一种直接法生产硝酸钾的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生产硝酸钾的方法。
【背景技术】
[0002]硝酸钾是一种重要的无机化工产品，根据用途主要分为工业用硝酸钾和农业用硝酸钾，目前硝酸钾生产方法主要以氯化钾和硝酸盐为原料转化制取，其典型方法主要有复分解法、离子交换法、萃取法等。
[0003]复分解法生产硝酸钾的技术，主要以氯化钾与硝酸镁或硝酸铵为原料的，其中的不足在于:硝酸钾在副产的氯化镁与氯化铵中溶解度较大，不仅降低副产产品的质量，也造成钾离子回收率低;母液循环量大，蒸发量也比较大，导致产品成本比较高。
[0004]萃取剂生产硝酸钾的技术，主要以氯化钾、硝酸有机溶剂为原料，其不足之处在于:选用的萃取剂为有机溶剂，对人体有毒害作用，固体表面会吸附一定量溶剂，造成溶剂损失，增加生产成本;从体系中分离出的溶剂不仅含有硝酸，而且含有盐酸，导致分离流程复杂。
[0005]离子交换法生产硝酸钾的技术，主要以硝酸铵和氯化钾为原料，其不足之处在于:利用离子交换树脂为交换载体，通过上钾和洗钾过程完成硝酸钾和氯化铵的生产。生成过程中存在硝酸钾浓度低，蒸发成本高;设备要求高，增加生产成本等问题，同时具有爆炸性，存在较高的安全隐患高。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术成本高、设备复杂、工艺流程长、产品品质低，能耗高、污染大等问题，提供一种直接法生产硝酸钾的方法。
[0007]本发明提供的直接法生产硝酸钾的方法，包括以下步骤:
(1)将氯化钾和硝酸加入到水中进行搅拌反应，反应完毕进行冷却使硝酸钾充分析出，然后进行固液分离，所得固体物为产品硝酸钾，所得液体为母液I;
(2)进一步冷却母液I使结晶物进一步析出，然后进行固液分离，所得固体物为粗品硝酸钾，所得液体为母液Π ;
(3)将粗品硝酸钾重溶于水中，然后进行重结晶使硝酸钾充分析出，重结晶完毕进行固液分离，所得固体物为产品硝酸钾；
(4)将母液Π和水同时流经扩散渗析器进行扩散渗析后，得到含少量硝酸的盐酸溶液和含钾离子的回收液；回收液代替步骤(I)中的水用于下轮次硝酸钾的制备，以循环使用回收液。
[0008]所述氯化钾、硝酸和水的摩尔比为I: 1-1.4:7-9。
[0009]所述步骤(I)中的搅拌反应的温度为50_90°C。
[0010]所述步骤(I)中的冷却结晶在20_40°C的温度条件下进行。
[0011]所述步骤(2)中的冷却结晶在-7至0°C的温度条件下进行。
[0012]所述步骤(3)中粗品硝酸钾与水的质量比为0.4-2.4:1。
[0013]所述步骤(4)中，流经扩散渗析器的水和母液Π的流量分别为10-80L/min和10-60L/mino
[0014]所述扩散渗析器由2-8组平板式扩散渗析装置串联或并联组成;每组平板式装置由15-30个平板式渗析单元组成。
[0015]所述扩散渗析器的交换膜为阴离子交换膜，所述阴离子交换膜为芳香族聚醚类复合膜。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
1、原料来源广阔，价格低廉，生产成本显著降低；
2、设备简单，工艺流程少，生产过程能耗低；
3、本发明采用的分离方法简单易操作、易分离，生产过程中减少水洗成品过程，有效减少了母液循环量，降低了生产原料的消耗；
4、氯化钾转化率高，一次性成品率高，可获得纯度高且质量稳定的硝酸钾产品；
5、本发明采用两步结晶，即保证了产品质量又提高了生产效率；
