一种碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法与流程

本发明涉及碘酸钾合成领域，特别涉及一种碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法。

背景技术：

目前碘酸钾的生产方法已经有如下几种：

第一种方法是氯酸钾氧化法。将氯酸钾在稀硝酸溶液与精碘悬浮液一步氧化反应生成kh(io3)2，该产物与氢氧化钾中和反应得到碘酸钾。

第二种方法是微波诱导合成法。将碘和过氧化氢混合，用硝酸调节溶液ph值为1至2，放入微波炉中，用微波辐射。反应完成后，将溶液冷却至室温，用过氧化氢调节ph值至10，再冷却结晶，过滤，干燥，得到碘酸钾。

第三种方法是过氧化氢氧化法。将硝酸和碘混合，加热至70℃左右，保温，搅拌下滴加过氧化氢，至反应液黄色褪尽即完成氧化反应。再滴加30％的碳酸钾溶液至反应液呈中性。搅拌下自然冷却至室温，滤出已结晶的碘酸钾并用适量水洗涤。收集洗涤水和母液浓缩，搅拌下自然冷却至室温，再用冰水冷却至0℃，滤出碘酸钾晶体，用适量冰水洗涤2至3次。将两次所得的湿碘酸钾晶体干燥得产品。

目前以碘为起始原料合成碘酸钾的方法都涉及到使用氯酸钾及硝酸等强氧化剂。

这些强氧化剂的使用会导致产生的副产物需要进一步的无害化处理，造成环保压力较大；此外，这些按照这些方法生产碘酸钾的生产条件比较苛刻，安全生产压力较大；环保问题和安全问题是制约当前碘酸钾生产的关键因素。

目前电化学方法生产碘化钾相关的方法已经有如下几种：

根据专利cn101078128a中的相关记载，在阳极上的反应是碘单质直接氧化成为碘酸根负离子，同时阴极上发生葡萄糖还原产生甘露醇的反应。现有专利cn1121540a使用单室电解槽，通过多级、连续的工艺电解碘化钾溶液，得到碘酸钾，并且在溶液中添加重铬酸钾抑制碘酸根在阴极上还原；然而，重铬酸钾易造成产品纯化难度大，且毒性较大。

为此，我们提出一种碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种合成条件温和、对生产条件要求比较宽松，不会造成环境污染和安全问题，的碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法，具体包括以下步骤：

a.复配阳极液的溶剂；

b.复配阳极液：将一定量的碘和氢氧化钾按一定比例完全溶解于阳极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阳极液；

c.复配阴极液的溶剂；

d.复配阴极液：将碘与碘化盐以一定比例一定浓度溶解于阴极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阴极液；

e.电解：采用阳离子膜分隔的双室电解槽进行电解反应；将复配好的阳极液加入阳极室，阴极液加入阴极室；将惰性电极连接在电解池的电源输出两端，再将两电极分别浸于阳极液和阴极液中，将电解液搅拌均匀后进行控温电解；

f.结晶：通过一定电量后停止电解反应，将阳极母液冷却至一定温度进行结晶，待阳极母液结晶之后，过滤得到碘酸钾，采用步骤a所配的阳极液溶剂洗涤碘酸钾滤饼，将洗涤液与滤液合并后循环用于配制阳极液；

g.回收氢碘酸溶液：将阴极液恢复常温后减压蒸馏，去除水合溶剂后，获得质量百分比浓度≥57％的氢碘酸溶液，蒸馏釜残和前馏分可再次用于配制阴极液。

步骤f中洗涤碘酸钾滤饼所用溶剂的量为步骤b中复配电解液所用溶剂量的0.05-0.5倍。

作为一种优选的技术方案，所述步骤a中，阳极液的溶剂为水，甲醇，乙醇，乙二醇，四氢呋喃，n,n—二甲基甲酰胺，乙二醇单甲醚，乙二醇单乙醚，乙二醇二甲醚，乙二醇二乙醚中的一种或两种以上的混合物。

