.t.在SEL中的[K⁺])的Ca(DPA)₂(DPA为二苦胺)处理上述的SEL以获得K(DPA)，该Ca(DPA)₂是通过用1-5％化学计算过量(w.r.t.DPA)的石灰浆处理DPA获得的；
(iv)过滤上述所得的K(DPA)和CaSO₄并弃去所述滤液，
(v)用过量2-3倍的含有5-6N浓度的HCl水溶液处理所得的残渣来分解大多数的K(DPA)，
(vi)从CaSO₄和未反应的K(DPA)中过滤所得的KCl溶液和过量的酸；
(vii)用少量的水洗涤所得的残渣，并将所述洗涤液与最初的KCl滤液相混合；
(viii)用过量10-20倍的4-6 N HNO₃处理得自于步骤(vii)的剩余残渣以分解痕量的K(DPA)，过滤大量滤液并将含有KNO₃和HNO₃的滤液放置在旁边，
(ix)用1-5％化学计算过量(w.r.t.DPA)的石灰浆处理上述所得的含有DPA和CaSO₄的残渣，并过滤所述溶液以获得石膏滤渣和含有Ca(DPA)₂的在步骤(iii)中再循环利用的滤液，
(x)用产生于步骤(ix)中的Ca(DPA)₂重复步骤(iii)并且重复步骤(iv)的过滤过程，
(xi)按照步骤(v)的操作，为了分解得自于步骤(x)的所述残渣，再使用产生于步骤(vi)和(vii)的含有KCl和HCl的水溶液，由此来消耗剩余的酸并同时增大KCl的浓度；
(xii)按照步骤(viii)的操作，为了完全地分解得自于步骤(xi)的剩余残渣，再使用产生于步骤(viii)的含有KNO₃和HNO₃的水溶液，因而来消耗剩余的酸并同时增大KNO₃的浓度；
(xiii)通过将所述盐和酸的溶液分别进行步骤(xi)和(xii)中描述的几个循环，使得所述溶液中KCl和KNO₃的浓度向饱和极限升高，
(xiv)用少量(含有1-5％重量比的KCl)的软钾镁矾处理在步骤(xiii)中获得的近饱和的KCl溶液，通过使用在软钾镁矾中的硫酸盐将以石膏形式沉淀出存在于溶液中的痕量的Ca²⁺杂质，
(xv)用化学计量的产生于步骤(ii)的软钾镁矾处理上述步骤
(xiv)中的KCl溶液来获得SOP，
(xvi)过滤上述步骤(xv)中的溶液以获得所需要的具有＞92％纯度的SOP及母液(KEL)，
(xvii)为了随后的分批反应，将得自于步骤(xvi)的母液(KEL)在步骤(i)中再循环利用。

2.  如权利要求1所述的方法，其中所使用的钾盐镁矾型混合盐含有KCl 15-22％；NaCl 15-22％；MgSO₄ 28-40％；MgCl₂ 5-10％。

3.  如权利要求1所述的方法，其中通过在我们共同未决的PCT专利申请第PCT/IN03/00463号中公开描述的方法在步骤(i)中将钾盐镁矾转化成软钾镁矾。

4.  如权利要求1所述的方法，其中在第一批反应中用0.3-0.7体积份的水处理1重量份的步骤(i)中的混合盐。

5.  如权利要求1所述的方法，其中在随后的分批反应中，用得自于步骤(xvi)的0.75-1.25体积份的KEL处理1重量份的步骤(i)中的混合盐。

6.  如权利要求1所述的方法，其中得自于步骤(xvi)的KEL组合物通常含有11-14％KCl，1-3％NaCl，9-11％MgSO₄和1-2％MgCl₂。

7.  如权利要求1所述的方法，其中得自于步骤(ii)的SEL组合物通常含有6-12％KCl，5-15％NaCl，10-20％MgSO₄和4-10％MgCl₂。

8.  如权利要求1所述的方法，其中得自于步骤(ii)的软钾镁矾组合物含有40-45％K₂SO₄，30-35％MgSO₄ and 0.5-2.0％NaCl。

9.  如权利要求1-8所述的方法，其中全部的处理在室温条件下完成，优选地温度为15-40℃。

10.  如权利要求1所述的方法，其中所使用的Ca(DPA)₂是通过用1-5％化学计算过量的石灰浆处理DPA来制备的。

11.  如权利要求10所述的方法，其中为了制备所用的Ca(DPA)₂，DPA与石灰的摩尔比为1∶0.5-1∶0.6。

12.  如权利要求1所述的方法，其中在步骤(iii)中用含有2.0-2.5摩尔KCl，优选为0.21-0.23摩尔KCl的SEL来处理1摩尔所使用的Ca(DPA)₂。

