专利名称:电解混合法制取氯酸钾的制作方法
本发明之技术领域：
属化工无机盐专业，为一种制取氯酸钾的方法。
本发明是关于将氯化钠、氯化钾两原盐水分别精制后，在阶梯式电槽中平行进行连续电解，并使该两电解流出液按定量控制连续相混，以发生液相复分解反应生成氯酸钾的方法。该方法适用于工业上制备氯酸钾产品。
目前国内外普遍采用的氯酸钾电化学制法，是电解精制的氯化钠饱和盐水获取氯酸钠溶液，再以此溶液与固体氯化钾发生复分解反应制得氯酸钾产品(简称二步法)。该方法流程长、有污染、消耗与成本高、劳动强度大。经检索查到了一份1975年5月27日意大利在美国申请的U.S.P 4046653专利文献《新电解法和设备》(作者oronzio dl Nora Vitlorio dl Nora Placedo.M.SP aziante)。该专利文献描述了一种氯化钾直接电解制取氯酸钾的过程(简称一步法)。它是关于将氯化钾盐水送入铂或铂合金等贵重材料涂层的金属阳极电槽中，在摄氏90～110度沸腾状况下进行电化学反应过程，获取的电解液kClo3浓度可达210g/l。但由于其槽温高、腐蚀重，所需电极材料贵重难得，至今尚难在工业化生产中普及采用。印度《应用化学生物工艺杂志》1974年24、43-47上登载的《由氯化钾生产氯酸钾的二氧化铅阳极》一文中叙述的方法，在电解槽温偏低(摄氏55～60度)情况下，较好的解决了阳极材料问题，但更存在一步法工艺通有的电解深度浅(电解液kclo3含量仅80～160g/l)、过程液量大、和产品质量不稳定(后处理时kcl易随kclo3共同析出)等弊病。
本发明在于克服了上述工艺中存在的问题，开发一种流程短、质量高、消耗少、成本低、建设投资省、综合效益明显的氯酸钾制备方法。
本发明的基本原理是应用电化学方法获得氯酸钠溶液(含氯化钠，简称钠电解液)，和氯酸钾溶液(含氯化钾，简称钾电解液)，并使该钠、钾两电解流出液按定量控制连续相混，钠电解液中的氯酸钠与钾电解液中的氯化钾，立即在水溶液中发生复分解反应，从而转化为氯酸钾的过程。其电化学反应方程式为
(溶液中剩余未电解的kcl)
(溶液中剩余未电解的Nacl)将①、②两电解流出液，在摄氏80～90度条件下，按理论配比定量混合，发生复分解反应
钾电解流出液中剩余的kcl较为彻底的转变为kclo3。
③式复分解液经降温结晶、分离，使复分解液中过饱和的氯酸钾呈结晶状态析出而获得其产品。
采用本发明时，其实施办法如下如附图一所示在300g/l以上的饱和Nacl盐水，和260g/l以上的饱和kcl盐水中，分别加入Bacl2、NaOH、Na2CO3等辅助原料进行精制。经沉降过滤后制成的精盐水，含SO＝4在0.1g/l以下，Mg++、Ca++含量在8PPM以下。将此精盐水加入Na2Cr2O7调液，维持盐水中Na2Cr2O7含量在1.5～4g/l，分别送入钠、钾各自系统的初始电槽中。用0.7～4.5N的酸性盐水，向各阶梯式电槽中补液，维持各槽电解液PH在6～6.9之间。在阳极电流密度8～12A/dm2、电流浓度3～4.5A/l、槽温摄氏80～90度条件下进行连续电解。经电解后，钠系统末槽流出的电解液NaclO3浓度控制在420g/l时，含未电解的Nacl80～120g/l;钾系统末槽流出的电解液kclo3浓度为110～130g/l时，含未电解的kcl为200～270g/l。将该两电解液在摄氏80～90度条件下，按kcl略低于理论量控制，使其连续相混，让钠电解液中充足的Naclo3，与钾电解液中剩余的kcl发生复分解反应。生成kclO3浓度为270～300g/l(含NaCl在150～200g/l)的复分解液，经结晶(摄氏0～10度)、分离即得粗氯酸钾。一次母液送往真空蒸发缸蒸发采盐，母液继续浓缩至比重达1.4以上为蒸发完成液，经结晶(摄氏0～10度)、分离得到的粗氯酸钾，与原得的粗氯酸钾一道送往后工序进行精制提纯处理。二次母液送往采盐器化盐，调节盐水至饱和浓度、kclo3含量＜40g/l以下，与新补充的精盐水一道经钠调液槽、返钠电解槽循环使用。
