CN105236452B

CN105236452B - 一种硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺

Info

Publication number: CN105236452B
Application number: CN201510747903.0A
Authority: CN
Inventors: 杨灿辉; 戴斌联; 杨晓烽; 陈伟来; 夏循峰
Original assignee: China Bluestar Changsha Design and Research Institute
Current assignee: China Bluestar Chonfar Engineering and Technology Co Ltd
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2035-11-06
Also published as: CN105236452A

Abstract

一种硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺，包括以下步骤：（1）在反应器内加入清水或母液；同时将原料氯化钾和硝酸钠按氯化钾和硝酸钠的摩尔比为1:0.9～1.5配料；于70～150℃常压或加压下复分解反应0.5～5小时；（2）固液分离；（3）再次进行固液分离；（4）结晶；（5）将粗硝酸钾在50～120℃溶于水中，得硝酸钾溶液；（6）将步骤（5）所得硝酸钾溶液经过滤设备过滤或加入絮凝剂澄清；（7）重结晶；（8）将精硝酸钾洗涤、离心分离、干燥后，得到硝酸钾。本发明可连续或间歇生产，产品质量稳定可靠，能耗低。产品达到优等品要求，且硝酸钾主含量达到99.9%以上。

Description

一种硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺

技术领域

本发明涉及一种硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺。

背景技术

硝酸钾在工业上用途主要有以下方面：

a)在工业上用于火药、焰火、导火索、火柴、金属焊接剂、氨催化剂等；

b)在医药行业用作生产利尿剂、发汗剂、清凉剂及青霉素钾盐、利福平等药物；

c)由于不含铁离子、亚硝酸根离子，高纯度天然硝酸钾是生产高品质玻璃制品的首选原料，在轻工行业中也用于陶瓷和精密仪器玻璃等，在手机触摸屏行业用量也越来越大；

d）目前发展较快的光伏玻璃、太阳能玻璃及太阳能储能行业对硝酸钾的需求逐年增加；

e)在食品和机械行业也有一定的应用。

硝酸钾产品质量标准，见表1。

其中，手机触摸屏市场对硝酸钾产品质量要求很高，要求硝酸钾所有指标达到表中优等品要求，且硝酸钾主含量≥99.8%。如果硝酸钾主含量仅达到99.7％，达不到99.8%，在质量上处于劣势，难以在该市场立足。市售硝酸钾产品质量对应的用途和销售价格见表2:

可见，将硝酸钾主含量由99.7%提高到99.8%，虽然只提高了0.1%，经济效益明显，同时技术难度也较大。

申请号为200710035688.7的中国专利申请，公开了一种用硝酸钠转化氯化钾生产硝酸钾的真空结晶生产工艺，提及所得硝酸钾的纯度达到优等品要求，即硝酸钾的纯度达到99.7％以上，其工艺中没有化钾、重结晶步骤，同时转化后的母液没有过滤步骤，不可能达到99.8%，所以是不适合用于玻璃、手机触摸屏等市场的高端市场的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺，所得硝酸钾的纯度可达99.9％。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺，包括以下步骤：

（1）在反应器内加入清水或母液；同时将原料氯化钾和硝酸钠按氯化钾和硝酸钠的摩尔比为1:0.9～1.5配料（原料氯化钾和硝酸钠中可以含有水或其它杂质），加入反应器中，使得反应器中混合物所含水的物质的量等于钾离子和硝酸根离子的物质的量之和的1.5－2.3倍（优选1.8－2.0倍）；于70～150℃常压或加压下复分解反应0.5～5小时；

所述原料氯化钾为氯化钾含量≥50wt％（优选≥80％）的矿物或混合物，可直接选用市售产品；

所述原料硝酸钠为硝酸钠含量≥50wt％（优选≥80％）的矿物或混合物，可直接选用市售产品；

所述母液，为步骤（4）中结晶母液和洗涤粗硝酸钾的洗后母液，或步骤（4）中经蒸发浓缩后的结晶母液和洗涤粗硝酸钾的洗后母液。

（2）在70～150℃保温条件下固液分离，得到滤液和滤饼，所述滤液为转化母液，所述滤饼为氯化钠和其他固体杂质；

（3）将步骤（2）所得转化母液再次进行固液分离去除杂质：过滤或加入絮凝剂澄清，得滤液或澄清转化母液；

所述絮凝剂可采用以下的至少一种：聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、淀粉、纤维素、壳聚糖及其聚合物；所述絮凝剂的用量为转化母液重量的0.1‰～1‰。

