CN103771461B - 复分解法制备硝酸钾的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是以硝酸铵和氯化钾为原料的复分解法制备硝酸钾的方法，涉及无机化工技术领域。该工艺母液循环利用，由于原料氯化钾带入杂质，母液在长期循环中存在杂质的累积和处理问题未见解决，本发明的特征在于，紧邻生产装置设置一条分流除杂生产线，其中设置脱除钠镁单元，将母液总循环量的1～30％引入该生产线进行脱除杂质处理，杂质主要成分为水溶性钠盐、镁盐，以氯化镁为盐析剂脱除钠盐，以碳酸氢铵为沉淀剂脱除镁盐，溶液温度10℃～90℃，脱杂处理后的母液返回母液循环系统。

Description

复分解法制备硝酸钾的方法

所属技术领域

本发明涉及无机化工技术领域，是一种复分解法制备硝酸钾的方法。

背景技术

硝酸钾在工业和农业方面具有广泛的用途。在工业方面，用于制造烟花、黑色火药、火柴、药物，用作催化剂、陶瓷釉彩药、玻璃澄清剂，近年来随着蓄热式太阳能利用的发展，硝酸钾作为高温熔盐的原料，需求量不断增加。在农业方面，它是高效氮钾复合肥、高效无氯钾肥，在氯化钾、硫酸钾、硝酸钾三大钾肥中，硝酸钾的品位高、肥效快、无残留，适合所有农作物用肥；随着干旱地区滴灌水溶肥料的发展，硝酸钾作为水溶肥料的主要原料，需求量不断增加。

(1)中国专利授权公告号CN100398443C(授权公告日2008年7月2日)，公开了以氯化钾和硝酸铵为原料的复分解法制备硝酸钾和氯化铵的发明。该法采用母液循环工艺。该工艺采用的原料氯化钾通常含有1～5％的水溶性钠、镁等杂质，生产装置随着氯化钾的连续使用，钠、镁等杂质连续进入装置溶液系统，其中一部分进入产品带出溶液系统，一部分在溶液中累积。随着母液中杂质累积量的增加，从产品中带出的杂质量同步增加，最后达到平衡。杂质在母液中的平衡浓度随原料带入和产品带出杂质数量而变化，在生产装置中累积杂质量可以达到15％或更高。随着母液中杂质累积量的逐步增加，产品中杂质逐步增加，以致影响到产品质量，同时导致产品产率逐步下降和产品能耗逐步增加。以上专利技术的不足之处是，针对母液在长期循环中存在杂质的累积问题，未见如本发明所公开的硝酸钾生产装置循环母液杂质脱除技术。

(2)《硝酸钾生产过程的母液处理——溶剂萃取法分离硝酸和盐酸》(杜芳林，宫玉臻.山东化工，1997年第1期)，公开了硝酸钾的制造方法，采用磷酸三丁酯作萃取剂，煤油作稀释剂，可有效从母液中萃取硝酸，达到硝酸和盐酸完全分离的目的，原料硝酸能完全回收，不足之处是未见如本发明所公开的硝酸钾生产装置循环母液杂质脱除技术。

(3)《直接法生产硝酸钾母液的优化利用研究》(王艳语，范秀山等.全国磷复肥网分类论文[研究开发]2010年第2期(2010.4.29))，公开了硝酸钾的制造方法，硝酸与氯化钾反应制取硝酸钾工艺会产生大量母液，目前的母液处理方法存在一系列问题。为了对母液进一步优化利用，进行了母液先萃取含稀土磷矿，然后用含镁化合物和碳酸氢铵分步中和制取经济价值更高的稀土磷酸盐和缓释三元复合肥的实验研究，不足之处是未见如本发明所公开的硝酸钾生产装置循环母液杂质脱除技术。

(4)《硝酸钠转化法制取硝酸钾新工艺》(张罡.化工设计，2009，19(5))，公开了硝酸钾的制造方法，以硝酸钠与氯化钾复分解法生产硝酸钾过程中，注意到母液中杂质的累积与处理，提出对母液应定期处理去除杂质，确保产品质量合格及生产正常运转，提出母液中主要杂质是亚硝酸钠、硫酸钠和氯化镁，解决的办法是加入硝酸铵除去亚硝酸钠，加入氯化钡除去硫酸钠，加入碳酸钾除去氯化镁，不足之处是未见如本发明所公开的硝酸钾生产装置循环母液杂质脱除技术。

(5)中国专利公开号CN1113886A(公开日1995年12月27日)，公开了制备硝酸钾工艺母液循环利用的方法，将含有硝酸钠的循环母液与氯化钾作用得固体氯化钠和硝酸钾母液，降温得硝酸钾产品，分离母液投入氯化钠、硝酸铵，得副产品氯化铵及含有硝酸钠的循环母液，不足之处是未见如本发明所公开的硝酸钾生产装置循环母液杂质脱除技术。

