专利名称：一种复分解法制备硝酸钾的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备碱金属化合物的方法，特别是用复分解法制备硝酸钾的方法。
现有技术中用复分解法制备硝酸钾的方法，如《磷肥与复肥》杂志1996年第5期发表的“硝酸钾生产技术开发”一文中所述的用复分解法制备硝酸钾的方法是利用氯化钾和硝酸铵为原料，根据氯化钾硝酸钾氯化铵硝酸铵在不同温度下各物质溶解度之间的差异，选择较高温度下投入氯化钾和硝酸铵进行溶解反应，再将反应料液冷却使温度降低50-120℃，结晶析出固体硝酸钾，将分离出的固体粗硝酸钾产品经热溶重结晶、浆洗涤、过滤干燥得硝酸钾产品。母液经蒸发浓缩析出副产品氯化铵。因其是利用较大的温度差，其存在的缺点有首先，反应料液的冷却过程需通过热交换器强行制冷降温，热交换器的表面很容易结满析出的固体硝酸钾，俗称、冷却面“结疤”，从而阻碍了热交换的进程，影响整个料液的冷却效果，加大了能耗。其次，反应料液的升温溶解过程需加热升温，冷却过程需制冷降温，母液经蒸发浓缩析出副产品氯化铵，而整个生产流程的温差很大，生产过程式能耗相当大。再则，对原料的纯度质量要求高，要求原料氯化钾的纯度在座95％以上，硝酸铵的纯度在98％以上；并且原料利用率只有60-70％，生产成本高。反应料液中未析尽的钾随母液蒸发浓缩进入副产品氯化铵中，使副产品氯化铵的纯度低，含钾量高达11-12％，只能作为附加值较低的农用氮钾复合肥。并且，该方法不能进行连继生产，规模化生产有困难。
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种根据氯化钾、硝酸钾、氯化铵、硝酸铵在四元交互体系相图的相区，控制反应料液的成份，使其组成依次处于硝酸钾、氯化铵的结晶区，在同一温度下进行复分解反应和硝酸钾产品结晶两个过程的，硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序料液循环反应的复分解法制备硝酸钾的方法。
本发明的目的是由以下技术方案来达到，本发明是一种复分解法制备硝酸钾的方法，其特点是该方法是硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序料液循环反应的生产方法，硝酸钾结晶工序为在36-43℃的反应温度下，将硝酸铵、氯化钾、水按有效成份为0.5-1.6∶1.91∶8.82的摩尔比配制组成达到硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点的反应料液，然后继续加入淡水和氯化钾同时搅拌均匀使反应料液组成达到36-43℃温度下硝酸钾的过饱和状态，反应料液组成始终处于36-43℃温度下硝酸钾的结晶区内，使物料反应0.5-1.5小时后，将料液中析出的固体硝酸钾分离，余下的母液为36-43℃温度下硝酸钾、氯化铵的另一共饱和点的第一段母液；氯化铵结晶工序为将第一段母液升温至56-63℃，加入硝酸铵使其组成达到56-63℃温度下氯化铵的饱和点，处于56-63℃温度下氯化铵结晶区内，再将其在56-63℃温度下进行负压蒸发，去掉多余的水份，使料液处于氯化铵的过饱和状态，将析出的固体氯化铵分离，余下的母液补入前段被负压蒸发去的水冷却至36-43℃为第二段母液，第二段母液组成又回复到硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点；再将其重复返回硝酸钾结晶工序，再重复料液循环反应过程，不断依次得到固体硝酸钾和固体氯化铵。
根据氯化钾、硝酸钾、氯化铵、硝酸铵在四元交互体系相图的相区，控制反应料液的成份，使其组成依次处于硝酸钾、氯化铵的结晶区；在同一个结晶工序中，反应料液是在同一温度下进行复分解反应和硝酸钾产品结晶两个反应过程。硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序之间料液的循环反应工艺为工业流程化连续生产提供了保证。在两个结晶工序之间，仅有接近于常温的较小温差，即在36-43℃的温度下加入氯化钾和水结晶出硝酸钾，在56-63℃的温度下加入硝酸铵结晶出氯化铵，氯化铵结晶过程要求的浓度较高，因此在硝酸钾结晶过程和氯化铵结晶过程之间设置一个蒸发工序，以除去多余的水份。大量母液则在硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序之间循环。
