冷激方式的差异可控合成硝酸钾晶体的制作方法

本发明属于硝酸钾结晶技术领域，具体涉及基于温度干预的硝酸钾结晶方法。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

硝酸钾作为一种重要的化工原料，广泛用于工农业生产中。目前，中国市场上的硝酸钾晶体主要采用冷却结晶法制备，产品质量良莠不齐，普遍存在晶体粒径小、晶型差的问题。而不少文献报道，大粒径的硝酸钾晶体晶型更为完整，纯度更高，质量更好，在化肥生产、教学和生活中会有更方便的应用。

为制备形貌规则的大晶体，现有已报道的方法重点考察了冷却时间、晶种量、冷却速度和时间等条件对晶体生长的影响，但均基于传统的冷却结晶法，要得到较大粒径和较规则形貌的晶体需严格控制条件，在实际生产中实现较为困难。另外，部分学者从晶体生长动力学角度进行原理分析，得出较好的晶体生长条件，虽然可以为实际生产提供理论指导和实验依据，但原理较为复杂，与生产实际结合还需相当长的周期。

现有技术中曾报道通过温度梯度强化结晶过程。这些研究的结果表明，虽然温度梯度的引入可以加快结晶速度，但并不利于得到大粒径、形貌规则的硝酸钾晶体。相反，过高的温度反而会使晶体颗粒变小、不规则并结聚。并且高温还会带来高能耗。

在典型的硝酸钾结晶的实验方法中，先在500ml烧杯中加入8.5gnano3和7.5gkcl，再加入60ml蒸馏水。将烧杯放在石棉网上，用小火加热、搅拌，使其溶解，再继续加热蒸发至原体积的2/3，这时烧杯内开始有较多晶体析出。趁热减压过滤，滤液中很快出现晶体。另取32ml热沸的蒸馏水加入吸滤瓶中，使结晶重新溶解，并将溶液转移至烧杯中缓缓加热，蒸发至原有体积的3/4，但发明人发现：传统的冷却结晶条件下得到的晶体往往为细小粉末状颗粒(如图5所示)，且晶体的分散性较差。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明提供了一种基于温度梯度干预的硝酸钾结晶新方法。为改善硝酸钾结晶效果，在现有方法冷却结晶步骤中加入了一个温度梯度干预环节，即不同温度下进行冷却热饱和溶液，同时辅以无水乙醇对晶体进行预分散，可以在不改变任何其他条件下获得更为理想的硝酸钾晶体(粒径更大，形貌更规则)，从而为制备高质量的硝酸钾晶体提供新的生产工艺思路。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于温度梯度干预的硝酸钾结晶的方法，包括；

以nano3和kcl为原料，制得硝酸钾热饱和溶液，减压过滤，收集滤液；

向所述滤液中加入热沸的蒸馏水，使结晶重新溶解，加热蒸发至原有体积的3/4，加入无水乙醇，在48～52℃恒温水浴中冷却，制得硝酸钾晶体。

随着无水乙醇加入量的增加，分散性的逐步提高，但当无水乙醇用量达到一定值后，继续增加无水乙醇的用量，对分散性提升不大。因此，在一些实施例中，所述无水乙醇与热沸的蒸馏水的体积比为：1～1.5：2，以提高晶体的分散性。

对0℃～75℃水浴下的晶体成型情况进行了实验分析，发现：所述恒温水浴的温度为50℃，获得的晶体形貌、粒径最优。

在一些实施例中，所述nano3和kcl的质量比为1～1.2：1，使二者充分反应，利用后续硝酸钾晶体的形成。

在一些实施例中，所述硝酸钾热饱和溶液的制备方法为将nano3和kcl加水溶解，加热蒸发至原体积的2/3，以提高硝酸钾晶体的纯度。

在一些实施例中，所述原料总量与水的质量比为1:3.5～4，使原料完全溶解，便于结晶析出。

在一些实施例中，所述减压过滤的压力为0.042mpa，提高过滤速度和效果。

在一些实施例中，所述热沸的蒸馏水与初始加入蒸馏水的比例为1：1.8～2.1，以使结晶重新溶解。

在一些实施例中，所述冷却温度为0～75℃，根据不同的需求在不同的温度下析出所需特点的晶体。

本发明还提供了任一上述的方法制备的硝酸钾晶体。

本发明还提供了上述的硝酸钾晶体在化学肥料、印染、颜料或农药领域的应用。

本发明的有益效果在于：

(1)本申请可以根据生产企业的需求调整冷激温度，进而达到自己的需求。如需要大粒径，规则晶体，可以50℃恒温水浴锅冷激；如果需要小粒径，可以选择冰水浴冷激；如需要中等粒径，可以常温冷激。晶体结构决定晶体性质。本发明最大的探索出晶体生成条件，为生产厂家提供最直接的案例，大大节省了摸索成本。

(2)为改善硝酸钾结晶效果，在现有结晶方法中，采用温度梯度的冷却结晶环节，同时辅以无水乙醇对晶体进行预分散，可以在不改变任何其他步骤和条件下获得更为理想的硝酸金晶体，从而为大规模制备高质量的硝酸钾晶体提供新的生产工艺思路。

(3)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是实施例1制备的硝酸钾晶体(0℃)。晶种较多，晶体粒度较小，不规则。