(6)中国专利公开号CN1371864A(公开日2002年10月2日)，公开了制备硝酸钾工艺母液循环利用的方法，将盐湖钾资源矿与天然钠硝石和硝酸钾母液混合，调节钾、硝酸根和水的质量比，使混合物料进行热溶解转化反应形成固液混合料浆，分离得热溶饱和清液，冷至室温析出硝酸钾，然后将硝酸钾母液返回热溶阶段配料，不足之处是未见如本发明所公开的硝酸钾生产装置循环母液杂质脱除技术。

(7)轻质碳酸镁和药用碳酸镁(无机盐工业手册第二版下册，1054～1061页)，公开了镁盐(氯化镁、硫酸镁)和碳酸氢铵制备轻质碳酸镁和药用碳酸镁工艺，涉及到镁盐的一种脱除技术，不足之处是未见如本发明所公开的硝酸钾生产装置循环母液杂质脱除技术。

发明内容

本发明的目的：(1)本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种以硝酸铵和氯化钾为原料的复分解法制备硝酸钾工艺脱除母液杂质、避免母液杂质累积的方法。

(2)本发明的目的还在于，在脱除母液杂质的过程中，不至于影响生产装置的整个溶液系统，或者说不至于因某次脱除杂质操作失误影响到整个溶液系统的组成和性能，因而本发明提供的母液除杂生产线与生产装置整个溶液系统应当是独立的，即使某次脱除杂质操作失误也不至于影响到生产装置整个溶液系统，从而提高了本发明的安全性、可靠性和实用性。

(3)本发明的目的还在于，在较大规模的生产实体中，通常是多套生产装置同时运行，因而要求本发明可以满足几套生产装置的需要，不必套套生产装置都设置，从而可以降低投资、运行成本和用地。

(4)本发明的目的还在于，要求本发明可以连续运行，也可以间歇运行，当生产装置运行时可以运行，当生产装置停运时也可以运行，从而可以提高本发明的有效性和灵活性。

(5)本发明的目的还在于，对于母液杂质，可溶性钠、镁盐是主要的，同时随原料品位变化，要求本发明适应这种变化，既可以同时脱除钠、镁盐，也可以单独脱除钠盐或镁盐。

(6)本发明的目的还在于，所采用的盐析剂和沉淀剂来源广泛，价格低廉，从而可以提高本发明的经济性和可行性。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

(1)紧邻生产装置设置一条分流除杂生产线，生产线设置除钠单元和除镁单元，两个单元可以同时运行也可以单独运行，将母液总循环量的1～30％引入该生产线进行脱除杂质处理，杂质主要成分为水溶性钠盐、镁盐，以氯化镁为盐析剂脱除部分钠盐，以碳酸氢铵为沉淀剂脱除部分镁盐，脱杂处理后的母液返回母液循环系统。

本发明的目的还可以通过以下措施来达到：

(2)所设置的分流除杂生产线与生产装置母液循环系统是独立运行的，可以连续运行也可以间歇运行，通常间歇运行，当生产装置停运也即母液循环系统停运时，分流除杂生产线可以照常运行：从母液循环系统的母液槽抽出部分母液到分流除杂生产线进行处理，处理后的母液返回母液系统。

(3)所设置的分流除杂生产线，在有多套硝酸钾生产装置同时运行时，一条分流除杂生产线可以同时对多套硝酸钾生产装置的母液进行脱除杂质处理，处理后的母液按处理量返回各自生产装置的母液系统。

(4)生产装置母液循环系统在不同的循环段分别是分离硝酸钾晶浆得到的液相称硝酸钾母液和分离氯化铵晶浆得到的液相称氯化铵母液，分流除杂的母液通常是氯化铵母液。

(5)所设置的分流除杂生产线，其除钠单元和除镁单元分别由盐析槽、沉淀槽、水力旋流器、压滤机等设备组成。

(6)将盐析剂氯化镁加入盐析槽中，使母液杂质氯化钠部分沉降分离，溶液温度40℃～70℃。

(7)在沉淀槽加入沉淀剂碳酸氢铵与杂质氯化镁生成碳酸镁沉淀分离，溶液温度30℃～90℃。

附图说明

(1)附图1说明硝酸钾生产装置母液循环系统与分流母液脱杂生产线的关系，分流母液脱杂生产线是紧邻生产装置设置的，两者是独立运行的。

(2)附图2说明分流母液脱杂生产线的工艺流程和主要设备配置，分流母液经流量计(图中未画出)计量进入盐析槽，该槽配置搅拌器，盐析剂氯化铵经螺旋给料器(图中未画出)加入槽中与分流母液充分混合，在一定停留时间内完成盐析效应，母液中杂质氯化钠部分结晶出来，晶浆泵(图中未画出)入水力旋流器1实行液固初步分离，上部清液进入沉淀槽，底部浓晶浆进入压滤机1实行液固二次分离，所得滤渣为氯化钠杂质，送界区外处理，滤液泵(图中未画出)入沉淀槽，沉淀剂碳酸氢铵经螺旋给料器(图中未画出)加入槽中与母液充分混合，在一定停留时间内完成沉淀效应，母液中杂质氯化镁部分以碳酸镁形态结晶出来，晶浆泵(图中未画出)入水力旋流器2实行液固初步分离，上部清液与压滤机2滤液汇合，泵(图中未画出)回生产装置母液循环系统，底部浓晶浆进入压滤机2实行液固二次分离，所得滤渣为碳酸镁杂质，送界区外处理。