本发明由于kcl盐水和Nacl盐水一样采用了前处理工艺，又电解液中有盐酸存在、电解过程中有氯气产生，和在槽温摄氏80～90度的电解条件下，有利于除掉两盐水中的溴化物和溴酸盐杂质。其化学反应可在电解过程中连续进行，以钾电解系统为例，其反应过程为
生成的溴气由氢气流带出，经矸吸收排空。电解流出液中溴含量＜0.8g/l，比目前国内二步法工艺采用了除溴措施的电解液溴含量还低一倍多，对降低氯酸钾产品中的溴杂质含量有利。
本发明由于将氯化钾中SO＝4杂质处理在电解前，从而保证了电解液和循环母液的洁净，无固体氯化钾复分解时带入的大量杂质。勿需再用氯化钡处理循环母液中的SO＝4杂质，从而避免了母液中的有用成份-CrO＝4随BaSO4的共析损失(即Na2Cr2O7可少流失95%以上)。
又不产生铬渣污染，使铬渣污染源消除在生产过程中。
本发明由于复分解液比二步法的复分解洁净、含盐量低，比一步法工艺的电解液氯酸钾浓度高(270～300g/l)，可以不必在蒸发工序将母液水份完全蒸掉，能够将蒸发后的二次母液(含Nacl150～200g/l)，直接经化盐后供钠组电解系统循环使用。比两步法和一步法工艺要减少过程液量一倍，蒸发负荷小，有利于工业化生产。
本发明由于复分解液洁净、含盐量低，而且其溶液组成是kclo3-Nacl体系，避免了一步法kclo3-kcl体系中k+同离子效应的共析结晶情况发生(一旦kcl包含在kclo3晶片内，就很难通过分离机洗掉，使产品cl-杂质指标不好控制)。本工艺产品质量稳定，操作容易控制，一次结晶的粗氯酸钾纯度即可达到99%以上。
本发明所采用的主要设备，为网状金属阳极与条形阴极电解槽，它可以使电解过程中产生的氢气与氯气分别于两极之间和外部逸出，槽压低、耗能少。
电槽的设计参数为电流强度6000～9000A极间距离6m/m阳极材质钌钛锡网状金属阳极阴极材质铁阳极面积7.5m2阴极电流密度8～12A/dm2电流浓度3～4.5A/l槽压2.6～3V电流效率90～96%电压效率61.5～53%
电能效率48～59%直流电耗3554～4375度/吨-kclO3交流电耗3702～4557度/吨-kclO3如上所述，本发明是关于二步法和一步法技术的综合应用，在工艺过程和技术经济等方面，均明显的优于目前国内外采用的二步、一步电解法生产氯酸钾的工艺方法，主要有如下几个方面1、简化了生产流程，比目前国内二步法工艺吹掉了压滤、复分解、母液(含铬渣)处理、回收盐水处理、物料输送等多个生产工序。
2、工艺合理，盐水精制-电解-复分解几个主要工序形成了一个密闭循环系统;其复分解液的kclo3含量高(270～300g/l)，过程液量少，蒸发负荷小。
3、复分解液洁净、含盐量低、并避开了钾的同离子效应产生，氯酸钾产品质量高。
4、砍掉了生产条件差的工序和岗位，除溴在电解过程中进行，铬污染源消除在生产过程中，劳动强度小，社会效益好。
5、采用了先进的网状金属阳极与条形阴极电解槽，可使电解在较高温度下进行，能保证较高的电流效率，槽压低，耗电少。
6、主辅原料消耗低，节能效果显著(比二步法水耗下降1/3、电解用电节约1/6、动力电耗与汽耗降低一倍)，产品成本降低10%以上，经济效益明显。
7、所需设备台数少、吨位小，建设投资省，回收资金快。
由Ncl饱和精盐水连续电解制取钠电解液的工艺方法，和由kcl饱和精盐水直接连续电解制取钾电解液的工艺方法，已经为国内外生产和科研实践所证实，本实例不再叙述此部份内容，而是从配制钾、钠两个已知电解液出发进行验证。