本发明的目的还可以通过以下方案进一步达到。前述的复分解法制备硝酸钾的方法，其特点是将分离出的固体硝酸钾经热溶重结晶、浆洗涤、过滤干燥得高纯硝酸钾产品。
本发明的目的还可以通过以下方案进一步达到。前述的复分解法制备硝酸钾的方法，其特点是硝酸钾结晶工序的最佳反应温度为40℃，与氯化铵结晶工序最佳反应温度为60℃。
本发明的目的还可以通过以下方案进一步达到。前述的复分解法制备硝酸钾的方法，其特点是硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序之间的反应温度相差20℃。
本发明的目的还可以通过以下方案进一步达到。前述的复分解法制备硝酸钾的方法，其特点是硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序分别在硝酸钾结晶器与氯化铵结晶器两个结晶器内进行，在硝酸钾结晶器中，向硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点的料液中加入淡水和氯化钾反应后，再将分离固体硝酸钾后余下的第一段母液输入氯化铵结晶器中，同时将第一段母液升温，在氯化铵结晶器中加入硝酸铵，负压蒸发多余水分，再将分离固体氯化铵后加水冷却至36-43℃后的第二段母液作为硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点料液，返回输入硝酸钾结晶器中，继续进行硝酸钾结晶工序，再重复循环过程，大量的母液在硝酸结晶工序和氯化铵结晶工序之间循环。通过结晶器完成全程工序，能够获得颗粒结晶的优质硝酸钾产品。
本发明的目的还可以通过以下方案进一步达到。前述的复分解法制备硝酸钾的方法，其特点是硝酸钾结晶工序中产生的第一段母液，其40-60％部份输入氯化铵结晶器参与氯化铵结晶工序，另外60-40％部份返回硝酸钾结晶器继续参与硝酸钾结晶工序。返回硝酸钾结晶器的母液继续参与硝酸钾结晶工序，其自身不参于反应，但可以为参于反应的组份提供较好的结晶和分离环境。
本发明的目的还可以通过以下方案进一步达到。前述的复分解法制备硝酸钾的方法，其特点是硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序之间设置分离母液在循环过程中带出的杂质和分离装置。可以去除料液中的杂质，提高产品的纯度。
本发明与现有技术相比，首先，在每个结晶工序中，反应料液是在同一温度下进行复分解反应和结晶反应两个反应过程，大大简化了工艺流程，大幅度降低了能耗；其次，硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序之间的温差小，低温区接近于常温，其料液的循环的冷却过程是依靠补充水分和自然降温完成，而不需要通过热交换器强行制冷降温，杜绝了冷却面“结疤”对反应料液冷却效果的影响，进一步降低了能耗；同理。硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序之间的温差小，反应料液的升温过程能耗也小；再则，因循环的母液可带走部分杂质，故对原料的纯度要求也低，原料氯化钾和硝酸铵的纯度均达80％即可，甚至可以用重量百分比浓度为60-70％的氯化钾和硝酸铵溶液；并且原料利用率达85-90％，每吨硝酸钾产品的生产成本降低的200元左右。反应料液中的钾基本上成为副加值较高的硝酸钾，其产品质量达到纯度不小于96％的优级品。副产品氯化铵的纯度也得以提高，含钾量以氧化钾计不大于3％；并且，本发明流程简单，操作方便，产品质量稳定，连续流程化工艺易于规模化生产。
图1为本发明的工艺流程图。
图2为氯化钾、硝酸钾、氯化铵、硝酸铵在四元交互体系相区中，40℃、60℃下的相图。
下面的实施例进一步描述了本发明的发明内容。
实施例一、本实施例的复分解法制备硝酸钾的方法，该方法是硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序料液循环反应的生产方法，见图1、图2，生产原料氯化钾含量为93％，硝酸钾结晶工序为在40℃的反应温度下，在22升的硝酸钾结晶器中，将硝酸铵、氯化钾、水按有效成份为1∶1.91∶8.82的摩尔比连续加入达到硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点(a点)的反应料液，然后继续加入淡水和氯化钾同时搅拌均匀使反应料液组成达到40℃温度下硝酸钾的过饱和状态(b点)，反应料液组成始终处于40℃温度下硝酸钾的结晶区内，使物料停留时间为1小时，将料液中析出的固体硝酸钾分离，余下的母液为40℃温度下硝酸钾、氯化铵的另一共饱和点(c点)的第一段母液，硝酸钾结晶工序中产生的第一段母液，其40％部份输入氯化铵结晶器参与氯化铵结晶工序，另外60％部份返回硝酸钾结晶器继续参与硝酸钾结晶工序。