（4）将步骤（3）所得滤液或澄清转化母液在15～80℃结晶，得到结晶料浆，固液分离，得结晶母液和粗硝酸钾，粗硝酸钾在洗涤设备内洗涤；结晶母液和洗涤粗硝酸钾的洗后母液（即粗钾洗后液），返回步骤（1）作为母液使用，或经蒸发浓缩后再返回步骤（1）作为母液使用；

洗涤粗硝酸钾的洗涤试剂采用步骤（8）洗涤精硝酸钾后的母液（即精钾洗后液）和步骤（7）的重结晶母液。刚开始生产时，无洗涤精硝酸钾后的母液和重结晶母液，用清水代替。

所述结晶方法包括常压下自然冷却结晶、冷却液冷却结晶或1～5级真空冷却结晶；

所述冷却液冷却结晶可以是结晶设备带夹套或带盘管，夹套或盘管内物料为冷却液；也可以是结晶设备带外置式的换热器，需结晶的物料在换热器内与冷却液换热。

真空冷却结晶不需要冷却液，直接抽真空，物料在真空下冷却。真空度根据转化母液温度、结晶器的级数、当地环境资料等确定。

（5）将经步骤（4）处理的粗硝酸钾在50～120℃溶于水中，得硝酸钾溶液；

（6）将步骤（5）所得硝酸钾溶液经过滤设备过滤或加入絮凝剂澄清；

所述絮凝剂可采用以下的至少一种：聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、淀粉、纤维素、壳聚糖及其聚合物，其用量为硝酸钾溶液重量的0.1‰～1‰。

（7）将经步骤（6）过滤或澄清后的硝酸钾溶液在15～80℃重结晶（常压下自然冷却结晶、冷却液冷却结晶或1～5级真空冷却结晶），得到重结晶料浆，固液分离得重结晶母液和精硝酸钾；所得重结晶母液可返回步骤（4）作为洗涤试剂洗涤粗硝酸钾；

（8）将步骤（7）所得精硝酸钾洗涤、离心分离、干燥后，得到硝酸钾。

所述精硝酸钾洗涤用清水，清水用量为精硝酸钾重量的10～50%。精硝酸钾洗涤后的母液（即精钾洗后液）可返回步骤（4）作为洗涤试剂洗涤粗硝酸钾。

进一步，步骤（1）中，所述反应设备为带搅拌或带外循环装置的设备。

进一步，步骤（3）中，所述过滤设备为带式过滤机或板块过滤机；或不采用过滤设备，采用絮凝剂自然沉降澄清。

进一步，步骤（4）中，洗涤设备可采用带洗涤、过滤、分离功能的设备。

进一步，步骤（6）中，过滤设备为带式过滤机或板块过滤机；或不采用过滤设备，采用絮凝剂自然沉降澄清。

进一步，步骤（8）中，洗涤设备可采用带洗涤、过滤、分离功能的设备；离心分离设备可采用离心机；干燥设备可采用气流干燥系统或流化床干燥系统。

本发明为了节约水资源，增加了结晶母液和洗涤液的蒸发浓缩工序，冷凝水回收利用。经试验，本工艺的结晶工序同样适用于常压下自然冷却结晶和冷却液冷却结晶。

本发明可连续或间歇生产，产品质量稳定可靠，能耗低。产品达到优等品要求，且硝酸钾主含量达到99.9%以上。

本发明具有以下优点：

（1）产品质量高，硝酸钾主含量达到99.9%（超过优等品99.7%指标）以上，其它指标满足GB1918-2011优等品要求。

（2）可实现连续化生产；

（3）自动化程度高，工人操作强度低；

（4）生产稳定；

（5）能耗低，经济效益好。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例包括以下步骤：

（1）反应釜中加入母液〔所述母液，为步骤（4）中结晶母液和洗涤粗硝酸钾的洗后母液，刚开始生产时，没有母液则加入清水〕，将原料氯化钾（氯化钾质量含量为90%）和硝酸钠（硝酸钠质量含量为95%）按氯化钾和硝酸钠的摩尔比为1：1配料，加入反应器中，使得反应器中混合物所含水的物质的量等于钾离子和硝酸根离子的物质的量之和的1.8倍，升温至110℃常压反应1小时；

