CN1166453A - 一种联合生产碳酸钾和轻质碳酸镁的方法 - Google Patents

一种联合生产碳酸钾和轻质碳酸镁的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属化工类。它是利用我国特有的农用碳酸氢铵和丰富的镁盐氯化镁和硫酸镁，采用复盐法和KCl或K2SO4反应生产碳酸钾和轻质碳酸镁。与国外采用CO2和碳酸氢钠与碳酸镁和KCl复盐法生产碳酸钾相比，不但原料成本低，而且联产轻质碳酸镁，全部工艺过程在常压下进行，无三废排放。产品碳酸钾、轻质碳酸镁是重要的化工原料，副产的氯化铵或硫酸铵是农用化肥。

Description

一种联合生产碳酸钾和轻质碳酸镁的方法
该发明属于化工类。碳酸镁和碳酸钾作为重要的化工原料，用量不断增加。轻质碳酸镁是橡胶制品的优质填料，绝热、耐高温的防火材料，也用于制造高级玻璃制品、镁盐颜料、油漆和日用化学品等。传统生产轻质碳酸镁的方法有白云石碳化法、卤水碳化法、纯碱法等。碳酸钾主要用于电视玻壳、陶瓷、染料、涂料、食品添加剂、清洁剂、化肥厂脱碳剂等，也是一种优质钾肥。其生产方法主要有电解法、有机胺法、离子交换法、复盐法等。
复盐法生产碳酸镁在国内外未见报道。复盐法生产碳酸钾在德国、法国曾应用于工业生产。它是以CO2为碳化剂，通过向含有氯化钾和氧化镁的水溶液中通入CO2来进行反应。首先氧化镁和二氧化碳反应生成三水碳酸镁，见反应式(1)。
             (1)或者
                      (2)
         (3)生成的三水碳酸镁进一步和二氧化碳、氯化钾反应生成碳酸钾、碳酸镁复盐，见反应式(4)。     (4)
该复盐在较低温度下不溶于水，通过过滤将其与母液分离。此复盐还有一重要化学性质，即受热分解。所以将过滤出的复盐加入热水中，会分解为碳酸氢钾和三水碳酸镁，见反应(5)。
    (5)
碳酸镁不溶于水，过滤后循环使用，但碳酸镁循环使用易失活，严重影响生产复盐产率。含KHCO3的母液浓缩结晶得碳酸钾产品。此工艺需要产生二氧化碳的装置，而且要使反应(4)有较大的反应速率和反应转化率，二氧化碳的压力必须控制在20大气压左右。国外还有用碳酸氢钠代替二氧化碳与碳酸镁反应制取复盐，生产碳酸钾，见反应式(6)。
         (6)
我国是碳酸氢铵的最大生产国，特别是作为肥料的碳酸氢铵，为我国所特有，碳酸氢铵比碳酸氢钠价格低很多。而且我国是镁盐生产大国，氯化镁和硫酸镁资源丰富，解决用碳酸氢铵代替碳酸氢钠采用复盐法生产碳酸钾，并联产轻质碳酸镁，是本发明的主要目的。
本发明是将一定量的氯化钾(或硫酸钾)和氯化镁(或硫酸镁)溶解，形成氯化钾(或硫酸钾)和氯化镁(或硫酸镁)的混合溶液，在0～25℃把碳酸氢铵加入到混合溶液中，并加入结晶促进剂，在不断搅拌下反应，生成碳酸氢钾和碳酸镁复盐，见反应式(7)。
               (7)
生成的复盐不溶于冷水，是一种沉淀物，原名叫恩格勒(Engel)盐。当反应进行1～20小时，过滤并用0～25℃的冷水冲洗滤饼，得到纯净的固体KHCO3·MgCO3·4H2O复盐。将母液和一洗液混合，得到的混合液中含有少量未反应的氯化钾(或硫酸钾)、氯化镁(或硫酸镁)和生成物氯化铵(或硫酸铵)，可循环配料使用，直到氯化铵(或硫酸铵)接近饱和，冷却结晶分离出氯化铵(或硫酸铵)，再循环使用。
所得的复盐因其有热不稳定性，在25℃～100℃的热水中水解2分钟～20小时，生成不溶于水的碳酸镁和溶于水的碳酸氢钾。见反应式(8)。
将沉淀过滤，并用水冲洗滤饼，干燥后可得轻质碳酸镁。反应(8)在不同的温度下可得到含不同结晶水的碳酸镁，或无水碳酸镁。得到的滤液经浓缩、结晶可得到碳酸钾产品。
例如：称取37.1433克的氯化钾和100克MgCl2·6H2O，加入反应器中，用210ml水在室温下溶解，配成KCl和MgCl2的混合溶液。称取119克NH4HCO3，边搅拌边加入混合溶液中，反应六小时结束。过滤得滤饼为KHCO3·MgCO3·4H2O，并用少量水冲洗，滤液和洗液可重新配入KCl和MgCl2·6H2O循环使用。当母液中的NH4Cl积累到一定浓度时，冷却使其结晶析出，过滤得NH4Cl结晶，滤液仍可循环使用。KHCO3·MgCO3·4H2O滤饼在40℃的热水中搅拌30分钟左右，分解为水溶性的KHCO3和不溶性的MgCO3·3H2O，将溶液过滤，滤饼为MgCO3，干燥后得33.72克MgCO3。滤液浓缩结晶干燥得27.6克K2CO3。
本发明与现有技术相比，利用我国丰富的NH4HCO3代替CO2或NaHCO3，在常压下反应采用复盐法生产KCO3，不但使生产成本降低，而且利用我国丰富的镁盐，副产轻质碳酸镁和氯化铵或硫酸铵。而国外利用MgO、KCl、CO2生产KCO3，由于MgO价格较高，又要有产生CO2的装置，吸收CO2又需较高压力，所以工业生产难度较大。和国外用NaHCO3生产KCO3相比，NaHCO3价格约是NH4HCO3的三倍，而副产的NaCl价格不及NH4Cl的一半。因而本发明和国外现有技术相比，生产工艺和经济上均有较大优势。
本发明最好用于现有碳酸氢铵厂的深加工。因为该技术和现有生产碳酸钾的技术相比投资大大降低。但也可新建厂，特别是乡镇企业，采用此工艺技术建厂，无三废排放，不会造成环境污染。

Claims (3)

1.本发明以氯化镁(或硫酸镁)、碳酸氢铵和氯化钾(或硫酸钾)为原料，采用复盐法生产碳酸钾、轻质碳酸镁，并副产氯化铵或硫酸铵。
2.按权利要求1所述，其氯化镁(或硫酸镁)、碳酸氢铵和氯化钾(或硫酸钾)反应生产复盐KHCO3·MgCO3·4H2O的温度为0℃～25℃，反应时间为1～20小时。
3.按权利要求1所述，其中间产物复盐水解为碳酸氢钾和碳酸镁的温度为25℃～100℃，水解时间为两分钟～20小时。
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