目前, 国内的元明粉生产主要采用多效真空蒸发生产工艺, 固体硝矿经水溶开采后作为原料。 原料除杂质后, 进入真空蒸发系统, 实现 Na2SO4 结晶析出, 进而得到成品。 采用这种生产工艺的产品粒径主要取决于蒸发结晶过程。另外, 在生产过程中杂质,pH 值, 碰撞程度等也会影响产品的粒径。
    一、 过饱和度
    溶液的过饱和度是影响无机盐粒度的关键因素之一。 溶质从溶液中结晶出来有两个过程, 一个是晶核的生成, 即晶体成核过程; 另一个是晶核的生长称为晶体生长。 无论是晶体成核, 还是晶体生长都需要取决于在这个过程中, 溶质析出是以晶核的生成为主还是以晶体的生长为主。成核为主的过程必然形成粒径小的产品, 而生长为主的过程才能生成粒径大的晶体。图 1 一定温度下某物质的溶解度曲线l1 为溶解度曲线, l2 为过饱和浓度曲线。 溶液在l1 以下为不饱和区, 不会析出晶体, 在 l2 上方为过饱和区, 只有在此区域内才能形成晶核, 析出晶体。对于溶质从 a 到 b, 再到 c, 最后到 d 的蒸发过程, 过饱和度可用以下公式来表示:
lnS= lnCd
lnCb= 2δ × M
ρ × R× T× r= 2δ M
ρ RT×1r
式中: S—— —溶液的过饱和度(mol/kg);
δ —— —晶体的表面张力(N/m)
M—— —该物质的分子量(mol)
ρ —— —晶体的密度(kg/m3
)
R—— —摩尔气体常数(J/mol·K)
T—— —温度(K)
r—— —晶体的半径(mm)
Cd—— —在某温度下任意点 d 过饱和溶液浓度Cb—— —在某温度下 b 点的饱和溶液浓度在上面的公式中, 对于某一特定的溶液 δ 、 M、ρ 、 R、 T均为常数, 因此晶核的大小只与溶液的过饱和度有关, 且和溶液的过饱和度成反比, 即溶液的过饱和度越大, 晶体的粒度越小。 要想生产大颗粒元明粉, 必须在生产过程中尽可能降低溶液的过饱和度。
    二、 钙、 镁离子及杂质的影响
    在元明粉蒸发过程中, 随着硫酸钠的析出, 镁离子浓度相对提高, 体系由硫酸钠的结晶区移到了硫酸钠与复盐 3Na2SO4 ·MgSO4 的共饱和线上, 析出了无水钠镁矾结晶, 由于它的颗粒较小, 在硫酸钠溶液中不易沉降, 结晶在饱和度较大的硫酸钠溶液中不再继续长大, 影响产品粒度。 另外, 根据同离子效应,硫酸镁和硫酸钙的存在, 会使硫酸钠溶解度下降, 导致单位时间硫酸钠析出晶体数量增加, 造成硫酸钠晶粒变细。另一方面, 由于元明粉生产是一种顺流生产工艺, 在这种生产工艺中由于自蒸发的存在和母液的补充, 使硝液中的晶核数量大大超标, 当硝液中存在泥沙与悬浮物时, 更大大增加了晶核数量, 必然造成晶粒变细。