专利名称：复分解分步结晶分离法生产硫酸钾的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硫酸钾的生产技术，特别是一种用硫酸铵和氯化钾经复分解反应和分步结晶分离法生产硫酸钾的方法。
由于硫酸钾是一种高效生理性肥料，可作基肥也可作追肥，钾离子容易被植物吸收利用。适量施用硫酸钾肥能使作物茎秆粗壮坚韧，防止倒伏，促进开花结实，并增强抗寒、抗旱、抗病能力。增加产量，提高品质。故广泛用于棉花、水稻、油菜、小麦、甘蔗、烟草、马铃薯、西瓜、果树等作物。
世界工业上生产的钾肥主要品种有氯化钾(KCl)，约占钾肥总产量的85％，硫酸钾(K2SO4)，约占10％。还有少量的硝酸钾(KNO3)，用于经济价值较高的作物。氯化钾产量最多，但氯化钾中的氯离子(Cl-)对马铃薯、烟草、甘蔗、茶叶、西瓜等作物有副作用，不宜多使用。而施用硫酸钾肥能促使茶叶、烟草品质提高，甘蔗、西瓜、菠萝、以及柑类果树的味道鲜甜。因此，硫酸钾更具有优越性，更适用于农业产生。硫酸钾除大部分用作钾肥外，还有少部分用于制造洁净剂、肥皂、化学药品，以及用于纺织染色、玻璃、陶瓷等工业领域。
由于硫酸钾的产量低，需要量大，因此，是世界性的短缺物资。当前我国硫酸钾产量约10万吨/年，与需要量相比，更为短缺。仅就云南而盲，省内硫酸钾产量约3万吨/年，而需要量(仅烟草、甘蔗、西瓜)28万吨/年，缺口25万吨。可见全国缺口之大。90年及94年我国从国外进口硫酸钾119.8万吨，耗资2.4亿美元。但由于是世界性短缺物资，进口数量也受到控制。
生产硫酸钾可用氯化钾和硫酸盐或硫酸加工制得，也可从含硫酸盐的钾资源中制得，还可用草木灰制得。工业上制取的方法比较多，但用结晶分离方法生产，都不能将红氯化钾原料中的红色素去掉，而只能生产出红硫酸钾，由于红硫酸钾混杂有红色素，因此与白硫酸钾相比，杂质多，纯度低。但就国内外氯化钾资源来说，钾盐厂矿及市场上供应的氯化钾绝大部分是红色的，白氯化钾只占少量，因此，利用红氯化钾生产白硫酸钾，是很需要解决的问题。
本发明的目的在于提供一种复分解分步结晶分离法，将红氯化钾原料经该方法处理后成为市场急需的白硫酸钾，同时能降低生产成本，提高产品质量。
由于红氯化钾中的红色颗粒状粉沫，溶解于水后，使氯化钾溶液生成胶体溶液(又称溶胶)，出现丁铎尔现象。为了用红氯化钾生产白硫酸钾，必须滤去红氯化钾溶胶中的红色素，但这种溶胶具有相当稳定的性质，过滤时胶体会穿过滤纸或滤布，使过滤失效。为此，必须设法破坏胶体。
本发明的技术方案是往溶胶中加入电解质溶液。加入电解质后，溶液中离子的总浓度增加，给胶粒吸引相反电荷的离子创造有利条件，使胶粒所带的电荷部分或全部被中和，失去保持稳定的主要因素，易于聚集成较大颗粒而聚沉。胶体发生聚沉作用后，都生成普通的沉淀，因而，溶液容易过滤。而电解质的用量，仅为氯化钾原料量的千分之零点三，用量极少，不会影响到产品的质量。
此外，加热也能破坏胶体，因加热能增加胶粒的运动速度，从而增加它们的碰撞机会，更重要的是加热降低了胶粒对离子的吸附作用，减少胶粒所带电荷，利用它们碰撞时结合成较大颗粒而聚沉。因此，本发明的工艺流程中，对溶液也给予加热。以上两种并用后，滤出的溶液很清澈，生产的硫酸钾为纯白色。
