制取工业硝酸钾与硫酸钙工艺的制作方法
【专利说明】
1、
技术领域
[0001]本发明是一种制造硝酸钾技术，特别涉及一种用硝酸、石灰石(或生石灰，或熟石灰)与硫酸钾反应制取硝酸钾与硫酸钙的技术领域。
2、
【背景技术】
[0002]目前，我国硝酸钾生产方法主要是以硝酸铵与氯化钾为原料，采用复分解循环反应法生产硝酸钾，付产品为氯化铵。生产实际表明，该法存在以下不足:
[0003](I)钾转化率低，氯化钾中的钾约有8-12%进入氯化铵付产品中，造成钾有效转化率低，一般为90%。
[0004](2)能耗与操作费用较高，硝酸铵与氯化钾复分解反应生成硝酸钾与氯化铵工艺过程中，硝酸铵与氯化钾复分解反应生成硝酸钾晶体的转化率低，一般不超过60%，未反应的含硝酸铵与氯化钾的母液量较多，只能返回循环参与下一循环反应，生产I吨硝酸钾需蒸发水量高达2.2吨，导致生产过程中能耗与操作费用较高。
[0005]3、发明目的
[0006]为了克服上述国内硝酸钾生产工艺存在的不足，本发明采用以硝酸、石灰石(或生石灰，或熟石灰)与硫酸钾为原料，通过中和反应与复分解反应制取硝酸钾与硫酸钙。本发明的主要目的是:一是提高硝酸钾生产中钾转化率；二是降低硝酸钾生产过程中能耗与操作费用。
4、
【发明内容】
[0007]本发明主要内容是:先选用硝酸与石灰石(石灰石主要成份为碳酸钙，也可选用生石灰或熟石灰)反应生成硝酸钙溶液，然后将硝酸钙溶液与硫酸钾进行复分解反应，生成硫酸钙沉淀与硝酸钾溶液，生成的硝酸钾溶液经除去钙杂质后，再经蒸发、结晶、分离、干燥即为工业硝酸钾。用硝酸、石灰石与硫酸钾反应制取硝酸钾与硫酸钙总反应方程式如下:
[0008]CaC03+2HN03+K2S04+H20 = 2KN03+CaS04.2H20 I +CO2 t....(I)
[0009]也可以选用硝酸、生石灰(主要成份为氧化钙)与硫酸钾反应制取硝酸钾与硫酸钙，总反应方程式如下:
[0010]Ca0+2HN03+K2S04+H20 = 2KN03+CaS04.2H20 I....(2)
[0011]也可以选用硝酸、熟石灰(主要成份为氢氧化钙)与硫酸钾反应制取硝酸钾与硫酸钙，总反应方程式如下:
[0012]Ca(0H)2+2HN03+K2S04= 2KNO 3+CaS04.2H20 I....(3)
[0013]下面以硝酸、生石灰与硫酸钾反应制取硝酸钾与硫酸钙为例，详细说明本
[0014]
【发明内容】
:
[0015](I)中和反应制取硝酸妈溶液:
[0016]在中和反应器中，加入(6)中返回的循环钾母液III，加入(5)中返回的碳酸钙杂质，加入生石灰、然后慢慢加入硝酸溶液，在不断搅拌条件下，发生中和反应，生成硝酸钙溶液，其主要化学反应方程式表示如下:
[0017]CaO+2HNOs= Ca (NO 3) 2+H20.........(4)
[0018]反应过程中，控制加料速度，控制反应温度为60-100 °C，控制调整反应溶液pH值为6.5-7.0，控制反应制取的中和料液中硝酸钙溶液质量分数为30-70%。如果生石灰过量，溶液在25°C时，会形成三水合碱式硝酸钙，在100°C时，会有二水合物和半水合物形成。其主要化学反应方程式表示如下:
[0019]Ca (OH) 2+Ca (NO3) 2+2H20 = Ca (NO3) 2.Ca0.3H20........(5)
[0020]Ca (OH) 2+Ca (NO3) 2+H20 = Ca (NO3) 2.Ca0.2H20.........(6)