（2）在110℃保温条件下固液分离，得到滤液和滤饼，所述滤液为反应后的转化母液，所述滤饼为氯化钠和其他固体杂质；

（3）将步骤（2）所得转化母液经过滤设备进行过滤，得滤液；

（4）将步骤（3）所得滤液进入三级真空冷却结晶系统结晶，结晶温度分别为78+1℃、50+1℃、25+1℃，得到结晶料浆，固液分离，得结晶母液和粗硝酸钾，粗硝酸钾在专用洗涤设备内洗涤；结晶母液和洗涤粗硝酸钾的洗后母液（即粗钾洗后液），返回步骤（1）作为母液使用，或经蒸发浓缩后再返回步骤（1）作为母液使用；

（5）将经步骤（4）处理的粗硝酸钾在110℃溶解，得硝酸钾溶液；

（6）将步骤（5）所得硝酸钾溶液经过滤设备进行过滤；

（7）将经步骤（6）过滤后的硝酸钾溶液进入三级真空冷却结晶系统重结晶，重结晶温度分别为78+1℃、50+1℃、25+1℃，得到重结晶料浆，固液分离得精硝酸钾和重结晶母液，所得重结晶母液返回步骤（4）作为洗涤试剂洗涤粗硝酸钾；

（8）将步骤（7）所得精硝酸钾用清水洗涤，清水用量为精硝酸钾重量的20%，洗涤后的硝酸钾离心分离、流化床干燥后，得到硝酸钾优等品。精硝酸钾洗涤后的母液（即精钾洗后液）返回步骤（4）作为洗涤试剂洗涤粗硝酸钾。

本实施例所得硝酸钾产品指标能达到优等品要求，具体如下：

实施例2

（1）反应釜中加入水，将市售氯化钾和市售硝酸钠按摩尔比1：1.4配料，加入反应釜中，所述水的摩尔数为钾离子的摩尔数和硝酸根离子的摩尔数之和的2.0倍，升温至80℃常压反应4小时；

反应釜中加入的水，可采用步骤（4）中结晶母液和洗涤粗硝酸钾的洗后母液，或步骤（4）中经蒸发浓缩后的结晶母液和洗涤粗硝酸钾的洗后母液代替；

（2）于80℃保温条件下固液分离，得到滤液和滤饼，所述滤液为转化母液，所述滤饼为氯化钠和其他固体杂质；

（3）将步骤（2）所得转化母液加入絮凝剂聚丙烯酰胺（用量为转化母液重量的0.3‰）搅拌半小时、沉降半小时，排尽下层杂质层，得上层澄清转化母液；

（4）将步骤（3）所得澄清转化母液经夹套冷却结晶，结晶最终温度为30℃，得到结晶料浆，固液分离得结晶母液和粗硝酸钾，粗硝酸钾在洗涤设备内洗涤；

结晶母液和洗涤粗硝酸钾的洗后母液（即粗钾洗后液），返回步骤（1）作为母液使用，或经蒸发浓缩后再返回步骤（1）作为母液使用；

洗涤粗硝酸钾的洗涤试剂采用清水〔正常生产时采用步骤（8）洗涤精硝酸钾后的母液（即精钾洗后液）和步骤（7）的重结晶母液。刚开始生产时，无洗涤精硝酸钾后的母液和重结晶母液，用清水代替〕。

（5）将经步骤（4）处理的粗硝酸钾在110℃溶解得硝酸钾溶液；

（6）将步骤（5）所得硝酸钾溶液经板框压滤机进行过滤；

（7）将经步骤（6）过滤的硝酸钾溶液夹套冷却重结晶，重结晶最终温度为30℃，得到重结晶料浆，固液分离得重结晶母液和精硝酸钾，所得重结晶母液可返回步骤（4）作为洗涤试剂洗涤粗硝酸钾；