之后利用不同物质在同一溶剂中溶解度的差别，以及各种物质的溶解度随温度的改变而变化的程度不同，可以提纯、分离和制取物质的原理，使氯化钾溶液与硫酸钾溶液混合进行复分解反应。鉴于所述复分解反应生成的硫酸钾和氯化铵，存于同一溶剂中，为混合溶液。而硫酸钾的溶解度0℃时为6.85g/100g水，100℃时为24.1g/100g水，氯化铵0℃时为29.7g/100g水，100℃时为77.3g/100g水，它们的溶解度曲线的坡度差别较大，利用这一性质采用分步结晶分离它们。将它们的混合溶液在一定高温下蒸发浓缩，首先结晶析出的是溶解度受温度影响小的硫酸钾，经过滤，分离晶体和母液，将母液冷却，即析出溶解度随温度下降而显著减少的氯化铵。这样蒸发冷却，重复多次，可将混合物硫酸钾、氯化铵完全分离出来。
本发明的具体工艺方法是(本发明所述的百分比均为重量百分比)1，将红氯化钾投入温度为50-90℃的热水中搅拌至全部溶解；2，在上述溶液中加入0.01-0.05％电解质溶液搅拌均匀后静止10分钟，让氯化钾中的红色颗粒状粉沫，在溶解中形成的胶体受到破坏后，结合成较大颗粒物而聚沉，用滤清器过滤，去除红色素及其夹带的杂质沉淀物；3，将清澈的氯化钾滤液注入温度为80-90℃的硫酸铵溶液中，搅拌进行复分解反应，其反应式为
并对该混合溶液继续加温至104-106℃，使混合溶液蒸发浓缩至浓度为24-26°Be’，结晶出硫酸钾，反应50-80分钟后，进行真空抽滤分离固液相；4，将分离出的硫酸钾用温度为40-60℃的水进行洗涤，按硫酸钾量的5-10％用水，离心分离洗涤液和硫酸钾，洗涤液循环使用，硫酸钾经干燥制得成品并包装；5，将步骤3中真空抽滤所得的氯化铵母液降温搅拌冷却结晶析出氯化铵固体，冷却温度为20-35℃，离心分离出的氯化铵直接作为副产品包装，分离出的母液与洗涤液一同循环使用。
上述2步骤中的电解质采用浓度为25-50％的销酸盐。电解质用量过低，则难于破坏溶液中的胶体，用量过高，则会影响产品质量，所以最佳为0.02-0.04％。
上述步骤1中的加热温度过低，则分子运动缓慢，不利于破坏胶体结构，温度过高，则易使分子运动加快，使形成的胶体颗粒过细，极易通过滤网或过滤器，而难于使之与硫酸钾溶液分离，所以其最佳温度为60-80℃。
本发明与现有技术相比具有下列优点和极积效果
1，本发明可用红氯化钾原料生产出纯度高品质好的白硫酸钾，因此，原料来之容易，而且价格比较便宜，极大降低了生产成本。
2，用本发明生产的硫酸钾，具有纯度高，质量好，产品性能稳定，产品价格便宜等特点，不仅更受农民欢迎，而且在工业上应用时，能够保证产品质量。
3，本发明不仅工艺简单、流程短，设备少、投资小，见效快，而且在硫酸钾反应过程中，为中性反应，PH值6-7，没有废水流出。在蒸发过程中，蒸汽中夹带着极少量氨气逸出，对环境污染极少。从氯化钾溶液中滤出的红色素及夹带的杂质，数量很少，每吨产品中产生1Kg，收集焚烧处理。因此不会产生工业污染。
图1为本发明的工艺流程方框图，本发明生产过程均在常压下进行。
实施例1所使用的红氯化钾和硫酸铵化学成分如下1，将150Kg红氯化钾投入温度为50℃的360Kg热水中搅拌至全部溶解；2，在上述溶液中加入0.04Kg浓度为25％的销酸铵溶液搅拌均匀后静止10分钟，让氯化钾中的红色颗粒状粉沫，在溶解中形成的胶体受到破坏后，结合成较大颗粒物而聚沉，用滤清器过滤，去除红色素及其夹带的杂质沉淀物；3，将140Kg硫酸铵加入到160Kg水中，搅拌并升温至80-90℃，使硫酸铵完全溶解于水中；4，将清澈的氯化钾滤液注入温度为80