图2是实施例1制备的硝酸钾晶体(常温)。晶种较少，晶体粒度较大，规则。

图3是实施例1制备的硝酸钾晶体(50℃)。晶种最少，晶体粒度最大，规则。

图4是实施例1制备的硝酸钾晶体(75℃)。晶种较多，晶体粒度较小，不规则，团聚。

图5是对比例1制备的硝酸钾晶体(0℃)。晶种较多，晶体粒度较小，不规则，团聚。

图6是对比例1制备的硝酸钾晶体(常温)。晶种较少，晶体粒度较大，团聚。

图7是对比例1制备的硝酸钾晶体(50℃)。晶种最少，晶体粒度最大，规则，团聚。

图8是对比例1制备的硝酸钾晶体(75℃)。晶种较多，晶体粒度较小，不规则，团聚。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，针对传统的蒸发冷却结晶法制备的硝酸钾晶体普遍存在产品质量良莠不齐、晶体粒径小、晶型差的问题，本发明提出一个温度梯度干预环节，可以在不改变任何其他条件下获得更为理想的硝酸钾晶体，从而为大规模制备高质量的硝酸钾晶体提供新的生产工艺思路。

一种基于温度梯度的硝酸钾结晶方法，包括：

在硝酸钾滤液蒸发浓缩和冷却结晶时，将溶液分成4份，一份是在冰水浴中结晶；一份常温自然冷却结晶，一份在50℃的恒温水浴锅中结晶，一份在75℃的恒温水浴锅中结晶。固液分离，均得精制硝酸钾晶体。

本申请研究发现：由于冷却温度的差异，在50℃的恒温水浴锅中结晶，能够获得更为理想的晶体。如图3。

因此，本文提出在硝酸钾结晶过程中采用50℃的恒温水浴锅冷却方式，改进结晶效果，为硝酸钾晶体的制备提供了新思路。为说明50℃的恒温水浴锅冷却的方法和效果，以典型的无机化学实验中“硝酸钾的制备和提纯”实验过程作为基础，论述加入50℃的恒温水浴锅冷却环节和方法，并通过对传统方法和50℃的恒温水浴锅冷却后的结晶效果对比，说明所提方法的有效性。

本申请研究发现：若温度过高，比如75℃的恒温水浴锅对硝酸钾晶体成型的影响是粒径较小，无法获得预期的晶体且团聚严重；若温度过低，比如0℃的冰水浴对硝酸钾晶体成型的影响是团聚性较大，无法获得预期的理想晶体，影响结晶的均匀性。因此，在一些实施例中，所探索的是不同温度下硝酸钾晶体的结晶状况。研究发现，50℃的恒温水浴锅冷却后的结晶所制备的硝酸钾呈漂亮的、较长的针状结晶。

在一些实施例中，在典型的硝酸钾结晶的实验方法中，先在500ml烧杯中加入8.5gnano3和7.5gkcl，再加入60ml蒸馏水。将烧杯放在石棉网上，用小火加热、搅拌，使其溶解，再继续加热蒸发至原体积的2/3，这时烧杯内开始有较多晶体析出。趁热减压过滤，滤液中很快出现晶体。另取32ml热沸的蒸馏水加入吸滤瓶中，使结晶重新溶解，并将溶液转移至烧杯中缓缓加热，蒸发至原有体积的3/4，加入20ml无水乙醇，此时将溶液分为4份，采用4种冷却方式获得晶体：0℃的冰水浴制备硝酸钾晶体，图1。晶种较多，晶体粒度较小，不规则。

2.常温结晶，制备硝酸钾晶体，图2。晶种较少，晶体粒度较大，规则。

3.50℃的恒温水浴锅冷却制备硝酸钾晶体，图3。晶种最少，晶体粒度最大，规则。

4.75℃的恒温水浴锅冷却制备硝酸钾晶体，图4。晶种较多，晶体粒度较小，不规则，团聚。

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

实施例1：

一种基于温度梯度的硝酸钾结晶方法，包括：

先在500ml烧杯中加入8.5gnano3和7.5gkcl，再加入60ml蒸馏水。将烧杯放在石棉网上，用小火加热、搅拌，使其溶解，再继续加热蒸发至原体积的2/3，这时烧杯内开始有较多晶体析出。趁热减压过滤，滤液中很快出现晶体。另取32ml热沸的蒸馏水加入吸滤瓶中，使结晶重新溶解，并将溶液转移至烧杯中缓缓加热，蒸发至原有体积的3/4，加入20ml无水乙醇此时将溶液分为4份，采用4种冷却方式获得晶体：

1.0℃的冰水浴制备硝酸钾晶体，图1。晶种较多，晶体粒度较小，不规则。

2.常温结晶，制备硝酸钾晶体，图2。晶种较少，晶体粒度较大，规则。

3.50℃的恒温水浴锅冷却制备硝酸钾晶体，图3。晶种最少，晶体粒度最大，规则。

4.75℃的恒温水浴锅冷却制备硝酸钾晶体，图4。晶种较多，晶体粒度较小，不规则，团聚。

对比例1：

制备方法同实施例1，不同之处在于：未加入无水乙醇。

结果表明：

1.0℃的冰水浴制备硝酸钾晶体，图5。晶种较多，晶体粒度较小，不规则，团聚。

2.常温结晶，制备硝酸钾晶体，图6。晶种较少，晶体粒度较大，团聚。

3.50℃的恒温水浴锅冷却制备硝酸钾晶体，图7。晶种最少，晶体粒度最大，规则，团聚。

4.75℃的恒温水浴锅冷却制备硝酸钾晶体，图8。晶种较多，晶体粒度较小，不规则，团聚。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。