具体实施方式

实施例1：在如图2的分流母液生产线中，分流母液温度40℃，泵入盐析槽中，加入盐析剂六水氯化镁结晶，加入量按镁离子计10kmol，充分搅拌，溶液温度70℃，停留时间30分钟，生成杂质氯化钠晶浆，经水力旋流器1、压滤机1，得到杂质钠盐沉淀滤渣，滤渣量按钠离子计约10kmol，钠盐沉淀纯度约98％。

实施例2：在实施例1中，盐析槽溶液温度60℃，滤渣量按钠离子计约10kmol，钠盐沉淀纯度约95％。

实施例3：在实施例1中，盐析槽溶液温度50℃，滤渣量按钠离子计约10kmol，钠盐沉淀纯度约90％。

实施例4：在实施例1中，盐析槽溶液温度40℃，滤渣量按钠离子计约10kmol，钠盐沉淀纯度约85％。

实施例5：在实施例1中，盐析槽溶液温度30℃，滤渣量按钠离子计约10kmol，钠盐沉淀纯度约80％。

实施例6：在实施例4中，脱除沉淀钠盐的母液，温度40℃，进入沉淀槽，在槽中加入沉淀剂碳酸氢铵，加入量按铵离子计30kmol，充分搅拌，溶液温度90℃，停留时间30分钟，经水力旋流器2、压滤机2，得到镁盐沉淀滤渣，滤渣量按镁离子计约15kmol，镁盐沉淀纯度约98％。

实施例7：在实施例6中，溶液温度80℃，滤渣量按镁离子计约14kmol，镁盐沉淀纯度约95％。

实施例8：在实施例6中，溶液温度70℃，滤渣量按镁离子计约13kmol，镁盐沉淀纯度约90％。

实施例9：在实施例6中，溶液温度60℃，滤渣量按镁离子计约12kmol，镁盐沉淀纯度约85％。

实施例10：在实施例6中，溶液温度50℃，滤渣量按镁离子计约10kmol，镁盐沉淀纯度约80％。

效果

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)对于以硝酸铵和氯化钾为原料，采用复分解法制备硝酸钾的生产工艺，母液循环利用，由于原料氯化钾带入氯化钠、氯化镁等杂质，母液在长期循环中存在杂质的累积和处理问题，未见公知处理技术，本发明提供了这种技术，可以确保母液杂质的累积保持在一个适宜的水平，例如，采用本发明，可以确保母液杂质的平衡浓度保持在10％以下，最佳可以保持在5％以下，与通常的15％左右相比，产品的能耗可以下降10个百分点，产品杂质氯离子含量的波动范围可以从0.2个百分点下降到0.1个百分点。

(2)本发明提供的脱除循环母液钠镁杂质方法，盐析剂六水氯化镁和沉淀剂碳酸氢铵来源容易，价格低廉，除杂成本低。

Claims (6)

1.复分解法制备硝酸钾的方法，原料为硝酸铵和氯化钾，产品为硝酸钾和氯化铵，母液循环利用，其特征在于，紧邻生产装置设置一条分流除杂生产线，生产线设置除钠单元和除镁单元，其除钠单元和除镁单元分别由盐析槽、沉淀槽、水力旋流器、压滤机组成，两个单元可以同时运行也可以单独运行，将母液总循环量的1％～30％引入该生产线进行脱除杂质处理，杂质主要成分为水溶性钠盐、镁盐，以氯化镁为盐析剂脱除部分钠盐，以碳酸氢铵为沉淀剂脱除部分镁盐，溶液温度10℃～90℃，脱杂处理后的母液返回母液循环系统。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所设置的分流除杂生产线与生产装置母液循环系统是独立运行的，连续运行或者间歇运行，当生产装置停运也即母液循环系统停运时，分流除杂生产线照常运行：从母液循环系统的母液槽抽出部分母液到分流除杂生产线进行处理，处理后的母液返回母液循环系统。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所设置的分流除杂生产线，在有多套硝酸钾生产装置同时运行时，一条分流除杂生产线可以同时对多套硝酸钾生产装置的母液进行脱除杂质处理，处理后的母液按处理量返回各自生产装置的母液系统。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生产装置母液循环系统在不同的循环段分别是分离硝酸钾晶浆得到的液相称硝酸钾母液和分离氯化铵晶浆得到的液相称氯化铵母液，分流除杂的母液是氯化铵母液。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将盐析剂氯化镁加入盐析槽中，使母液杂质氯化钠部分沉降分离，溶液温度40℃～70℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在沉淀槽加入沉淀剂碳酸氢铵与杂质氯化镁生成碳酸镁沉淀分离，溶液温度30℃～90℃。