13.  如权利要求1-12所述的方法，其中与Ca(DPA)₂相比，所获得的K(DPA)的摩尔收率为95-99％。

14.  如权利要求1-13所述的方法，其中用于分解K(DPA)的HCl的浓度为5-6N。

15.  如权利要求1-14所述的方法，其中所获得的KCl溶液的浓度为12-25％，优选为18-22％。

16.  如权利要求1-15所述的方法，其中用软钾镁矾处理KCl水溶液使得KCl的纯度从85-90％改进到92-96％。

17.  如权利要求1-16所述的方法，其中与K(DPA)相比，所得的KCl的摩尔收率为83-90％。

18.  如权利要求1-17所述的方法，其中用于分解剩余K(DPA)的HNO₃水溶液的浓度为4-6N。

19.  如权利要求1-18所述的方法，其中每一循环中获得的DPA的损失小于1％。

20.  如权利要求1-19所述的方法，其中用0.3-0.5重量份的以浓溶液形式存在的KCl来处理1重量份所所用的软钾镁矾。

21.  如权利要求1-20所述的方法，其中所得的SOP含有45-50％的K₂O含量。

22.  如权利要求1-21所述的方法，其中相对于总K₂O在软钾镁矾和KCl中的情况，所得的SOP的摩尔收率为55-65％，并将所述残留重复循环来分解所述钾盐镁矾混合盐。

23.  如权利要求1-22所述的方法，其中相对于K₂O在钾镁矾混合盐中的含量情况，所得的SOP的摩尔收率为89-92％。

从富含硫酸盐的盐卤中回收硫酸钾的改进方法
发明领域
本发明涉及从富含硫酸盐的盐卤中制备硫酸钾(SOP)的新综合法。更特别地，本方法涉及以二苦胺为可再循环利用的提取剂，从在钾盐镁矾转化成软钾镁矾的过程中产生的液体流出物中以浓溶液的形式回收KCl以及根据公知的现有技术应用KCl溶液从软钾镁矾中制备硫酸钾。
SOP是含有50％K₂O和18％硫的双重肥料。其具有最低的盐指数且实质上无氯化物，这使其成为优于氯化钾(MOP)的肥料。另一方面，当盐水/盐卤的硫酸盐含量低时(例如死海)，则尤其容易产生MOP，这说明与SOP相比较其具有较低的价格。诸如印度等国家，其没有硫酸盐含量低的盐卤但是有足够的海盐卤和底土来源，如果可以从这样的盐卤来源中经济地产生SOP则会使这些国家受益颇多。除其作为肥料应用之外，硫酸钾还具有众多的工业应用。
发明背景
可以以众所周知的涉及MOP与硫酸反应的Mannheim方法为参考。此方法的主要问题在于其耗能高的以及当其附近没有相对应体积的HCl得以应用时，则出现了盐酸(HCl)管理的问题。
在题目为《通过氨化法制备硫酸钾》的论文中，参见Chemical Engineer，349，pp 688-690，October 1979，J.A.Fernandez Lozano和A.Wint公开了在氨的存在下通过与石膏的反应从MOP中制备SOP的方法。该方法的机理为在0℃及氨的存在下，石膏与氯化钾之间发生复分解反应。该方法主要的缺陷是其耗能高以及为了安全操作必须仔细设计所述的反应器。
在题目为《Messo pilots制备硫酸钾的新方法》的论文中，参见Phosphorous & Potassium，178，March-April 1992，p-20，H.Scherzberg等人公开了涉及MOP与硫酸钠反应制备重盐钾芒硝(3K₂SO₄.Na₂SO₄)方法的成功试验。该钾芒硝随后与MOP反应制备SOP。该方法主要的缺陷是其不适合于那些无法获得该原料的国家。而且，该方法涉及几个包括需要冷却的复杂的单元操作。这样的方法在大规模生产中有其局限性。
在题目为《Duisberg’s alternative to Mannheim》的论文中，参见Phosphorous & Potassium，178，March-April 1992，p-20，H.Scherzberg和R.Schmitz公开了从KCl和MgSO₄或Na₂SO₄中生产SOP的综合方法。该方法的主要缺陷是原料中NaCl的量对该方法有临界效应，由此，其不太适用于从海盐卤中获得的粗盐混合物。其另一缺陷在于该方法涉及加热和冷却，这使其耗能高。此外其另一缺陷在于获得的副产物是以浓溶液形式存在的MgCl₂，与作为本发明所述综合方法的一部分所产生的含B₂O₃低的Mg(OH)₂固体相比，其市场有限且吸引力较低。
在题目为《从海盐卤中制备混合盐》的论文中，参见Salt Research &Industry，2，126-128，1969，Bhatt等人公开了通过曝晒蒸发和分步结晶从海盐卤中制备混合盐，即包含NaCl和钾盐镁矾(KCl.MgSO₄.3H₂O)混合物的混合盐的方法。
在题目为《从以纯形式存在的混合盐中制备钾石膏》的论文中，参见Salt Research & Industry，Vol.6，No.14，1969，K.P.Patel以及在题目为《从钾石膏中制备硫酸钾》的论文中，参见Salt Research & Industry，Vol.6，No.2，Apil 1969，K.P.Patel，R.P.Vyas和K.Seshadri，其中公开了通过用热水滤取钾石膏，然后通过曝晒蒸发回收该钾石膏以制备SOP的方法。该方法主要的缺陷在于其耗能高。而且，从混合盐中制备钾石膏是件棘手的事情。
在题目为《从海盐卤中制备氯化钾和副产物》的论文中，参见K.Seshadri等人，Salt Research and Industry，April-July 1970，Vol 7，page39-44，其中将得自盐卤的混合盐(NaCl和钾盐镁矾)以合适的比例分散在高密度盐卤中，形成硫酸镁石的同时将温度加热到110℃，该硫酸镁石通过热过滤所述泥浆得以分离。滤液冷却到室温，同时析出光卤石结晶。用水将光卤石分解得到氯化钠和氯化钾的固体混合物而氯化镁进入溶液中。应用公知的技术将氯化钾和氯化钠的固体混合物纯化以产生纯氯化钾。该方法的缺陷在于其未能利用盐卤中的硫酸盐含量成分，但却提供了制备MOP的详尽方法，无论如何，作为肥料MOP劣于SOP。
在Vohra，Rajinder N.等人，申请日为2001年10月29日的美国专利申请第2003 0080066号中，公开了回收高纯度的盐、氯化钾、含有7.5gpl溴的终盐卤的综合方法。该方法是基于纯碱工业生产中馏出的废盐水的去硫化或者从石灰石与酸的反应中产生的氯化钙的去硫化。该专利申请的主要缺点是，当邻近没有可利用的馏出废物时，该方法不太具有吸引力，以及当光卤石必须从盐卤中得到而没有产生出工业级的盐时，该方法变得不太经济。而且，在上文所述的情况中，所需要的是利用盐卤中的硫酸盐成分以及与MOP相比，优先产生SOP。