循环母液的量为每小时19.6公斤；氯化铵结晶工序为在22升的氯化铵结晶器中，将第一段母液升温至60℃，加入硝酸铵使其组成达到60℃温度下氯化铵的饱和点(d点)，处于60℃温度下氯化铵结晶区内，再将其在60℃温度下，在负700毫米汞柱下进行负压蒸发，去掉多余的水份，使料液处于氯化铵的过饱和状态，将析出的固体氯化铵分离，余下的母液补入前段被负压蒸发去的水冷却至40℃为第二段母液，第二段母液组成又回复到硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点；再将其重复返回硝酸钾结晶工序，再重复料液循环反应过程，不断依次得到固体硝酸钾和固体氯化铵。硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序之间设置分离母液在循环过程中带出的杂质和分离装置。将分离出的固体硝酸钾经热溶重结晶、浆洗涤、过滤干燥得96％的高纯硝酸钾产品。钾离子回收率为94.7％。
实施例二、下面的实施例继续描述了本发明的发明内容。本实施例的复分解法制备硝酸钾的方法，该方法是硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序料液循环反应的生产方法，生产原料氯化钾的含量为80％，硝酸钾结晶工序为在36℃的反应温度下，在22升的硝酸钾结晶器中，将硝酸铵、氯化钾、水按有效成份为0.5∶1.91∶8.82的摩尔比连续加入达到硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点的反应料液，然后继续加入淡水和氯化钾同时搅拌均匀使反应料液组成达到36℃温度下硝酸钾的过饱和状态，反应料液组成始终处于36℃温度下硝酸钾的结晶区内，使物料停留时间为0.5小时，将料液中析出的固体硝酸钾分离，余下的母液为36℃温度下硝酸钾、氯化铵的另一共饱和点的第一段母液，循环母液的量为每小时19.6公斤；氯化铵结晶工序为在22升的氯化铵结晶器中，将第一段母液升温至56℃，加入硝酸铵使其组成达到56℃温度下氯化铵的饱和点，处于56℃温度下氯化铵结晶区内，再将其在56℃温度下，在负600毫米汞柱下进行负压蒸发，去掉多余的水份，使料液处于氯化铵的过饱和状态，将析出的固体氯化铵分离，余下的母液补入前段被负压蒸发去的水冷却至36℃为第二段母液，第二段母液组成又回复到硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点；再将其重复返回硝酸钾结晶工序，再重复料液循环反应过程，不断依次得到固体硝酸钾和固体氯化铵。将分离出的固体硝酸钾经过滤干燥得95％的高纯硝酸钾产品。钾离子回收率为93.34％。
实施例三、下面的实施例继续描述了本发明的发明内容。本实施例的复分解法制备硝酸钾的方法，该方法是硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序料液循环反应的生产方法，生产原料氯化钾含量为95％，硝酸钾结晶工序为在43℃的反应温度下，在22升的硝酸钾结晶器中，将硝酸铵、氯化钾、水按有效成份为1.6∶1.91∶8.82的摩尔比连续加入达到硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点的反应料液，然后继续加入淡水和氯化钾同时搅拌均匀使反应料液组成达到43℃温度下硝酸钾的过饱和状态，反应料液组成始终处于43℃温度下硝酸钾的结晶区内，使物料停留时间为1.5小时，将料液中析出的固体硝酸钾分离，余下的母液为43℃温度下硝酸钾、氯化铵的另一共饱和点的第一段母液，硝酸钾结晶工序中产生的第一段母液，其60％部份输入氯化铵结晶器参与氯化铵结晶工序，另外40％部份返回硝酸钾结晶器继续参与硝酸钾结晶工序。循环母液的量为每小时19.6公斤；氯化铵结晶工序为在22升的氯化铵结晶器中，将第一段母液升温至63℃，加入硝酸铵使其组成达到63℃温度下氯化铵的饱和点，处于63℃温度下氯化铵结晶区内，再将其在63℃温度下，在负300毫米汞柱下进行负压蒸发，去掉多余的水份，使料液处于氯化铵的过饱和状态，将析出的固体氯化铵分离，余下的母液补入前段被负压蒸发去的水冷却至43℃为第二段母液，第二段母液组成又回复到硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点；再将其重复返回硝酸钾结晶工序，再重复料液循环反应过程，不断依次得到固体硝酸钾和固体氯化铵。将分离出的固体硝酸钾经热溶重结晶、浆洗涤、过滤干燥得96％的高纯硝酸钾产品。钾离子回收率为94.8％。
