专利名称：用硫酸铵和氯化钾制取硫酸钾的方法
技术领域：
本发明是一种有关硫酸钾的生产技术，特别是一种用硫酸铵与氯化钾制取硫酸钾的方法。本发明属无机化学类，涉及用硫酸铵复分解制备硫酸钾技术领域。
硫酸钾是一种重要的无氯钾肥，大量用于烟草、柑桔、葡萄等经济作物，同时它又是一种基本化工原料，用于玻璃、染料及医药上，我国一年需求量约为50多万吨，目前基本全部依赖进口。
硫酸钾的生产方法有很多种，而利用硫酸铵、氯化钾转化制取硫酸钾具有原料易得的优势，因而受到各国的重视。
US1922682提出了将硫酸铵与氯化钾固体放入高温炉中使生成的氯化铵分解挥发，从高温炉中连续排出产品硫酸钾，挥发的氨用石灰回收，再与硫酸生成硫酸铵。此方法特点是产品硫酸钾纯度较高，但其缺陷是工艺流程长、成本高、腐蚀大、回收氨造成环境污染。
DE1902738介绍了用硫酸铵、氯化钾及少量含氨母液反应生成含氯化铵、硫酸钾的混合物及母液，然后用萃取剂将氯化铵从混合物中萃取出来，此法特点是副产氯化铵纯度高但产品硫酸钾纯度不高，而且还要消耗大量萃取剂。
DE946434、DE2142114、CA1197663以及JP7322907分别介绍了用硫酸铵母液与氯化钾在通入氨或加入甲醇情况下进行转化反应制取硫酸钾，这类方法从实质上是利用氨或甲醇介质的存在改变了产品硫酸钾易与硫酸铵形成固溶体特点，提高了硫酸钾纯度，但是其不足之处，一是需建立氨、甲醇回收系统造成投资大、成本高;二是环境污染严重。
FR765282、JP7220457分别介绍了用过量硫酸铵与氯化钾在水溶液中先第一步反应生成硫酸钾含量较低的粗硫酸钾，然后用一定的氯化钾溶液与第一步产生的粗硫酸钾再进行第二步反应，这样使粗硫酸钾中形成固溶体的硫酸铵与氯化钾再充分转化，从而使产品硫酸钾中氧化钾达50%以上，但是由于采用第二步氯化钾水溶液加入，一定程度上使硫酸钾产率大大降低，而且随着水量的大量加入导致母液过剩，多余母液只能排放，经济上不合理。
国内《化肥工业》1987年第1期第6页报导了采用硫酸铵与氯化钾在60℃水溶液反应生成硫酸钾，过滤分离得产品硫酸钾与母液，然后将此母液进行蒸干得副产氯化铵混合肥料，该法工艺简单、投资省，但能耗很高。而且母液不循环使用，钾转化率仅60%。
本发明的目的是为了克服上述硫酸铵与氯化钾转化制硫酸钾的诸多缺陷，又进一步考虑目前我国进口硫酸钾有98%都用于农用掺兑作无氯肥料现实。提出了一条流程简单、操作容易、钾利用率高、节能、母液循环使用、无环境污染的制取硫酸钾独特生产方法。
本发明技术方案是采用一步湿法，先将固体硫酸铵溶解后再与粉状氯化钾在一定条件下溶解并进行复分解反应生成硫酸钾和氯化铵，其反应式为
反应后产物根据不同温度其溶解度不同而进行分离，首先在温度较高情况下进行液固分离，硫酸钾进入固相，经水洗涤精制，控制水温和水量制得符合ZBG21006-89农业用硫酸钾产品标准中一级品K2O≥45%、Cl≤2.5%的硫酸钾，硫酸钾中钾折算成氧化钾含量大于47%，硫酸钾中氯含量小于2.5%;液固分离后的液相即母液Ⅰ以NH4Cl为主体，采用降温冷却结晶分离出氯化铵固相，分离出氯化铵固相后的母液Ⅱ大部份返回系统与前面洗涤液一道再溶解硫酸铵与氯化钾继续进行复分解反应，少量母液Ⅱ蒸发得出固体氯化铵。
本发明的工艺流程方框示意图如
图1所示，所有操作均在常压下进行。(参见图1)1、先将硫酸铵固体和循环母液Ⅱ、洗涤液(从上次循环中得到，若第一次实验时，采用人工配制)少量水在容器中进行常温混合，搅拌将此混合物升温溶解，待温度升至60～80℃时，再加入已粉碎至0.1～1毫米粒度的氯化钾粉沫，并不断搅拌。
2、在60～80℃中将上述混合料液保温进行复分解反应，并继续搅拌，反应时间为30～90分钟，待反应完结后，沉淀并进行真空抽滤分离固液相，固相为粗硫酸钾，液相为母液Ⅰ送去冷却结晶析出氯化铵固相。
3、将分离制得粗硫酸钾固相用水进行洗涤，水温控制在20～90℃，洗涤水用量用水量与粗硫酸钾之比为1∶1～2(重量比)，将洗涤液与精硫酸钾分离，洗涤液循环使用，精制硫酸钾经干燥制得成品。
4、将分离粗硫酸钾所得母液Ⅰ降温冷却结晶析出氯化铵固相，冷却温度控制在10～40℃，然后真空抽滤分离得氯化铵固体与母液Ⅱ，母液Ⅱ绝大部分循环使用，氯化铵固体进行干燥得副产品冷却氯化铵。
5、上述母液Ⅱ少部分送蒸发器，蒸发去水，制得副产品蒸干氯化铵。在分离、冷却过程中有部分机械损失。复分解反应时，有部分水蒸发。
图1为本发明的一种用硫酸铵与氯化钾制取硫酸钾方法的工艺流程方框示意图。
图2和图3为本发明实施例1和实施例2的工艺流程方框示意图。图中标出各物流的重量流量(克)。
下面结合两个实施例进一步阐明流程操作过程实施例1，参见图2。
为了便于说明，我们将实施例1的操作步骤绘在图2上，在操作中各种物料的重量也列在图2上(图中括号内的数字为实验中物料的重量，单位克)，它们的化学成份含量列在表1上，所用硫酸铵为南京钢铁厂产品。