（8）将步骤（7）所得精硝酸钾用清水洗涤，清水用量为精硝酸钾重量的30%，洗后硝酸钾离心分离、流化床干燥后，得到硝酸钾优等品。精硝酸钾洗涤后的母液（即精钾洗后液）可返回步骤（4）作为洗涤试剂洗涤粗硝酸钾。

Claims

1.一种硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在反应器内加入清水或母液；同时将原料氯化钾和硝酸钠按氯化钾和硝酸钠的摩尔比为1:0.9～1.5配料，加入反应器中，使得反应器中混合物所含水的物质的量等于钾离子和硝酸根离子的物质的量之和的1.5－2.3倍；于70～150℃常压或加压下复分解反应0.5～5小时；

所述母液，为步骤（4）中结晶母液和洗涤粗硝酸钾的洗后母液，或步骤（4）中经蒸发浓缩后的结晶母液和洗涤粗硝酸钾的洗后母液；

（4）将步骤（3）所得滤液或澄清转化母液在15～80℃结晶，得到结晶料浆，固液分离，得结晶母液和粗硝酸钾，粗硝酸钾在洗涤设备内洗涤；结晶母液和洗涤粗硝酸钾的洗后母液，返回步骤（1）作为母液使用，或经蒸发浓缩后再返回步骤（1）作为母液使用；

洗涤粗硝酸钾的洗涤试剂采用步骤（8）洗涤精硝酸钾后的母液和步骤（7）的重结晶母液；刚开始生产时，无洗涤精硝酸钾后的母液和重结晶母液，用清水代替；

（7）将经步骤（6）过滤或澄清后的硝酸钾溶液在15～80℃重结晶，得到重结晶料浆，固液分离得重结晶母液和精硝酸钾；所得重结晶母液返回步骤（4）作为洗涤试剂洗涤粗硝酸钾；

（8）将步骤（7）所得精硝酸钾洗涤、离心分离、干燥后，得到硝酸钾；

精硝酸钾洗涤后的母液返回步骤（4）作为洗涤试剂洗涤粗硝酸钾。

2.根据权利要求1所述的硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺，其特征在于，步骤（1）中，反应器中混合物所含水的物质的量等于钾离子和硝酸根离子的物质的量之和的1.8－2.0倍。

3.根据权利要求1或2所述的硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述原料氯化钾为氯化钾含量≥50wt％的矿物或混合物；所述原料硝酸钠为硝酸钠含量≥50wt％的矿物或混合物。

4.根据权利要求1或2所述的硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述原料氯化钾为氯化钾含量≥80wt％的矿物或混合物；所述原料硝酸钠为硝酸钠含量≥80wt％的矿物或混合物。

5.根据权利要求1或2所述的硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述絮凝剂采用以下的至少一种：聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、淀粉、纤维素、壳聚糖及其聚合物；所述絮凝剂的用量为转化母液重量的0.1‰～1‰。

6.根据权利要求1或2所述的硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺，其特征在于，步骤（4）和步骤（7）中，所述结晶方法包括常压下自然冷却结晶、冷却液冷却结晶或1～5级真空冷却结晶。

7.根据权利要求1或2所述的硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺，其特征在于，步骤（6）中，所述絮凝剂可采用以下的至少一种：聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、淀粉、纤维素、壳聚糖及其聚合物，其用量为硝酸钾溶液重量的0.1‰～1‰。

8.根据权利要求1或2所述的硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺，其特征在于，步骤（8）中，所述精硝酸钾洗涤用清水，清水用量为精硝酸钾重量的10～50%。

9.根据权利要求1或2所述的硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述反应设备为带搅拌或带外循环装置的设备。

10.根据权利要求1或2所述的硝酸钠与氯化钾反应生产高纯硝酸钾的工艺，其特征在于，步骤（6）中，过滤设备为带式过滤机或板块过滤机；或不采用过滤设备，采用絮凝剂自然沉降澄清。