[0021 ] 2Ca (OH) 2+2Ca (NO3) 2 = 2Ca (NO 3) 2.2Ca0.H2CHH20.......(7)
[0022]所以需严格控制硝酸与生石灰反应比例，控制调整反应溶液pH值为6.5-7，防止产生水合碱式硝酸钙。
[0023](2)过滤除杂
[0024]将(I)中反应生成的中和料液送过滤器过滤除去杂质，过滤后杂质用30_95°C水洗涤，滤液与洗涤液合并即为较纯净中和液，主要成份为含硝酸钙与硝酸钾溶液。
[0025](3)复分解反应制取硫酸钙:
[0026]在复分解反应器中，加入(2)中除去杂质的中和液，在搅拌条件下，缓慢加入硫酸钾，硝酸钙与硫酸钾复分解反应生成二水硫酸钙沉淀与硝酸钾。反应过程中，控制反应温度为60-100°C，控制反应溶液中硫酸钾:硝酸钙(摩尔比)=I: (1-1.2)，其主要化学反应方程式如下:
[0027]Ca (NO3) 2+K2S04+2H20 = 2KN03+CaS04.2H20 1.....(8)
[0028]K2S04+CaS04+H20 = K2SO4.CaSO4.H20.......(9)
[0029]上述复分解反应中，为了减少与避免生成K2SO4.CaSO4.Η20复盐沉淀，减少钾的损失，故加入过量硝酸钙。最佳控制反应溶液中硫酸钾:硝酸钙(摩尔比)=I: 1.05。
[0030](4) 二水硫酸钙分离洗涤:
[0031]将(3)中反应料液送过滤器过滤分离得二水硫酸钙晶体，分离的二水硫酸钙用30-95°C水洗涤，分离二水硫酸钙滤液与洗涤液合并，主要成份为含硝酸钾溶液，称之为钾母液I。
[0032](5)硝酸钾溶液除钙:
[0033]将(4)中钾母液I加入除钙反应器中，向除钙反应器中加入碳酸钾，搅拌反应，将钾母液I中含有微量的硫酸钙和硝酸钙中的钙离子除去，其主要化学反应方程式如下:
[0034]CaS04+K2C03= K 2S02+CaC03 1.......(10)
[0035]Ca (NO3) 2+K2C03= 2KN0 3+CaC03 1.......(11)
[0036]控制反应温度60-100°C，反应时间1-3小时，控制调整反应溶液pH值为7-7.5，将反应后溶液过滤除去钙杂质后得钾母液II，钙杂质因含有碳酸钙，返回(I)中循环使用。
[0037](6)蒸发结晶与分离干燥:
[0038]将(5)中钾母液II加热蒸发浓缩至45-55波美度，再冷却至20°C至50°C，溶液结晶析出大量硝酸钾晶体，再将硝酸钾晶体料液进行离心分离得硝酸钾晶体，分离得硝酸钾晶体经干燥后即为工业硝酸钾。分离硝酸钾所得钾母液III返回(I)中循环使用。
[0039]按上述步骤循环操作，即可连续制得工业硝酸钾与二水硫酸钙。
[0040]5、发明特点
[0041]本发明有以下优点:
[0042](I)本发明钾转化率高，达到97%以上，目前国内硝酸铵与氯化钾复分解法生产硝酸钾工艺的钾转化率一般为90%。本发明中，硝酸与生石灰中和反应及硝酸钙与硫酸钾复分解反应都充分完全，故钾转化率高。
[0043](2)本发明能耗与操作费用低，目前国内硝酸铵与氯化钾复分解法生产硝酸钾工艺的能耗与操作费用较高。本发明工艺流程很简单，操作方便，每吨硝酸钾需蒸发水量不超过1.0吨，故能耗与操作费用低。
[0044](3)本发明硝酸钾产品质量好，可达到中国工业硝酸钾GB/T1918-2011国家标准优等品要求，硝酸钾主含量质量分数多99.7%。
[0045](4)本发明选用的原料硝酸、石灰石(或生石灰、或熟石灰)与硫酸钾均廉价易得，工艺