6、本发明利用扩散渗析器将水变为含少量硝酸的盐酸溶液，母液Π变为含钾离子的回收液，即回收了酸又实现了钾的循环利用，降低了钾的损失，提高了资源综合利用率。
【具体实施方式】
[0017]实施例1
(1)将氯化钾、硝酸和水加入到反应罐中，在50-63°C的温度条件下搅拌反应I小时，反应完毕将反应液送入冷却结晶器，在20-26°C的温度条件下使硝酸钾充分结晶析出，然后通过离心机进行固液分离，固液分离所得的固体物为产品硝酸钾，所得的液体为母液I;所述氯化钾、硝酸和水的摩尔比为1: 1:7;
(2)将母液I送入冷冻结晶器，在-7至-5°C的温度条件下使硝酸钾充分结晶析出，然后通过离心机进行固液分离，固液分离所得的固体物为粗品硝酸钾，所得液体为母液Π ；
(3)按粗品硝酸钾与水的质量比为0.45:1的配比关系，在温度30°C条件下，将粗品硝酸钾重溶于水中，然后送入冷却结晶器使硝酸钾充分结晶析出，结晶析出完毕通过离心机进行固液分离，进行固液分离所得的固体物为产品硝酸钾；
(4)控制水和母液Π的流量分别为10L/min和10L/min，使母液Π和水流经扩散渗析器进行扩散渗析，得到含少量硝酸的盐酸溶液和含钾离子的回收液；回收液代替步骤(I)中的水用于下轮次硝酸钾的制备，以使回收液得到循环使用。
[0018]实施例2
(1)将氯化钾、硝酸和水加入到反应罐中，在63-76°C的温度条件下搅拌反应1.2小时，反应完毕将反应液送入冷却结晶器，在26-33°C的温度条件下使硝酸钾充分结晶析出，然后通过离心机进行固液分离，固液分离所得的固体物为产品硝酸钾，所得的液体为母液I;所述氯化钾、硝酸和水的摩尔比为1:1.2:8;
(2)将母液I送入冷冻结晶器，在-5至-3°C的温度条件下使硝酸钾充分结晶析出，然后通过离心机进行固液分离，固液分离所得的固体物为粗品硝酸钾，所得液体为母液Π ；
(3)按粗品硝酸钾与水的质量比为1:1的配比关系，在温度60°C条件下，将粗品硝酸钾重溶于水中，然后送入冷却结晶器使硝酸钾充分结晶析出，结晶析出完毕通过离心机进行固液分离，进行固液分离所得的固体物为产品硝酸钾；
(4)控制水和母液Π的流量分别为80L/min和60L/min，使母液Π和水流经扩散渗析器进行扩散渗析，得到含少量硝酸的盐酸溶液和含钾离子的回收液；回收液代替步骤(I)中的水用于下轮次硝酸钾的制备，以使回收液得到循环使用。
[0019]实施例3
(I)将氯化钾、硝酸和水加入到反应罐中，在76-90°C的温度条件下搅拌反应2小时，反应完毕将反应液送入冷却结晶器，在33-40°C的温度条件下使硝酸钾充分结晶析出，然后通过离心机进行固液分离，固液分离所得的固体物为产品硝酸钾，所得的液体为母液I;所述氯化钾、硝酸和水的摩尔比为1: 1.4:9，硝酸采用浓度为60%的硝酸。
[0020](2)将母液I送入冷冻结晶器，在-3至0°C的温度条件下使硝酸钾充分结晶析出，然后通过离心机进行固液分离，固液分离所得的固体物为粗品硝酸钾，所得液体为母液Π ;
(3)按粗品硝酸钾与水的质量比为2:1的配比关系，在温度90°C条件下，将粗品硝酸钾重溶于水中，然后送入冷却结晶器使硝酸钾充分结晶析出，结晶析出完毕通过离心机进行固液分离，进行固液分离所得的固体物为产品硝酸钾；
(4)控制水和母液Π的流量分别为45L/min和35L/min，使母液Π和水流经扩散渗析器进行扩散渗析，得到含少量硝酸的盐酸溶液和含钾离子的回收液；回收液代替步骤(I)中的水用于下轮次硝酸钾的制备，以使回收液得到循环使用。
