CN111807386A - 一种试剂级硫酸钾的制备方法 - Google Patents

一种试剂级硫酸钾的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种试剂级硫酸钾的制备方法，包括如下步骤：(1)将硫酸水溶液和氢氧化钾水溶液混合，用量为H2SO4：KOH的摩尔比为1:1.2～1.8，静置沉降；(2)将步骤(1)的清液与氢氧化钾或氢氧化钾水溶液混合。本发明方法耗能低、工艺步骤简单、生产效率高，制得的试剂级硫酸钾纯度高。

Description

一种试剂级硫酸钾的制备方法
技术领域
本发明属于化工生产领域，具体涉及一种试剂级硫酸钾的制备方法。
背景技术
硫酸钾为无色斜方或六方晶体或粉末，但工业品多呈灰白色，味苦而咸，化学式为K2SO4。硫酸钾被广泛用于环境、医药、食品、农业、化工等各个领域中，可用作化学中性、生理酸性肥料，在药物方面用作缓泻剂，也用来制明矾、玻璃和碳酸钾等。硫酸钾在工业领域应用范围较广，在染料工业领域用于制备中间体，玻璃工业领域用作澄清剂，香料工业领域用作助剂，食品工业用作通用添加剂，还可用于血清蛋白生活检验。
现有技术中，试剂级硫酸钾制备过程中使用的原料工业硫酸和一些废弃硫酸金属含量较高，直接用于制备试剂级硫酸钾时产生的氢氧化物中含有大量的Fe、Al、Cu等，需要精制提纯之后才能用于试剂级硫酸钾的生产。精制提纯过程中，这些金属的化合物分散在硫酸钾溶液当中，不能自然沉淀，并且由于其颗粒较小，需要精密过滤才能去除，这种方法存在能耗高、生产效率低的问题。
因此，开发一种能耗低、生产效率高、操作简便的方法来制备试剂级硫酸钾显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种产品纯度高、产率高、杂质少、工艺步骤简单、能耗低、生产效率高的试剂级硫酸钾的制备方法。
本发明提供了一种试剂级硫酸钾的制备方法，包括如下步骤：
(1)将硫酸水溶液和氢氧化钾水溶液混合，用量为H2SO4：KOH的摩尔比为1:1.2～1.8，静置沉降；
(2)将步骤(1)的清液与氢氧化钾或氢氧化钾水溶液混合。
为了解决现有技术中存在的诸多工艺问题，发明人意外发现，硫酸氢钾和硫酸钾的混合溶液在结晶沉降过程中能够减少溶液中的金属化合物，进一步往混合溶液中加入氢氧化钾，能够得到纯度更高的硫酸钾，对能耗、生产效率也都有明显改善。
所述试剂级硫酸钾为分析纯级别，符合《化学试剂硫酸钾(GB/T16496-1996)》的制定标准。
进一步地，所述硫酸水溶液中硫酸的质量分数为55％～80％；
步骤(1)、(2)的氢氧化钾水溶液中氢氧化钾的质量分数为20％～60％。
此处应当理解为，步骤(1)、(2)中的氢氧化钾水溶液质量分数分别独立选自20％～60％，即步骤(1)、(2)中使用的氢氧化钾水溶液质量分数可以相同，也可以不同，其余类似情况同理。
进一步地，所述硫酸水溶液中硫酸的质量分数为60％～75％。
更进一步地，步骤(1)、(2)的氢氧化钾水溶液中氢氧化钾的质量分数为30％～48％。
进一步地，步骤(1)中，H2SO4：KOH的摩尔比为1:1.4～1.6。
硫酸浓度、用量太高会造成反应剧烈，易发生爆炸，硫酸与氢氧化钾的摩尔比、浓度太低则会使反应不完全，不能完全析出晶体，发明人经过大量实验研究发现，当硫酸浓度范围控制在55％～80％、氢氧化钾浓度20％～60％、H2SO4：KOH的摩尔比为1:1.2～1.8时，晶体能够完全析出，进而能够更好的保证后续产品的纯度。
根据上述制备方法，步骤(2)为向步骤(1)分离出的清液中加入氢氧化钾或氢氧化钾水溶液。
进一步地，步骤(2)使用的是氢氧化钾水溶液。
使用氢氧化钾水溶液而非氢氧化钾固体粉末与步骤(1)的清液反应，可避免硫酸钾析出时包裹氢氧化钾固体，更好地保证产品纯度。
进一步地，步骤(2)中氢氧化钾或氢氧化钾水溶液的用量为使体系的pH为6.5～7。
进一步地，氢氧化钾或氢氧化钾水溶液的加料方式为分批次加入。
所述分批次加入，是指非一次性加入，可以是以一定的或不同的加料速度在一段时间内将原料加入，也可以是将需加入的原料分为若干份，在一定的时间内分若干次加入。
进一步地，步骤(2)物料混合后得到晶浆，将晶浆进行固液分离得湿固体后干燥。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明工艺制备的产品杂质少、纯度和产率高、质量好。
(2)本发明工艺流程简单，不需经过精密过滤等耗能耗时的工艺，能耗低，生产成本低，适合工业化生产。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)硫酸精制：将工业浓硫酸用纯水稀释至75％，然后向75％硫酸溶液中缓慢加入30％的氢氧化钾溶液，摩尔比H2SO4:KOH控制在1:1.4，得到硫酸氢钾和硫酸钾的混合物。