在题目为《大盐湖-IMC的丰收》的论文中，参见Phosphorus &Potassium，225，Jan-Feb，2000，Michael Freeman公开了包括如下步骤的方法：浓缩含有0.2-0.4％KCl的盐水，收获混合盐，通过浮选分离出高含量的氯化钠，用富含硫酸盐的盐水滤取以产生软钾镁矾，用热水溶解该软钾镁矾，分步结晶SOP以及将含有高至30％初级钾的母液再循环到蒸发池。该方法的主要缺点在于(i)浮选法需要使用有机化学物质，对该有机试剂的处理是需要解决的问题，(ii)在较高温度下，为了通过分步结晶从软钾镁矾中回收SOP则需要外部加热，(iii)需要将含有多至30％的钾再循环至蒸发池，在蒸发池中其被该盐水中的其它组分污染。
在《Ullmann工业化学百科全书》第6版，1999年，钾化合物一章中，详细地公开了在西西里产生SOP的方法。通过浮选从钾矿石中获得钾盐镁矾(KCl·MgSO₄·2.75H₂O)。随后在大约25℃，钾盐镁矾与从该方法随后步骤中获得的含有硫酸钾和硫酸镁的母液搅拌被转化为软钾镁矾。将所述软钾镁矾滤过并在大约48℃用水分解。这使硫酸镁及部分硫酸钾溶解以及大部分硫酸钾结晶。将所述结晶过滤并干燥。该硫酸盐母液再循环到钾盐镁矾-软钾镁矾的转化阶段。此方法的主要缺点在于方法没有提到从钾盐镁矾到软钾镁矾的转化过程中该母液的处理，这将不可避免地损失相当多的钾，以及需要外部热源来影响SOP的分步结晶。
在宋文义等人申请日为2000年8月29日，题目为《从硫酸盐型含钾的盐卤中制备硫酸钾的方法》的中国专利CN 2000-112497中，公开了包括如下步骤的方法：浓缩该盐卤，分离NaCl，浓缩得到含有10-45％氯化钠的粗钾-镁盐，磨碎，与饱和盐卤混合以获得20％-40％浓度的溶液，通过反浮选除去NaCl，浓缩，脱水得到含有少于5％NaCl的精制钾-镁盐，以特定的比例将该钾-镁盐与水混合，使该混合物在10-60_反应0.5-3小时，分离得到软钾镁矾，将该软钾镁矾与KCl和水以特定比例混合，使该混合物在10-70_反应0.25-3小时，分离得到K₂SO₄。此方法的缺点在于(i)混合盐的纯化需要精细的方法，其包括通过反浮选除去NaCl，而反浮选涉及有机化学物质的应用，因此其是较不合适的方法，(ii)没有提及各种流出液流的处理方式，(iii)依赖于外部来源的KCl，因为没有提到任何用于产生KCl的方法，而KCl的产生是该方法的一部分。
在题目为《从海水盐卤中提取钾和其它成分》的论文中，参见Industrial and Engineering Chemistry，Vol.10，No.2，1918，pp 96-106，J.H.Hildebrand，其中公开了从海盐卤中回收钾的理论以及提取方法。根据该方法，盐卤在100-120℃的温度下蒸发，从而形成氯化钠和硫酸镁石(MgSO₄.H₂O)的固体混合物，在热的离心分离机中在加热条件下分离该混合物，以及在冷却器中将该母液冷却以分离光卤石。用水分解并洗涤光卤石以产生氯化钾。该方法的缺点在于在能量需求方面其是苛求的，以及无法获得十分纯的光卤石。该方法的主要缺点在于氯化钠对硫酸镁石的污染必然需要进一步的纯化以获得适于销售的产品。该方法的另一缺点在于其需要能量来从盐卤中以硫酸镁石的形式除去硫酸盐，然而可能优选的是将该硫酸盐应用于SOP的产生中。
在另一篇题目为《从混合盐中生产硫酸镁》的论文中，参见D.J.Mehta等人Salt Research & Industry，Vol.2，No.4，October 1965，公开了从小卡奇沼泽地(Little Rann of Kutch)的盐厂中获得的两种类型的混合盐中生产硫酸钾的浮选技术的方法。该方法的缺点在于当使用富含硫酸盐的海盐卤时此方法缺乏适用性，以及其需要昂贵、繁琐且污染的泡沫浮选法。
在《Ullmann工业化学百科全书》(第6版，2002电子版)一书中由Margarete Seeger，Walter Otto，Wilhelm Flich，Friedrich Bickelhaupt和Otto.S.Akkerman执笔的镁化合物的一章中，公开了从海水中制备氢氧化镁的方法。其中提及制备含硼量低的氧化镁需要向海水中加过量的石灰直到其pH值为12，以使氧化镁中B₂O₃的含量维持在小于0.05％的水平。过量地加石灰涉及更高的石灰费用，需要将悬浮物中和，结果形成不易过滤的胶状悬浮物。此方法的另一缺点是缺乏对含氯化钙流出液的应用，因此其被倾回到大海中。
可参考Wendling等人，申请号为423211，CA1203666题目为《通过含氯化镁和氯化钾溶液的处理以制备硫酸钾的方法》的加拿大专利，其中公开了从含氯化镁的溶液，例如光卤石矿的溶液生产硫酸钾的方法，尤其是描述了处理光卤石的单位平衡母液的方法。根据该方法，将硫酸钠和氯化钾加入到含有氯化镁的溶液中以沉淀氯化钠和软钾镁矾，K₂SO₄MgSO₄6H₂O，以及将所得的软钾镁矾以公知的方法处理产生硫酸钾。该方法的主要缺点在于需要外部来源的硫酸钠，以及没有提及对流出液流中KCl损失问题的解决方法。
在题目为《通过过硼酸钾结晶从盐卤中回收钾盐》的论文中，参见Separation Science & Technology，31(6)，1996，pp.857-870，H.Gurbuz等人，公开了从粗硼砂的反应中制备过硼酸钠，以及在水的存在下再循环为H₃BO₃，其后用盐卤处理以选择性地沉淀出过硼酸钾，随后过硼酸钾用硫酸酸化并分步结晶以除去K₂SO₄并将H₃BO₃再循环应用于该方法中。该方法的主要缺点在于该母液含有大量的硼，这需要详尽的操作来回收硼，此外，从该母液中获得的氧化镁不适于工业用途。另外，虽然仍可考虑将该方法应用于硫酸盐含量低的盐卤，但是当该盐卤含有丰富的硫酸盐含量时，其不是优选的方法。另一缺点是为了获得高收率，需要冷却酸化了的产物。