将86克硫酸铵与人工配制母液Ⅱ300克、洗涤液122克(组成见表1)，在20℃加入800毫升烧杯中，再加入10克水，将此混合液置于带有电加热装置，带有搅拌装置的玻璃水浴中进行升温溶解，待温度达60℃时，向此溶液中加入粒度为0.5毫米氯化钾95克，保温进行复分解反应。复分解时，因温度高蒸发出水28.17克。
反应1小时后，保温沉降10分钟，倾出清液，剩下浆料在真空抽滤下进行固液分离，得粗硫酸钾125克，机械损失34.3克，将滤液与沉降清液合并共得425克(称母液Ⅰ)混合供下阶段冷却用，向125克固体粗硫酸钾中加入70℃热水100克进行洗涤，抽滤分离出洗液134克，得精硫酸钾91克。
将复分解反应后固液分离所得母液Ⅰ425克冷却至20℃时结晶析出氯化铵并进行真空抽滤分离，得滤液354克，固体氯化铵54克，机械损失17克，此过滤母液Ⅱ中300克返回前面，用于溶解硫酸铵和氯化钾，剩下54克母液Ⅱ加热蒸发至干得蒸干后氯化铵19.2克。水蒸发34.8克。
实施例2参见图3。
实施例2的操作步骤与实施例1相同，各物料重量见图3，各种物料的实验数据任列在括号中。其中母液Ⅱ，洗涤液均来自上一循环产出。本实施例的各种物料的化学成份含量列在表2中。
将86克硫酸铵与上一循环产出母液Ⅱ300克，洗液122克在30℃时混合，再加入10克水，将此混合液置入带有电加热和搅拌装置的玻璃水浴中升温溶解，待温度达80℃时，向此溶液中加入粒度为0.1毫米氯化钾95克，保温复分解反应。此时自动蒸发去水28.4克。
反应40分钟后，保温沉降20分钟，倾出清液，剩下浆料真空抽滤分离得固体粗硫酸钾138克，机械损失16.6克，将滤液与沉降清液合并共得430克(称母液Ⅰ)混合供下阶段冷却用，向138克固体粗硫酸钾加入50℃热水100克进行洗涤，抽滤分离出洗涤液144克，精硫酸钾94克。
将复分解反应后固液分离的母液Ⅰ430克冷却至25℃时结晶析出氯化铵，并进行真空抽滤分离，得滤液母液Ⅱ350克，固体氯化铵57克，机械损失23克，此母液Ⅱ中300克返回前面，用于溶解硫酸铵和氯化钾，剩下50克母液Ⅱ加热蒸发得氯化铵17.4克。水蒸发32.6克。
通过实施例1及实施例2可以看出，本发明优点是可用硫酸铵和氯化钾制出合格的农用硫酸钾一级品。本实施例1和2所得硫酸钾含量折成氧化钾分别47.50%与47.05%;实施例1中转入产品硫酸钾中氧化钾转化率为73.20%，实施例2达74.9%，这比国内利用硫酸铵，氯化钾转化生产硫酸钾的收率平均60%要高，即钾利用率高;同时本发明采用冷却结晶析出氯化铵要比国内采用蒸发法回收氯化铵节省大量能耗;本发明在整个工艺中溶液基本形成闭路循环，故无三废排放。本发明流程简单、操作容易，采用常压下的搅拌反应，常规的液固分离，产品硫酸钾和副产品氯化铵均可用于不同需求肥料中，具有重要的社会效益和经济效益。
权利要求
1.一种用硫酸铵和氯化钾制取硫酸钾的方法，其特征在于先将硫酸铵固体用循环母液、洗涤液、少量水进行混合溶解，在一定温度下加入粉状氯化钾进行搅拌溶解并进行复分解反应，待反应完毕后进行液固相过滤分离，固相粗硫酸钾用水进行洗涤得精制硫酸钾固体和洗涤液，过滤粗硫酸钾所得的滤液进行降温冷却结晶析出氯化铵固体，分离出氯化铵后的母液与洗涤粗硫酸钾的洗涤液返回循环使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于粉状氯化钾固体的粒径要求为0.1～1毫米。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于制取硫酸钾时的复分解反应温度为60～80℃，反应时间为30～90分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于洗涤粗硫酸钾的水温为20～90℃，用水量与粗硫酸钾重量比例为1∶1～2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于分离粗硫酸钾后所得滤液冷却结晶析出氯化铵时的温度为10～40℃。
全文摘要
一种用硫酸铵和氯化钾制取硫酸钾的方法，属无机化学类，涉及用硫酸铵复分解制备硫酸钾技术领域，是将硫酸铵、氯化钾、循环母液、洗涤液在一定条件下混合反应，经过滤得粗产品硫酸钾，粗产品硫酸钾经水洗涤得精产品硫酸钾。滤液经降温冷却结晶析出氯化铵，分离出氯化铵后的母液与洗涤液返回循环使用。本发明流程简单，操作容易，钾利用率高，母液循环使用，无三废污染。产品硫酸钾达农用硫酸钾一级品标准。
文档编号C01C1/16GK1100699SQ93111750
公开日1995年3月29日 申请日期1993年9月23日 优先权日1993年9月23日
发明者郭智忠, 金立琼, 史祥钧, 赵秀键, 李全 申请人:南京化学工业(集团)公司研究院