(2)沉降、分离：硫酸精制后的混合物沉降后，得到硫酸氢钾和硫酸钾溶液清液和粗硫酸钾晶体固体。
(3)反应结晶：向步骤(2)得到的清液中缓慢加入30％的氢氧化钾溶液，反应终点控制pH为6.5～7，反应结束时反应釜中为硫酸钾溶液和析出的大量硫酸钾固体，得到晶浆。
(4)离心、干燥：晶浆经过离心机分离得到湿固体和母液，其中湿固体经真空干燥、冷却包装即得成品试剂硫酸钾。
实施例2
(1)硫酸精制：将工业浓硫酸用纯水稀释至75％，然后向75％硫酸溶液中缓慢加入48％的氢氧化钾溶液，摩尔比H2SO4:KOH控制在1:1.4，得到硫酸氢钾和硫酸钾的混合物。
(2)沉降、分离：硫酸精制后的混合物沉降后，得到硫酸氢钾和硫酸钾溶液清液和粗硫酸钾晶体固体。
(3)反应结晶：向步骤(2)得到的清液中缓慢加入30％的氢氧化钾溶液，反应终点控制pH为6.5～7。反应结束时反应釜中为硫酸钾溶液和析出的大量硫酸钾固体，得到晶浆。
(4)离心、干燥：晶浆经过离心机分离得到湿固体和母液其中湿固体经真空干燥、冷却包装即得成品试剂硫酸钾。
实施例3
(1)硫酸精制：将工业浓硫酸用纯水稀释至60％，然后向60％硫酸溶液中缓慢加入48％的氢氧化钾溶液，摩尔比H2SO4:KOH控制在1:1.4，得到硫酸氢钾和硫酸钾的混合物。
(2)沉降、分离：硫酸精制后的混合物沉降一定时间后，得到硫酸氢钾和硫酸钾溶液清液和粗硫酸钾晶体固体。
(3)反应结晶：向步骤(2)得到的清液中缓慢加入30％的氢氧化钾溶液，反应终点控制pH为6.5～7。反应结束时反应釜中为硫酸钾溶液和析出的大量硫酸钾固体，得到晶浆。
(4)离心、干燥：晶浆经过离心机分离得到湿固体和母液其中湿固体经真空干燥、冷却包装即得成品试剂硫酸钾。
实施例4
(1)硫酸精制：将工业浓硫酸用纯水稀释至75％，然后向75％硫酸溶液中缓慢加入30％的氢氧化钾溶液，摩尔比H2SO4:KOH控制在1:1.6，得到硫酸氢钾和硫酸钾的混合物。
(2)沉降、分离：硫酸精制后的混合物沉降后，得到硫酸氢钾和硫酸钾溶液清液和粗硫酸钾晶体固体。
(3)反应结晶：向步骤(2)得到的清液中缓慢加入30％的氢氧化钾溶液，反应终点控制pH为6.5-7。反应结束时反应釜中为硫酸钾溶液和析出的大量硫酸钾固体，得到晶浆。
(4)离心、干燥：晶浆经过离心机分离得到湿固体和母液其中湿固体经真空干燥、冷却包装即得成品试剂硫酸钾。
实施例5
(1)硫酸精制：将工业浓硫酸用纯水稀释至55％，然后向55％硫酸溶液中缓慢加入20％的氢氧化钾溶液，摩尔比H2SO4:KOH控制在1:1.2，得到硫酸氢钾和硫酸钾的混合物。
(2)沉降、分离：硫酸精制后的混合物沉降后，得到硫酸氢钾和硫酸钾溶液清液和粗硫酸钾晶体固体。
(3)反应结晶：向步骤(2)得到的清液中缓慢加入30％的氢氧化钾溶液，反应终点控制pH为6.5-7。反应结束时反应釜中为硫酸钾溶液和析出的大量硫酸钾固体，得到晶浆。
(4)离心、干燥：晶浆经过离心机分离得到湿固体和母液其中湿固体经真空干燥、冷却包装即得成品试剂硫酸钾。
实施例6
(1)硫酸精制：将工业浓硫酸用纯水稀释至80％，然后向80％硫酸溶液中缓慢加入60％的氢氧化钾溶液，摩尔比H2SO4:KOH控制在1:1.8，得到硫酸氢钾和硫酸钾的混合物。
(2)沉降、分离：硫酸精制后的混合物沉降后，得到硫酸氢钾和硫酸钾溶液清液和粗硫酸钾晶体固体。
(3)反应结晶：向步骤(2)得到的清液中缓慢加入60％的氢氧化钾溶液，反应终点控制pH为6.5-7。反应结束时反应釜中为硫酸钾溶液和析出的大量硫酸钾固体，得到晶浆。
(4)离心、干燥：晶浆经过离心机分离得到湿固体和母液其中湿固体经真空干燥、冷却包装即得成品试剂硫酸钾。
实施例7
(1)硫酸精制：将工业浓硫酸用纯水稀释至70％，然后向70％硫酸溶液中缓慢加入40％的氢氧化钾溶液，摩尔比H2SO4:KOH控制在1:1.5，得到硫酸氢钾和硫酸钾的混合物。
(2)沉降、分离：硫酸精制后的混合物沉降后，得到硫酸氢钾和硫酸钾溶液清液和粗硫酸钾晶体固体。
(3)反应结晶：向步骤(2)得到的清液中缓慢加入35％的氢氧化钾溶液，反应终点控制pH为6.5-7。反应结束时反应釜中为硫酸钾溶液和析出的大量硫酸钾固体，得到晶浆。
(4)离心、干燥：晶浆经过离心机分离得到湿固体和母液其中湿固体经真空干燥、冷却包装即得成品试剂硫酸钾。
对比例1
相对于实施例1，缺少硫酸精制、沉降步骤，直接往硫酸溶液中加入氢氧化钾溶液至反应终点，pH6.5-7。