在题目为《溴-海盐水系统的亨利常数及从海盐水中溴的解吸附的液膜质量转移系数》的论文中，参见A.S.Mehta in Indian Chemical Engineer，45(2)，2003，p.73，其中作者公开了从盐卤中制备溴的方法。用硫酸将盐卤酸化至pH3.0-3.5，然后溴离子被氯氧化并在水蒸气的作用下逸出。用石灰将酸性的脱溴的盐卤中和，除去所形成的泥浆，以及将该流出物倾倒掉。也可将在印度古吉拉特邦大卡奇沼泽地(Greater Rann of Kutch inGujarat)的天然盐床附近的溴生产工厂作为参考，其通过上述方法将天然盐卤应用于溴的生产，并将其流出物倾回到该沼泽。淤泥的处理是这些工厂面临的巨大挑战。
在题目为《废盐水的改进处理》的论文(参见Chr.Balarew，D.Rabadjieva和S.Tepavitcharova，International Symposium on Salt 2000，page 551-554)中涉及水源化学物质的回收。该作者公开了使用石灰从一部分可利用的盐卤中沉淀Mg(OH)₂，以及用所得的CaCl₂溶液将余下的盐卤脱硫化并通过光卤石回收KCl。该作者没有讨论任何的应用此方法学从富含硫酸盐的盐卤中产生SOP的方案。此外，随后将显而易见的是，与从本发明所述的Mg²⁺来源中制备的Mg(OH)₂相比，从原盐卤中直接产生的Mg(OH)₂具有更高的B₂O₃含量，这与SOP的产生密切相关。
中国专利第1084492号(发明人吕铮)公开了从盐卤和氯化钾中制备SOP的方法。在该方法中，通过蒸发、冷却、浮选处理盐卤，然后其与氯化钾反应以产生硫酸钾及副产物工业盐和老卤。该方法的主要缺点在于其需要诸如浮选法的棘手的分离技术从混合盐中除去NaCl，以及从软钾镁矾中产生SOP所必需的KCl必须单独地获得。另外，虽然以钾的回收率计算其总收率为95％，但是关于这样获得的KCl的收率没有提及。
P.K.Ghosh等人2003年的国际专利申请PCT/IN03/00463号中，公开了从盐卤和MOP中制备SOP的方法。在该方法中，通过蒸发海盐卤产生钾盐镁矾型混合盐，随后用水(以及得自于软钾镁矾至SOP转化过程的富含K⁺的溶液)处理该混合盐获得软钾镁矾及副产物含有钠、钾和镁盐的液体(SEL)。用CaCl₂处理该液体来除去硫酸盐并蒸发以获得光卤石。该光卤石随后被分解、热过滤获得固体形式的KCl。用KCl和水处理该软钾镁矾以获得SOP和滤液，该滤液可在涉及将钾盐镁矾混合盐转化为软钾镁矾的步骤中被循环使用。该方法的缺点在于从SEL中通过光卤石中间体产生KCl的步骤是冗长的，涉及Mg(OH)₂的同时产生，以及要求蒸发大量的水。然而因为该方法用于从废水中产生KCl，因此关于该法的改进将非常值得期待。
在题目为《应用二苯-30-冠-10对混合碱和碱土金属离子竞争性结合的研究》的论文中，参见P.Agnihotri等人，Polyhedron 2005，24，pp.1023-1032，其中用冠配体处理富含钾的盐卤从而选择性地提取出钾。包含于本论文的其它参考文献也可作为参考。该方法的缺点在于这些配体的选择性相对较低且所述配体难以再生。
在题目为《应用六硝基二苯胺(二苦胺)对钾的定量测定》的论文中，参见A.Winkel等人，Angewandte Chemie，49(46)，pp 827-30，1936，在该方法中公开了使用极易溶于水的镁-二苦胺制备不溶于水的钾-二苦胺。该方法的主要缺点在于发明人没有公开K⁺的回收以及从钾-二苦胺中循环应用二苦胺(DPA)的方法。
在J.Kielland的题目为《钾盐》的澳大利亚专利AU 109552,1940中，公开了以二苦胺为助剂从卤水中回收钾的方法。将二苦胺的钙(Ca²⁺)盐加入至卤水中，分离钾-二苦胺沉淀并用无机酸处理，释放出再利用的二苦胺。该方法的缺点在于此提取方法无明显的优点。
在E.Berner和J.Kielland，题目为《从诸如海水的稀溶液中提取钾》的德国专利DE 726545,1942中，公开了应用高度硝化的诸如六硝基甲基二苯胺或五硝基甲基二苯胺的次级芳香胺提取钾的方法。该方法的缺点在于从所述稀溶液中分离固体盐是高耗能的，而且直接使用所述水溶液没有明显的优点。
在题目为《钾盐的回收》的英国专利第GB 605694,1948号中公开了应用二苦胺从海水中回收K⁺盐的方法。用钙-二苦胺溶液处理海水，过滤不溶的钾-二苦胺并用无机酸处理，因而使K⁺进入溶液而二苦胺仍以固体形式被回收。该方法的主要缺点在于没有关于应用该方法制备明确用于SOP生产的KCl溶液的报道。
在题目为《使用六硝基二苯胺从盐卤母液中提取钾盐II》的论文中，Ann.Chim.(Rome)，51，pp 645-55，1961，F.Massazza和B.Riva公开了通过六硝基二苯胺从盐卤母液中提取钾盐的方法。用HNO₃处理沉淀的钾-二苦胺生成KNO₃及再生的二苦胺。该方法的主要缺点在于其只能用于硝酸钾的制备，而没有关于应用该方法制备用于SOP产生的KCl水溶液的报道。
在题目为《从海水、盐卤和混合盐中选择性提取钾》的论文中，参见Technology(Sindri，India)，3(4)，177-83，1966，J.N.Kapoor和J.M.Sarkar公开了使用镁-二苦胺从海水、盐卤和混合盐中提取的K⁺的方法。镁-二苦胺产生了钾-二苦胺沉淀，然后用HNO₃处理使此螯合物再生成KNO₃。该方法的主要缺点在于没有关于使用该方法制备直接用于SOP产生的KCl水溶液的报道。