权利要求
1.一种复分解法制备硝酸钾的方法，其特征在于该方法是硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序料液循环反应的生产方法，硝酸钾结晶工序为在36-43℃的反应温度下，将硝酸铵、氯化钾、水按有效成份为0.5-1.6∶1.91∶8.82的摩尔比配制组成达到硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点的反应料液，然后继续加入淡水和氯化钾同时搅拌均匀使反应料液组成达到36-43℃温度下硝酸钾的过饱和状态，反应料液组成始终处于36-43℃温度下硝酸钾的结晶区内，使物料反应0.5-1.5小时后，将料液中析出的固体硝酸钾分离，余下的母液为36-43℃温度下硝酸钾、氯化铵的另一共饱和点的第一段母液；氯化铵结晶工序为将第一段母液升温至56-63℃，加入硝酸铵使其组成达到56-63℃温度下氯化铵的饱和点，处于56-63℃温度下氯化铵结晶区内，再将其在56-63℃温度下进行负压蒸发，去掉多余的水份，使料液处于氯化铵的过饱和状态，将析出的固体氯化铵分离，余下的母液补入前段被负压蒸发去的水冷却至36-43℃为第二段母液，第二段母液组成又回复到硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点；再将其重复返回硝酸钾结晶工序，再重复料液循环反应过程，不断依次得到固体硝酸钾和固体氯化铵。
2.根据权利要求1所述的复分解法制备硝酸钾的方法，其特征在于将分离出的固体硝酸钾经热溶重结晶、浆洗涤、过滤干燥得高纯硝酸钾产品。
3.根据权利要求1所述的复分解法制备硝酸钾的方法，其特征在于硝酸钾结晶工序的最佳反应温度为40℃，与氯化铵结晶工序最佳反应温度为60℃。
4.根据权利要求1所述的复分解法制备硝酸钾的方法，其特征在于硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序之间的反应温度相差20℃。
5.根据权利要求1所述的复分解法制备硝酸钾的方法，其特征在于硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序分别在硝酸钾结晶器与氯化铵结晶器两个结晶器内进行，在硝酸钾结晶器中，向硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点的料液中加入淡水和氯化钾反应后，再将分离固体硝酸钾后余下的第一段母液输入氯化铵结晶器中，同时将第一段母液升温，在氯化铵结晶器中加入硝酸铵，负压蒸发多余水分，再将分离固体氯化铵后加水冷却至36-43℃后的第二段母液作为硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点料液，返回输入硝酸钾结晶器中，继续进行硝酸钾结晶工序，再重复循环过程，大量的母液在硝酸结晶工序和氯化铵结晶工序之间循环。
6.根据权利要求1所述的复分解法制备硝酸钾的方法，其特征在于硝酸钾结晶工序中产生的第一段母液，其40-60％部份输入氯化铵结晶器参与氯化铵结晶工序，另外60-40％部份返回硝酸钾结晶器继续参与硝酸钾结晶工序。
7.根据权利要求1所述的复分解法制备硝酸钾的方法，其特征在于硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序之间设置分离母液在循环过程中带出的杂质和分离装置。
全文摘要
一种复分解法制备硝酸钾的方法,是硝酸钾结晶工序与氯化铵结晶工序料液循环反应的生产方法,将硝酸铵、氯化钾、水配制到硝酸钾和氯化铵的初始共饱和点的反应料液,加入淡水和氯化钾,将固体硝酸钾分离,得第一段母液;将第一段母液升温,加入硝酸铵,再进行负压蒸发,将固体氯化铵分离,余第二段母液返回硝酸钾结晶工序,再重复循环反应过程。大幅度降低了能耗和对原料纯度的要求,生产成本降低。流程简单,连续化工艺易规模化生产。
文档编号C01D9/10GK1304878SQ01108280
公开日2001年7月25日 申请日期2001年2月28日 优先权日2001年2月28日
发明者郑宁, 程忠, 陈冠荣, 李风武 申请人:化学工业部连云港设计研究院