[0021]上述扩散渗析器由2-8组平板式扩散渗析装置串联或并联组成;每组平板式装置由15-30个平板式渗析单元组成;采用阴离子交换膜作为交换膜，阴离子交换膜采用芳香族聚醚类复合膜。
[0022]本发明中回收液循环使用的含义是:步骤(I)中使用的水只是在第一次制备硝酸钾时使用，待经步骤(4)得到母液Π后，以后的制备用母液Π代替水与氯化钾、硝酸进行制备硝酸钾。
【主权项】
1.一种直接法生产硝酸钾的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)将氯化钾和硝酸加入到水中进行搅拌反应，反应完毕进行冷却使硝酸钾充分析出，然后进行固液分离，所得固体物为产品硝酸钾，所得液体为母液I; (2)进一步冷却母液I使结晶物进一步析出，然后进行固液分离，所得固体物为粗品硝酸钾，所得液体为母液Π ; (3)将粗品硝酸钾重溶于水中，然后进行重结晶使硝酸钾充分析出，重结晶完毕进行固液分离，所得固体物为产品硝酸钾； (4)将母液Π和水同时流经扩散渗析器进行扩散渗析后，得到含少量硝酸的盐酸溶液和含钾离子的回收液；回收液代替步骤(I)中的水用于下轮次硝酸钾的制备，以循环使用回收液。2.根据权利要求1所述的直接法生产硝酸钾的方法，其特征在于:所述氯化钾、硝酸和水的摩尔比为1:1-1.4:7-9。3.根据权利要求书I所述的直接法生产硝酸钾的方法，其特征在于:所述步骤(I)中的搅拌反应的温度为50-90°C。4.根据权利要求书I所述的直接法生产硝酸钾的方法，其特征在于:所述步骤(I)中的冷却结晶在20-40°C的温度条件下进行。5.根据权利要求书I所述的直接法生产硝酸钾的方法，其特征在于:所述步骤(2)中的冷却结晶在-7至0°C的温度条件下进行。6.根据权利要求1所述的直接法生产硝酸钾的方法，其特征在于:所述步骤(3)中粗品硝酸钾与水的质量比为0.4-2.4:1，粗品硝酸钾重溶的温度条件为30-90°C。7.根据权利要求1所述的直接法生产硝酸钾的方法，其特征在于:所述步骤(4)中，流经扩散渗析器的水和母液Π的流量分别为10-80L/min和10-60L/min。8.根据权利要求1所述的直接法生产硝酸钾的方法，其特征在于:所述扩散渗析器由2-8组平板式扩散渗析装置串联或并联组成;每组平板式装置由15-30个平板式渗析单元组成。9.根据权利要求8所述的直接法生产硝酸钾的方法，其特征在于:所述扩散渗析器的交换膜为阴离子交换膜，所述阴离子交换膜为芳香族聚醚类复合膜。
【专利摘要】本发明公开了一种直接法生产硝酸钾的方法及方法，步骤如下：（1）将氯化钾和硝酸加入到水中进行搅拌反应，然后冷却结晶，再固液分离，得产品硝酸钾和母液Ⅰ；（2）将母液Ⅰ进一步冷却结晶，然后固液分离，得粗品硝酸钾和母液Ⅱ；（3）将粗品硝酸钾重溶于水中，经重结晶、固液分离，得产品硝酸钾；（4）将母液Ⅱ和水同时流经扩散渗析器，得到含少量硝酸的盐酸溶液和含钾离子的回收液；回收液代替步骤（1）中的水用于下轮次硝酸钾的制备，以循环使用回收液。该方法生产成本低；氯化钾转化率高，一次性成品率高，可获得纯度高且质量稳定的硝酸钾产品；既回收了酸又实现了钾的循环利用，降低了钾的损失，提高了资源综合利用率。
【IPC分类】C01D9/04, C01B7/03
【公开号】CN105439175
【申请号】CN201511007756
【发明人】王功国, 王恒磊, 朱丹, 李秋霞
【申请人】山东天一化学股份有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月30日