(1)将工业浓硫酸用纯水稀释至75％，然后向75％硫酸溶液中缓慢加入30％的氢氧化钾溶液，反应终点控制pH为6.5-7。反应结束时反应釜中为硫酸钾溶液和析出的大量硫酸钾固体，得到晶浆。
(2)离心、干燥：晶浆经过离心机分离得到湿固体和母液其中湿固体经真空干燥、冷却包装即得成品硫酸钾。
对实施例1～4与对比例1生产的硫酸钾产品分析的检测数据如表1所示。
表1
名称 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1
含量(K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>)，％ 99.8 99.8 99.5 99.4 97.6
pH(50g/L,25℃) 5.2 5.1 5.2 5.2 5.1
澄清度实验 <2号 <2号 <2号 <2号 >2号
水不溶物，％ <0.0005 <0.0005 <0.0005 <0.0005 0.0025
氯化物(CL),％ <0.0005 <0.0005 <0.0005 <0.0005 <0.0005
总氮量(N)，％ <0.0005 <0.0005 <0.0005 <0.0005 <0.0005
钠(Na),％ 0.027 0.024 0.024 0.028 0.024
钙(Ca),％ 0.00089 0.00014 0.00066 0.00088 0.00252
铁(Fe),％ 0.00015 0.00019 0.00019 0.00011 0.00100
砷(As)％ ND ND ND ND ND
重金属(以Pb计)，％ <0.0005 <0.0005 <0.0005 <0.0005 <0.0005
由以上检测数据可知，与对比例1相比，实施例1～4中得到的硫酸钾含量高，溶液浊度都小于2号，溶液中的水不溶物、氯化物、金属元素含量较低，尤其钙的含量为0.00014％～0.00089％，低至0.00014％，铁含量为0.00011％～0.00019％，而对比例制得的硫酸钾纯度仅为97.6％，无法达到试剂级硫酸钾的要求，钙含量为0.00252％，铁的含量高达0.00100％，相当于实施例1～4中铁含量的10倍。
因此，本发明工艺制备得到的硫酸钾纯度高、收率高，水不溶物、氯化物、金属元素等杂质较少，降低了为除去大颗粒杂质所产生的能耗和生产成本，提高了生产效率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种试剂级硫酸钾的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将硫酸水溶液和氢氧化钾水溶液混合，用量为H2SO4：KOH的摩尔比为1:1.2～1.8，静置沉降；
(2)将步骤(1)的清液与氢氧化钾或氢氧化钾水溶液混合。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸水溶液中硫酸的质量分数为55％～80％；
步骤(1)、(2)的氢氧化钾水溶液中氢氧化钾的质量分数为20％～60％。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸水溶液中硫酸的质量分数为60％～75％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)、(2)的氢氧化钾水溶液中氢氧化钾的质量分数为30％～48％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，H2SO4：KOH的摩尔比为1:1.4～1.6。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)为向步骤(1)分离出的清液中加入氢氧化钾或氢氧化钾水溶液。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)使用的是氢氧化钾水溶液。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中氢氧化钾或氢氧化钾水溶液的用量为使体系的pH为6.5～7。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，氢氧化钾或氢氧化钾水溶液的加料方式为分批次加入。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)物料混合后得到晶浆，将晶浆进行固液分离得湿固体后干燥。
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