作为一种优选的技术方案，所述步骤b中，碘与氢氧化钾的摩尔比为10:1-1:10；所述碘元素的摩尔浓度为0.1mol/l-5mol/l。

作为一种优选的技术方案，所述步骤c中，阴极液的溶剂包括水，甲醇，乙醇，乙二醇的一种或两种以上的混合物。

作为一种优选的技术方案，所述步骤e中，惰性电极为石墨电极或者铂电极。

作为一种优选的技术方案，所述阳极室和阴极室的电解液温度为0-80℃；电解池端电压为0.1v-20v；电流密度为1-5a/㎡。

作为一种优选的技术方案，所述步骤f中，电解反应完成后，电路通过的电子的总摩尔数是阴极液中碘单质摩尔数的1-5倍；反应完毕后阳极母液结晶的温度为15-25℃。

本发明提供一种碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法，阳极反应采用单电子步骤，极易发生，通过配制复配溶剂，复配电解液，以石墨电极或者铂电极作为惰性电极，对碘和氢氧化钾的溶液进行电解，电解反应完成后，采用结晶、过滤等操作即可获得碘酸钾，本合成方法仅通过电解、结晶和回收的步骤，方法简单，对生产条件要求比较宽松，不会造成环境污染，也不会导致安全事故的发生，本发明将合成氢碘酸与阳极反应耦合，提高了电解方法的电流经济性。

附图说明

图1为采用本碘酸钾合成方法合成的碘酸钾与标准碘酸钾的x射线粉末衍射图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

一种碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法，具体包括以下步骤：

a.复配阳极液的溶剂；水与甲醇以等体积混合，复配阳极液的溶剂；

b.复配阳极液；将碘和氢氧化钾按碘：氢氧化钾的摩尔数之比为10:1，碘元素的摩尔浓度为0.5摩尔每升，完全溶解于阳极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阳极液；

c.复配阴极液的溶剂；水与甲醇以等体积混合，复配阴极液的溶剂；

d.复配阴极液；碘单质：碘化钠的摩尔数之比为10:1溶解于阴极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阴极液；碘单质的浓度为阳极液中碘浓度的5倍。

e.电解：采用阳离子膜分隔的双室电解槽进行电解反应。将阳极液加入阳极室，阴极液加入阴极室。电源的阳极端接铂电极，阴极端接石墨电极。将两电极分别浸于阳极液和阴极液中，在均匀搅拌的条件下两室控温于30摄氏度进行电解；电解槽端电压为6.0伏特，槽内电流密度2.0安培每升。

f.结晶：电路通过的电子总摩尔数是阴极液中碘单质摩尔数的3倍后停止电解反应。阳极母液结晶操作之后，经过滤得到碘酸钾。用母液中溶剂量0.05倍量的溶剂洗涤碘酸钾滤饼，将洗涤液与滤液合并后循环用于配制阳极液。

g.回收氢碘酸溶液：将阴极液恢复常温后减压蒸馏，去除水合溶剂后，获得质量百分比浓度≥57％的氢碘酸溶液，蒸馏釜残和前馏分可再次用于配制阴极液。

实施例2

一种碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法，具体包括以下步骤：

a.复配阳极液的溶剂；水与乙醇以等体积混合，复配阳极液的溶剂；

b.复配阳极液；将碘和氢氧化钾按碘：氢氧化钾的摩尔数之比为5:1，碘元素的摩尔浓度为0.8摩尔每升，完全溶解于阳极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阳极液；

c.复配阴极液的溶剂；水与乙醇以等体积混合，复配阴极液的溶剂；

d.复配阴极液；碘单质：碘化钠的摩尔数之比为5:1溶解于阴极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阴极液；碘单质的浓度为阳极液中碘浓度的5倍。

e.电解：采用阳离子膜分隔的双室电解槽进行电解反应。将阳极液加入阳极室，阴极液加入阴极室。电源的阳极端接铂电极，阴极端接铂电极。将两电极分别浸于阳极液和阴极液中，在均匀搅拌的条件下两室控温于40摄氏度进行电解；电解槽端电压为10.0伏特，槽内电流密度3.0安培每升。