在题目为《用二苦胺从海水和盐卤中回收钾》的论文中，参见Huaxue，4，pp 106-11，1969，S.-K.Chu和C.-T.Liaw公开了从人造海水、天然海水及盐卤中以螯合物回收K⁺。通过将溶液的pH值调节在3以下最好地实现了二苦胺的回收。该方法的主要缺点在于没有关于应用或分离K⁺盐及回收DPA的报道。
在题目为《从海水中提取钾-大胆的冒险》的论文中，参见Chemistryand Industry，13^th November issue，pp 1309-1313，1971，J.Kielland公开了通过向海水中加入钙-二苦胺，以钾-二苦胺的形式回收K⁺的方法。用HNO₃处理沉淀的钾-二苦胺以生成KNO₃溶液并回收不溶的二苦胺。该方法的主要缺点在于SOP的产生不需要KNO₃，并且也没有关于应用该方法制备KCl水溶液的报道。
在题目为《用二苦胺从浓缩的海水中回收钾》的论文中，参见NipponKaisui Gakkaishi，32(2)，pp 82-8，1978，M.Matsuda等人公开了从浓缩的卤水中回收K⁺。将二苦胺阴离子的Na⁺盐加入浓缩的卤水中以沉淀二苦胺的K⁺盐，随后其与HNO₃反应生成KNO₃并且沉淀出二苦胺。该方法的主要缺点在于SOP的产生不需要KNO₃，并且也没有关于应用该方法制备KCl水溶液的报道。
在题目为《使用镁-二苦胺回收钾》的论文中，参见Chemical Era，14(8)，pp 290-6，1978，M.Y Bakr等人公开了通过将镁-二苦胺加入至盐卤中以钾-二苦胺的形式回收K⁺的方法。用HNO₃处理沉淀的钾-二苦胺从而生成KNO₃溶液和不溶的二苦胺。该方法的主要缺点在于其只关注于通过上述技术制备硝酸钾，而没有关于使用该方法制备用于SOP产生的KCl溶液的报道。
在题目为《使用镁二苦胺回收钾》的综述中，Chemical Economy &Engineering Review，11(1-2)，pp 31-5，1979，M.Y.Bakr等人公开了从钾-二苦胺中回收KNO₃的反应条件。将从埃及盐卤中提取K⁺获得的钾-二苦胺在不同的条件下被HNO₃溶液分解从而测定回收KNO₃及循环应用二苦胺的最佳条件。该方法的主要缺点在于SOP的产生不需要KNO₃，以及没有关于应用该方法制备可用于SOP产生的KCl水溶液的报道。
在题目为《对在二苦胺阴离子的存在下碱金属阳离子的选择性沉淀的解释》的论文中，参见Eur.J.Inorg.Chem.，2005，pp.2198-2205，E.Suresh等人公开了引起二苦胺对不同离子的选择性的原因，尤其是阐明了在盐卤系统中其对K⁺具有高选择性的原因。
发明目的
本发明的主要目的是提供从硫酸盐含量丰富的盐卤中制备硫酸钾(SOP)的新综合法，该富含硫酸盐的盐卤产生于从钾盐镁矾混合盐制备软钾镁矾的过程中。
本发明的另一目的是通过与软钾镁矾的反应，利用以浓溶液形式获得的KCl直接制备硫酸钾(SOP)。
本发明的再一目的是在KCl与软钾镁矾反应生成SOP的过程中省却对水的需求，这是因为水已经存在于KCl的浓溶液中。
本发明的又一目的是以二苦胺(DPA)为可再循环利用的配体无需任何蒸发从SEL中选择性地提取出K⁺。
本发明的还一目的是用轻微过量的廉价的石灰浆处理DPA，使其完全地转化成水溶性的Ca(DPA)₂，Ca(DPA)₂再与SEL中的K⁺反应生成K(DPA)，同时释放Ca²⁺，Ca²⁺可同时地与SEL中的K⁺反应从而沉淀出石膏(CaSO₄)。
本发明的另一目的是用HCl处理K(DPA)和石膏的粗混合物，然后以KCl浓溶液的形式滤出90-95％的K⁺，剩余的石膏、DPA和少量未反应的K(DPA)的残渣。
本发明的另一目的是获得可直接用于SOP的形成反应的浓溶液形式的KCl。
本发明的另一目的是获得所需纯度(＞90％)的KCl溶液。
本发明的另一目的是用HNO₃水溶液处理少量的未反应的K(DPA)、剩余的石膏和DPA从而完全分解所述复合物，因而消除了DPA在石膏中的损失，最大量地回收K⁺和纯化该石膏。
本发明的另一目的是用稍微过量的石灰浆处理石膏和DPA的残渣，以Ca(DPA)²的形式完全地溶解该DPA并留下纯石膏。
本发明的另一目的是设计循环方法，该法完全地利用所有的水洗涤液并且产生了KCl和KNO₃的浓溶液。
本发明的另一目的是设计可在室温条件下操作的方法。
本发明的另一目的是提供通过K(DPA)的沉淀和分解步骤，从SEL中更快地回收KCl的方法。
本发明的另一目的是以石膏和少量的KNO₃为副产物，非常经济地生产SOP。
发明概述
因此，本发明提供了从得自于钾盐镁矾型混合盐中的富含硫酸盐的盐卤中产生硫酸钾(SOP)的新综合法，所述方法包含如下步骤：
(xviii)在室温条件下，第一批中用适量的水处理所述的混合盐以滤出NaCl，并同时将钾盐镁矾转化成软钾镁矾，
(xix)过滤所得的软钾镁矾并分别收集称为SEL的滤液，
(xx)用化学计量(w.r.t.在SEL中的[K⁺])的Ca(DPA)₂(DPA为二苦胺)处理上述的SEL以获得K(DPA)，该Ca(DPA)₂是通过用1-5％化学计算过量(w.r.t.DPA)的石灰浆处理DPA获得的；
(xxi)过滤上述所得的K(DPA)和CaSO₄并弃去所述滤液，
(xxii)用过量2-3倍的含有5-6N浓度的HCl水溶液处理所得的残渣来分解大多数的K(DPA)，
(xxiii)从CaSO₄和未反应的K(DPA)中过滤所得的KCl溶液和过量的酸；