实例一配制钠电解液NaclO3浓度421.3g/l，含Nacl104.5g/l，并调节PH至6.5为钠溶液;再配制钾电解液kclO3浓度为131.7g/l，含kcl249.5g/l，调节PH至6.5为钾溶液。将钠、钾两溶液在摄氏85度恒温条件下，按体积1∶1.18的配比相混合，使其发生液相复分解反应。在该复分解溶液尚未析出结晶之前，迅速取样测定，测得kclO3含量为280.3g/l，Nacl含量152.4g/l。此液经结晶、分离得粗氯酸钾。在降温至摄氏22度条件下，测分离后的母液组成，其Nacl含量178.7g/l，kclO3含量75.7g/l，可经蒸发、结晶、分离，做钠电解系统循环母液使用。
实例二配制钠电解液NaclO3浓度426.4g/l，含Nacl103.2g/l，并调节PH至6.5为钠溶液;再配制钾电解液kclO3浓度108.9g/l，含kcl251.8g/l，调节PH至6.5为钾溶液。将钠、钾两溶液在摄氏85度恒温条件下，按体积1∶1.185的配比相混合，使其发生液相复分解反应。在该复分解溶液尚未析出结晶之前，迅速取样测定，测得kclO3含量为273.2g/l，Nacl含量160.5g/l。此液经结晶、分离得粗氯酸钾。在降温至摄氏22度条件下，测定分离后的母液组成，其Nacl含量181.9g/l，kclO3含量81.9g/l，可经蒸发、结晶、分离，做钠电解系统循环母液使用。
实例三配制钠电解液NaclO3浓度418.6g/l，含Nacl106.3g/l，调节PH至6.5为溶液1;配kcl饱和盐水浓度299.1g/l，为溶液2。将1、2两溶液在摄氏60度恒温条件下，按1、2两溶液体积1∶0.98的配比相混合，使其发生液相复分解反应。在该复分解液尚未析出结晶之前迅速取样测定，得kclO3含量为241.7g/l，Nacl含量为187.8g/l此液经结晶、分离得粗氯酸钾，备后工序精制提纯用。降温至摄氏22度时，测分离后的母液组成，其Ncl含量210.81g/l，kclO3含量79.05g/l，可经蒸发、结晶、分离，做钠电解系统循环母液使用。
如附图一、二两种“混合”方法均可采用。即钠电解液与不经电解的饱和kcl精盐水直接相混(图二)，其复分解液kclO3含量，高于一步法电解液中kclO3含量，完全可以具备工业化条件。但我们认为，以Nacl饱和精盐水与kcl饱和精盐水，平行通过连续电解后，再相混复分解的办法(图一)为更好，在耗电相等情况下，其综合技术经济效益比前者更高。
权利要求
1.一种制备氯酸钾的方法。其特征在于将NaCl与KCl两电解流出液按定量控制连续混合，以完成液相复分解反应的过程。
2.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于由其延伸出来的NaClo3电解液，直接与饱和Kcl精盐水按定量控制连续混合，以发生液相复分解反应的过程。
3.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于NaCl与kcl两精盐水平行进行连续电解，以分别制得钠电解液和钾电解液的过程。
4.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于kcl原盐水同Nacl原盐水一道，分别于电解前平行进行精制处理。
5.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于母液能在钠组电解系统中循环使用，过程液量少，蒸发负荷小。
专利摘要
本发明属于化工无机盐专业。是一种制取氯酸钾的工艺方法。为电化学两步法和一步法制取氯酸钾技术的综合应用。即将氯化钠与氯化钾两饱和精盐水分别送入阶梯式电槽中进行连续电解，并使该钠、钾两电解流出液，按KCl稍低于理论量配比进行连续混合，从而发生复分解反应过程，以制得氯酸钾。其目的在于开发一种流程短、质量高、成本低、投资省的氯酸钾制备方法。
文档编号C25B1/00GK86100607SQ86100607
公开日1987年8月19日 申请日期1986年1月23日
发明者王福昌, 王文耀 申请人:王福昌导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan