CN107522211B - 一种球形氯化钾及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种球形氯化钾产品及其制备方法，在结晶器中配制70℃～80℃氯化钾‑水溶液，搅拌速率为400～500rpm搅拌作用下，控制溶液的降温速率10min/℃～15min/℃进行冷却结晶，降温至20℃～10℃，然后将固液晶浆分离，湿的固体产品鼓风干燥，得到所述球形氯化钾产品。球晶单个颗粒特征为300μm≤粒度≤1000μm，HS圆度值为0.89～1，在该尺寸的粒度分布≥80％，休止角为21°～25°，结块率为4.52％～5.98％。在不使用晶形改变剂的情况下，水作为溶剂冷却结晶，改变结晶过程中的结晶方式以及优化控制，开发出具有完整晶形的优质球形氯化钾产品，具有很好的应用前景和较高的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种海盐产品及其制备方法，具体涉及一种可用于食用的球形氯化钾及其制备方法。
背景技术
氯化钾作为一种常见的无机盐，由于具有咸味及相对的安全性，氯化钾成为一种可行的食用添加剂，根据产品晶体形貌的不同，海盐在不同应用领域发挥着不同的效用。据统计全球品种盐已有14500多种，日本作为品种盐最多的国家，食用盐种类达到2000种以上，我国则不过200多种，差距明显。由于在晶体颗粒形态方面的匮乏，限制了我国海盐高端产品和功能性产品的生产。氯化钾以立方形晶习为最常见晶习，立方形氯化钾颗粒之间有很大的接触面积，在产品储存和运输过程中容易结块，降低产品的流动性，成为结晶后处理、储运阶段影响产品品质和生产效率的重要问题。
所以改变粒子形状，减小接触点面积，可以进一步提高粒子的流动性，使其不易形成固定的接触点，从而达到抑制结块的作用。而满足这一要求的理想形状就是——球形。如果将KCl做成球形，不但有望解决结块问题，还会提高其溶解速率等。虽然国外多晶形食用盐品种丰富，但鲜有球晶海盐的相关研究。而且已发表的相关研究较少，形成了较大程度的技术封锁。从已有的一些研究来看，多晶形食用盐的制备主要通过晶形改变剂的加入实现，以此影响晶体生长动力学，但是传统的晶形改变剂很难有效果。现有的生产工艺并不成熟，已文献报道的相关物质的球晶生产工艺中，需要用架桥剂或者极端的结晶条件，如超临界环境或者激光诱导等，这些应用在价格低廉的KCl上显然得不偿失。也有专利CN 102874847A报道在饱和溶液中加入晶种，采用蒸发浓缩的方法制备的可食用氯化钾产品，粒度为0.5mm以上的晶体颗粒占产品质量的80％以上。专利CN 106430251 A报道，采用喷雾离心干燥法制备造孔用微米级超细球形氯化钠。从绿色环保简单的角度出发，本发明是关于制备优异性质的球形氯化钾的工艺路线。
发明内容
本发明的目的是提供一种球形氯化钾产品，其颗粒较大，具有一种球体或接近球体的特殊形貌，分布均匀，在流动性、抗结块性能及储存运输等诸多方面有着特殊的优势。
本发明的目的是改变传统的多晶形海盐的制备方法，在不加任何晶形改变剂、水作为溶剂、制备条件温和的前提下，通过结晶过程中的结晶方式以及关键因素的优化控制，开发出具有完整晶形的优质球形氯化钾产品。
本发明的技术方案如下：
一种球形氯化钾的制备方法，在结晶器中配制70℃～80℃氯化钾-水溶液，搅拌速率为400～500rpm的搅拌下，控制溶液的降温速率10min/℃～15min/℃进行冷却结晶，降温至20℃～10℃，然后将固液晶浆分离，湿的固体产品经鼓风干燥，得到所述球形氯化钾产品。
所述氯化钾-水溶液浓度51～47g/100g水。
所述降温至20℃～10℃后恒温30min～60min。
所述湿的固体产品60℃鼓风干燥24～48小时。
本发明制备的球形氯化钾，其特征是单个颗粒，300μm≤粒度≤1000μm；圆度值为0.89～1；其产品的粒度分布≥80％，休止角为21°～25°，结块率为4.52％～5.98％。
根据本发明所述球形氯化钾产品的制备方法，所述氯化钾原料为块状食用级氯化钾。