(xxiv)用少量的水洗涤所得的残渣，并将所述洗涤液与最初的KCl滤液相混合；
(xxv)用过量10-20倍的4-6 N HNO₃处理得自于步骤(vii)的剩余残渣以分解痕量的K(DPA)，过滤大量滤液并将含有KNO₃和HNO₃的滤液放置在旁边，
(xxvi)用1-5％化学计算过量(w.r.t.DPA)的石灰浆处理上述所得的含有DPA和CaSO₄的残渣，并过滤所述溶液以获得石膏滤渣和含有Ca(DPA)₂的在步骤(iii)中再循环利用的滤液，
(xxvii)用产生于步骤(ix)中的Ca(DPA)₂重复步骤(iii)并且重复步骤(iv)的过滤过程，
(xxviii)按照步骤(v)的操作，为了分解得自于步骤(x)的所述残渣，再使用产生于步骤(vi)和(vii)的含有KCl和HCl的水溶液，由此来消耗剩余的酸并同时增大KCl的浓度；
(xxix)按照步骤(viii)的操作，为了完全地分解得自于步骤(xi)的剩余残渣，再使用产生于步骤(viii)的含有KNO₃和HNO₃的水溶液，因而来消耗剩余的酸并同时增大KNO₃的浓度；
(xxx)通过将所述盐和酸的溶液分别进行步骤(xi)和(xii)中描述的几个循环，使得所述溶液中KCl和KNO₃的浓度向饱和极限升高，
(xxxi)用少量(含有1-5％重量比的KCl)的软钾镁矾处理在步骤(xiii)中获得的近饱和的KCl溶液，通过使用在软钾镁矾中的硫酸盐将以石膏形式沉淀出存在于溶液中的痕量的Ca²⁺杂质，
(xxxii)用化学计量的产生于步骤(ii)的软钾镁矾处理上述步骤
(xiv)中的KCl溶液来获得SOP，
(xxxiii)过滤上述步骤(xv)中的溶液以获得所需要的具有＞92％纯度的SOP及母液(KEL)，
(xxxiv)为了随后的分批反应，将得自于步骤(xvi)的母液(KEL)在步骤(i)中再循环利用。
在本发明的一个实施方案中，所使用的钾盐镁矾型混合盐含有KCl15-22％；NaCl 15-22％；MgSO₄ 28-40％；MgCl₂ 5-10％。
在本发明的另一实施方案中，通过在我们共同未决的PCT专利申请第PCT/IN03/00463号中公开描述的方法在步骤(i)中将钾盐镁矾转化成软钾镁矾。
在另一实施方案中，在第一批反应中用0.3-0.7体积份的水处理1重量份的步骤(i)中的混合盐。
在另一实施方案中，在随后的分批反应中，用得自于步骤(xvi)的0.75-1.25体积份的KEL处理1重量份的步骤(i)中的混合盐。
在另一实施方案中，得自于步骤(xvi)的KEL组合物通常含有11-14％KCl，1-3％NaCl，9-11％MgSO₄和1-2％MgCl₂。
在另一实施方案中，得自于步骤(ii)的SEL组合物通常含有6-12％KCl，5-15％NaCl，10-20％MgSO₄和4-10％MgCl₂。
在另一实施方案中，得自于步骤(ii)的软钾镁矾组合物含有40-45％K₂SO₄，30-35％MgSO₄ and 0.5-2.0％NaCl。
在另一实施方案中，全部的处理在室温条件下完成，优选地温度为15-40℃。
在另一实施方案中，所使用的Ca(DPA)₂是通过用1-5％化学计算过量的石灰浆处理DPA来制备的。
在另一实施方案中，为了制备所用的Ca(DPA)₂，DPA与石灰的摩尔比为1∶0.5-1∶0.6。
在另一实施方案中，在步骤(iii)中用含有2.0-2.5摩尔KCl，优选为0.21-0.23摩尔KCl的SEL来处理1摩尔所使用的Ca(DPA)₂。
在另一实施方案中，与Ca(DPA)₂相比，所获得的K(DPA)的摩尔收率为95-99％。
在另一实施方案中，用于分解K(DPA)的HCl的浓度为5-6N。
在另一实施方案中，所获得的KCl溶液的浓度为12-25％，优选为18-22％。
在另一实施方案中，用软钾镁矾处理KCl水溶液使得KCl的纯度从85-90％改进到92-96％。
在另一实施方案中，与K(DPA)相比，所得的KCl的摩尔收率为83-90％。
在另一实施方案中，用于分解剩余K(DPA)的HNO₃水溶液的浓度为4-6N。
在另一实施方案中，每一循环中获得的DPA的损失小于1％。
在另一实施方案中，用0.3-0.5重量份的以浓溶液形式存在的KCl来处理1重量份所所用的软钾镁矾。
在另一实施方案中，所得的SOP含有45-50％的K₂O含量。
在另一实施方案中，相对于总K₂O在软钾镁矾和KCl中的情况，所得的SOP的摩尔收率为55-65％，并将所述残留重复循环来分解所述钾盐镁矾混合盐。
在另一实施方案中，相对于K₂O在钾镁矾混合盐中的含量情况，所得的SOP的摩尔收率为89-92％。
以说明性方式给出了以下实施例，且不应将其理解为对本发明范围的限制。
实施例1
本实施例概述了从钾盐镁矾型混合盐中制备SOP的新方法，所述钾盐镁矾型混合盐是从海盐卤生产的并将尾卤放置于旁边。用适量的水处理该混合盐，并从下述方法中获得的KEL，并将所得的泥浆过滤以产生软钾镁矾和滤液(SEL)，所述滤液富含KCl但也含有其它要素，即NaCl，MgSO₄和MgCl₂。在搅拌下用MOP水溶液处理该软钾镁矾。过滤所得泥浆，得到SOP和富含KCl的重复应用于软钾镁矾所产生的滤液(KEL)。将得自于混合盐产生过程中的尾卤脱硫酸盐并用石灰处理，过滤该泥浆得到Mg(OH)₂和含有CaCl₂的用于SEL脱硫酸盐的滤液。将脱硫酸盐的SEL与脱硫酸盐的尾卤混合并蒸发获得光卤石。分解该光卤石得到光卤石的分解产物，然后将其经热过滤获得KCl固体。随后用KCl和水处理该软钾镁矾获得上述的SOP。