-90℃的硫酸铵溶液中，搅拌进行复分解反应，并对该混合溶液继续加温至104-106℃，使混合溶液蒸发浓缩至浓度为24-26°Be’，结晶出硫酸钾，反应50分钟后，进行真空抽滤分离固液相；4，将分离出的硫酸钾用温度为40℃的水进行洗涤，按硫酸钾量的5％用水，离心分离洗涤液和硫酸钾，洗涤液循环使用，硫酸钾经干燥制得成品并包装；5，将步骤3中真空抽滤所得的氯化铵母液降温搅拌冷却结晶析出氯化铵固体，冷却至20℃，离心分离出的氯化铵直接作为副产品包装，分离出的母液与洗涤一同循环使用。
实施例21，将150Kg红氯化钾投入温度为90℃的300Kg热水中搅拌至全部溶解；2，在上述溶液中加入0.015Kg浓度为50％的销酸钾电解质溶液搅拌均匀后静止，让氯化钾中的红色颗粒状粉沫，在溶解中形成的胶体受到破坏后，结合成较大颗粒物而聚沉，用滤清器过滤，去除红色素及其夹带的杂质沉淀物；3，将140Kg硫酸铵加入到160Kg水中，搅拌并升温至80-90℃，使硫酸铵完全溶解于水中；4，将清澈的氯化钾滤液注入温度为80-90℃的硫酸铵溶液中，搅拌进行复分解反应，并对该混合溶液继续加温至104-106℃，使混合溶液蒸发浓缩至浓度为24-26°Be’，结晶出硫酸钾，反应80分钟后，进行真空抽滤分离固液相；4，将分离出的硫酸钾用温度为60℃的水进行洗涤，按硫酸钾量的10％用水，离心分离洗涤液和硫酸钾，洗涤液循环使用，硫酸钾经干燥制得成品并包装；5，将步骤3中真空抽滤所得的氯化铵母液降温搅拌冷却结晶析出氯化铵固体，冷却温度为35℃，离心分离出的氯化铵直接作为副产品包装，分离出的母液与洗涤一同循环使用。
权利要求
1，一种用复分解分步结晶分离法生产硫酸钾和方法，它包括复分解反应、过滤粗硫酸钾，冷却结晶、过滤氯化铵，母液、洗涤液循环使用等工艺过程，其特征在于它还包括下列工艺过程A，将原料红氯化钾投入温度为50-90℃的热水中搅拌至全部溶解；B，在上述溶液中加入0.01-0.05％电解质溶液搅拌均匀后静止10分钟，使氯化钾中的红色颗粒状粉沫，在溶解中形成的胶体受到破坏后，结合成较大颗粒物而聚沉，用滤清器过滤，去除红色素及其夹带的杂质沉淀物。
2，根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述A、B过程在进行复分解反应前进行。
3，根据权利要求1所述的方法，其特征在于B过程中所述电解质采用浓度为25-50％的销酸盐，且电解质用量最佳为0.02-0.04％。
4，根据权利要求1所述的方法，其特征在于A过程中的脱色加热温度最佳为60-80℃。
全文摘要
本发明提供一种用复分解分步结晶分离法生产硫酸钾和方法,包括复分解反应,分步结晶,滤清过滤,母液、洗涤液循环使用等工艺过程,其特征在于它还包括往溶胶中加入电解质溶液,并对其进行加热,使氯化钾中的红色颗粒状粉末,在溶解中形成的胶体受到破坏后,结合成较大颗粒物而聚沉,便于用滤清器过滤,去除红色素及其夹带的杂质沉淀物,从而生产出杂质少、纯度高、品质好的白硫酸钾,并能降低生产成本。另本发明工艺中无废水流出,逸出的氨气极少,且溶液中的杂质,每吨产品只有1Kg,收集焚烧处理后不会产生工业污染。
文档编号C01D5/00GK1247161SQ98119088
公开日2000年3月15日 申请日期1998年9月9日 优先权日1998年9月9日
发明者蒙汉勤, 邓杰华 申请人:蒙汉勤, 邓杰华