本发明所述球形氯化钾产品的制备方法的原理为：在冷却结晶过程中，随着温度的下降，溶液产生过饱和度，开始出晶。随着温度的继续降低，晶核会逐渐长大。当晶体的数量足够多到一定数量时，并且溶剂提供的吸附力能够克服由于液体搅拌带来的剪切力时，颗粒会聚结在一起，形成一个大的颗粒团簇。最终经过一段时间的颗粒之间的碰撞，磨损以及晶体的破碎和再生长，颗粒会逐渐变成球形。所以，整个氯化钾球形结晶过程是一个包含成核、生长、聚结和磨损多方面作用共同作用的结果。在降温过程终了时，晶浆密度为125g/L～168g/L。适宜的晶浆密度为颗粒成球提供了足够的碰撞和磨损。如果原料晶浆密度太低，结晶表面积越小，结晶生长速率慢，不利于提高结晶生产速度；晶浆密度太高，悬浮液的流动性差，混合操作困难。所以晶浆密度太高或太低使颗粒之间的磨损不够，都不利于促进晶体成球过程。
本发明所述球形氯化钾产品外观为比较规则的球形，单个颗粒特征为300μm≤粒度≤1000μm，HS圆度值为0.89～1，产品在该尺寸的粒度分布≥80％，休止角为21°～25°，结块率为4.52％～5.98％；而原料块状氯化钾的休止角为34.4°，结块率为14.83％。所述HS圆度值定义如下：
HS圆度值＝4πA/P2
其中A为颗粒表面积，P为颗粒直径。
与固有的立方形海盐相比，球晶氯化钾具有一种球体或近似于球体的特殊形貌，没有尖锐的棱角，在诸多方面有着其特殊优势。良好的流动性是球形氯化钾的一个重要特点，与立方形氯化钾相比，球晶具有较小的曲率半径，光滑不带棱角的边缘结构，更加易于滚动，流动性指标—休止角大约减小14％(休止角越小代表流动性越好)，使其在运输方面具有突出的优势。球晶氯化钾还有优越的抗结块性能，为了防止常见的立方形海盐结块常常混入抗结块剂，在一定程度上限制了产品的应用，而球晶有平滑圆整的球形表面提高了结块的困难程度，避免了抗结块剂的加入，同时降低了生产、储存和运输过程中的操作难度，保证良好的品质。此外，球晶在作为浴盐等洗浴用品应用时，与身体接触时更多的为滚动摩擦，在保证使用功效的同时，避免因棱角尖锐导致划伤，提供更好的使用体验，这也为球晶海盐作为洗浴用品及医疗用品添加剂成为可能。
附图是不同实验条件下产品的形貌图，其特征数据列于表一。从表一中可以看出，降温速率和搅拌速率对球形KCl的结晶过程有较大的影响，在同一搅拌速率下，降温速度越慢，得到的颗粒尺寸越大；相同降温速率下，搅拌速率越大，HS圆度值越趋于1，颗粒越趋于球形。从附图和表中可以看出降温速度太快如5min/℃，如图a-c，会出现体积平均粒径合适，但是圆度不够，如图a；或者圆度合适但是体积平均粒径偏小，如图c，颗粒比表面积大，造成结块率大，可达到6.39％，休止角达到29.1°，说明该条件下得到的产品流动性和抗结块性能均不好。而适当的降温速度如10min/℃～15min/℃，在此条件下得到的产品的流动性和抗结块性能都有所提高。另一方面，搅拌速率太低如300rpm，当降温速率在10min/℃和15min/℃时，如图d和g，圆度值0.856和0.872，数值偏小说明产品球形度不好，是因为搅拌速率太低磨损程度不够，很难形成圆润的球形。而较慢的冷却速率和高转速得到的产品圆度很好，如图e，f，h和i。综上来看，当圆度值在0.89～1，休止角在21°～25°并且结块率在4.5％～6％时，产品性能最好。所以，优选的，本发明制备球形氯化钾的条件：降温速率为10min/℃～15min/℃，搅拌速率为400～500rpm，冷却温度为70℃～20℃。
表一
本发明通过改变传统氯化钾生产方法，在不使用晶形改变剂的情况下，水作为溶剂冷却结晶，改变结晶过程中的结晶方式以及关键因素的优化控制，经过物理作用改善氯化钾的形状，避免添加剂的使用，打破了添加剂的加入对产品应用的限制，而且结晶条件温和。开发出具有完整晶形的优质球形氯化钾产品，打破了添加剂对产品应用的限制；本发明的氯化钾产品流动性好，抗结块性能高，降低了生产、储存和运输过程中的操作难度，保证良好的品质；同时这也为球晶海盐作为洗浴用品及医疗用品添加剂提供了可能，具有很好的应用前景和较高的应用价值。
附图说明
附图：不同冷却结晶实验的产品形貌图。
具体实施方式
以下将通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：