本实施例阐明虽然从SEL中回收固体KCl和氢氧化镁是切实可行的并且不需要outsourced KCl，但是这样的KCl回收方法是冗长的，且仅当欲同时回收Mg(OH)₂时该方法才是经济的。因为对SOP和Mg(OH)₂的需求是不成比例的，所以从SEL中回收KCl的另选方法是合适的，且消除了同时产生Mg(OH)₂的必要。该实施例的另一重大缺陷是需要加热并蒸发大量的水。该实施例还教导我们需要将水加入到软钾镁矾和KCl混合物中以产生SOP，以及设计其他方法的机会，其中KCl以溶液形式获得，更加容易处理并且排除了对水的另外需求。
实施例2
通过本实施例另一可选择的途径从SEL中回收了KCl，该途径克服了实施例1中提及的缺陷。在常温条件下，100g DPA(0.228mol)与含有6.4g(0.114mol)石灰和400mL水的石灰浆反应。在搅拌下将所得的微棕红色Ca(DPA)₂溶液加入到含有13.2％NaCl，(0.226mol％)，8.85％KCl(0.119mol％)，5.6％ of MgCl₂(0.059mol％)和14.5％ of MgSO₄(0.121mol％)的200mL SEL中，用时5分钟。继续搅拌10分钟。将产生的K(DPA)和CaSO₄沉淀过滤并用水洗涤(3×20mL)。在机械搅拌中用80mL的5NHCl溶液处理该沉淀2小时，过滤所得的KCl溶液并用水洗涤(3×25mL)。再一次用石灰处理含有DPA和CaSO₄的滤渣以产生Ca(DPA)₂，同时为了第二次循环中K(DPA)的脱金属化，将化学量的浓缩的HCl加入到该洗涤液中。五次循环后，获得600mL的KCl溶液并将其pH值调到7.0。该溶液经分析含有KCl：12.5％(0.168mol％)，NaCl：0.17％(0.003mol％)，Ca²⁺：0.18％(0.005mol％)，Mg²⁺：0.005％(0.0002mol％)。然后将该溶液加入200g软钾镁矾中并搅拌4.5小时。获得了60g SOP，其分析结果如下：NaCl：0.24％(0.004mol％)；K₂SO₄：90.1％(0.518mol％)；CaSO₄：7.96％(0.058mol％)。
实施例1阐明虽然与K₂O相比，KCl在SEL中的回收率为83.6％，但是其主要缺陷是：(i)在5次循环后DPA的损失为15％，(ii)通过DPA提取方法回收的KCl溶液太稀，使SOP的收率较低(33％)，以及(iii)在SOP中大约有8％石膏杂质。
实施例3
用88g的DPA和含有以下组成的170mL SEL再一次执行实施例2中的所述实验：NaCl：12.5％(0.214mol％)，KCl：8.7％(0.116mol％)，MgCl₂：4.5％(0.047mol％)and MgSO₄：18.7％(0.155mol)％。但是，所得的KCl溶液具有16％的浓度，这是由减少了两倍过量体积的5N HCl促成的，其协助了使用减少量的水进行洗涤从而降低了将总体积。在三次循环后，获得了含有40g KCl(0.537mol)的250ml溶液，与K₂O相比，其在SEL中有86.3％的回收率。用112g软钾镁矾处理所述KCl溶液并搅拌4.5小时。分离沉淀的SOP并干燥从而生成60g(57.9％收率w.r.t.K₂O总量)SOP。但是，该SOP的纯度仍然较低(90.1％)，并且观察到DPA的全部损失为15％。
该实施例教导了我们通过在溶液中增加KCl的浓度来提高SOP收率的方法。
实施例4
重复实施例3的所述实验并从SEL中获得具有18.4％浓度的KCl溶液。用少量的软钾镁矾处理KCl溶液以除去以CaSO₄形式存在于该溶液中的Ca²⁺杂质。使用具有92.5％的纯度的所述KCl溶液，按上述方法制备了石膏杂质大大减少(2.3％)的SOP。
实施例2和实施例4教导我们得自于SEL的KCl溶液中，钙杂质可能会降低SOP的纯度，可通过用少量的软钾镁矾处理所述溶液，过滤该溶液并最后用必需量的软钾镁矾处理以产生SOP的方法来除去这样的Ca²⁺离子。
实施例5
重复实施例4的所述实验，并有一点修改，即用过量的HCl分解K(DPA)，接着用过量的HNO₃溶液进一步处理该残余物。将含有钾盐的酸溶液在随后的分批中再循环应用，该钾盐源于K(DPA)的分解。5次循环后DPA的损失率为5％。
本实施例教导我们HNO₃可使K(DPA)更完全地分解并且在五次循环后将DPA的损失从15％降低到5％，而且DPA的损失主要归因于操作的损失。所产生的KNO₃溶液浓度可以接近于该盐的饱和极限，其可随后用于固体KNO₃的有效回收或将该溶液可直接用于适当的应用中。
实施例6
本实施例显示了本发明的最佳方法。用化学计量(w.r.t.K₂O)的从35gDPA中制备的Ca(DPA)₂处理60ml SEL(含有10.1％KCl)，并且连续地用HCl和HNO₃水溶液处理所得的K(DPA)沉淀。用0.6g软钾镁矾处理所得的KCl溶液并过滤除去CaSO₄。将含有17.8％KCl的所得滤液加入到13.1g的软钾镁矾中并搅拌4.5小时。通过过滤、分离沉淀所述SOP并进行干燥，产生7.4g(59.2％w.r.t.K₂O总量)具有93.5％纯度的SOP，杂质为NaCl(1.4％)，CaSO₄(0.5％)和MgSO₄(3.3％)。将含有12.0％KCl，12.5％MgSO₄和只含有0.7％NaCl的34ml KEL在混合盐转化成软钾镁矾的步骤中循环利用。DPA的回收率为99％，并在随后的分批中被循环利用。