在结晶器中将51g氯化钾在80℃溶于100g水中，搅拌速率为400rpm，降温速率为10min/℃，降到20℃，继续恒温搅拌40min，然后将浓料浆过滤、60℃鼓风干燥24小时，即可得到球形氯化钾产品。经检测得到的球形氯化钾产品的体积平均粒径为768μm，HS圆度值为0.898，休止角为23.1°，结块率为4.52％，而原料块状氯化钾的休止角为34.4°，结块率为14.83％。晶体形貌见附图(e)。
实施例2：
在结晶器中将47g氯化钾在70℃溶于100g水中，搅拌速率为500rpm，降温速率为13min/℃，降到10℃，继续恒温搅拌30min，然后将浓料浆过滤、60℃鼓风干燥30小时，即可得到球形氯化钾产品。经检测得到的球形氯化钾产品的体积平均粒径为559μm，HS圆度值为0.929，休止角为22.1°，结块率为5.35％，而原料块状氯化钾的休止角为34.4°，结块率为14.83％。
实施例3：
在结晶器中将49g氯化钾在75℃溶于100g水中，搅拌速率为450rpm，降温速率为15min/℃，降到15℃，继续恒温搅拌60min，然后将浓料浆过滤、60℃鼓风干燥24小时，即可得到球形氯化钾产品。经检测得到的球形氯化钾产品的体积平均粒径为738μm，HS圆度值为0.921，休止角为21.9°，结块率为5.8％，而原料块状氯化钾的休止角为34.4°，结块率为14.83％。
实施例4：
在结晶器中将47g氯化钾在70℃溶于100g水中，搅拌速率为500rpm，降温速率为15min/℃，降到20℃，,继续恒温搅拌40min，然后将浓料浆过滤、60℃鼓风干燥48小时，即可得到球形氯化钾产品。经检测得到的球形氯化钾产品的体积平均粒径为557μm，HS圆度值为0.935，休止角为21.9°，结块率为5.57％，而原料块状氯化钾的休止角为34.4°，结块率为14.83％。晶体形貌见附图(i)。
实施例5：
在结晶器中将51g氯化钾在80℃溶于100g水中，搅拌速率为500rpm，降温速率为10min/℃，降到20℃，继续恒温搅拌40min，然后将浓料浆过滤、60℃鼓风干燥24小时，即可得到球形氯化钾产品。经检测得到的球形氯化钾产品的体积平均粒径为563μm，HS圆度值为0.923，休止角为22.7°，结块率为5.08％，而原料块状氯化钾的休止角为34.4°，结块率为14.83％。晶体形貌见附图(f)。
实施例6：
在结晶器中将47g氯化钾在70℃溶于100g水中，搅拌速率为400rpm，降温速率为15min/℃，降到20℃，继续恒温搅拌40min，然后将浓料浆过滤、60℃鼓风干燥24小时，即可得到球形氯化钾产品。经检测得到的球形氯化钾产品的体积平均粒径为804μm，HS圆度值为0.913，休止角为21.9°，结块率为5.98％，而原料块状氯化钾的休止角为34.4°，结块率为14.83％。晶体形貌见附图(h)。将上述所得实施例1-6的实验结果列于表二中。
表二
本发明公开和提出的一种球形氯化钾及其制备方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变原料、工艺参数等环节实现。本发明的方法与产品已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和产品进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (3)
1.一种球形氯化钾的制备方法，其特征是在结晶器中配制70℃～80℃氯化钾-水溶液，氯化钾-水溶液浓度为51～47g/100g水，搅拌速率为400～500rpm的搅拌下，控制溶液的降温速率10min/℃～15min/℃进行冷却结晶，降温至20℃～10℃，然后将固液晶浆分离，湿的固体产品经鼓风干燥，得到所述球形氯化钾产品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是降温至20℃～10℃后恒温30min～60min。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是湿的固体产品60℃鼓风干燥24～48小时。
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