f.结晶：电路通过的电子总摩尔数是阴极液中碘单质摩尔数的5倍后停止电解反应。阳极母液结晶操作之后，经过滤得到碘酸钾。用母液中溶剂量0.06倍量的溶剂洗涤碘酸钾滤饼，将洗涤液与滤液合并后循环用于配制阳极液。

g.回收氢碘酸溶液：将阴极液恢复常温后减压蒸馏，去除水合溶剂后，获得质量百分比浓度≥57％的氢碘酸溶液，蒸馏釜残和前馏分可再次用于配制阴极液。

实施例3

一种碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法，具体包括以下步骤：

a.复配阳极液的溶剂；水为阳极液的溶剂；

b.复配阳极液；将碘和氢氧化钾按碘：氢氧化钾的摩尔数之比为1:1，碘元素的摩尔浓度为1.5摩尔每升，完全溶解于阳极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阳极液；

c.复配阴极液的溶剂；水为阴极液的溶剂；

d.复配阴极液；碘单质：碘化钾的摩尔数之比为7:1溶解于阴极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阴极液；碘单质的浓度为阳极液中碘浓度的5倍。

e.电解：采用阳离子膜分隔的双室电解槽进行电解反应。将阳极液加入阳极室，阴极液加入阴极室。电源的阳极端接铂电极，阴极端接铂电极。将两电极分别浸于阳极液和阴极液中，在均匀搅拌的条件下两室控温于25摄氏度进行电解；电解槽端电压为12.0伏特，槽内电流密度4.0安培每升。

f.结晶：电路通过的电子总摩尔数是阴极液中碘单质摩尔数的5倍后停止电解反应。阳极母液结晶操作之后，经过滤得到碘酸钾。用母液中溶剂量0.08倍量的溶剂洗涤碘酸钾滤饼，将洗涤液与滤液合并后循环用于配制阳极液。

g.回收氢碘酸溶液：将阴极液恢复常温后减压蒸馏，去除水合溶剂后，获得质量百分比浓度≥57％的氢碘酸溶液，蒸馏釜残和前馏分可再次用于配制阴极液。

实施例4

一种碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法，具体包括以下步骤：

a.复配阳极液的溶剂；水与乙二醇以等体积混合，复配阳极液的溶剂；

b.复配阳极液；将碘和氢氧化钾按碘：氢氧化钾的摩尔数之比为1:5，碘元素的摩尔浓度为2.5摩尔每升，完全溶解于阳极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阳极液；

c.复配阴极液的溶剂；水与乙二醇以等体积混合，复配阴极液的溶剂；

d.复配阴极液；碘单质：碘化锂的摩尔数之比为1:2溶解于阴极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阴极液；碘单质的浓度为阳极液中碘浓度的5倍。

e.电解：采用阳离子膜分隔的双室电解槽进行电解反应。将阳极液加入阳极室，阴极液加入阴极室。电源的阳极端接尺寸稳定电极，阴极端接石墨电极。将两电极分别浸于阳极液和阴极液中，在均匀搅拌的条件下两室控温于45摄氏度进行电解；电解槽端电压为16.0伏特，槽内电流密度5.0安培每升。

f.结晶：电路通过的电子总摩尔数是阴极液中碘单质摩尔数的4倍后停止电解反应。阳极母液结晶操作之后，经过滤得到碘酸钾。用母液中溶剂量0.3倍量的溶剂洗涤碘酸钾滤饼，将洗涤液与滤液合并后循环用于配制阳极液。

g.回收氢碘酸溶液：将阴极液恢复常温后减压蒸馏，去除水合溶剂后，获得质量百分比浓度≥57％的氢碘酸溶液，蒸馏釜残和前馏分可再次用于配制阴极液。

实施例5

一种碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法，具体包括以下步骤：

a.复配阳极液的溶剂；水与甲醇以等体积混合，复配阳极液的溶剂；

b.复配阳极液；将碘和氢氧化钾按碘：氢氧化钾的摩尔数之比为2:1，碘元素的摩尔浓度为3.2摩尔每升，完全溶解于阳极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阳极液；

c.复配阴极液的溶剂；水与乙醇以等体积混合，复配阴极液的溶剂；

d.复配阴极液；碘单质：碘化钠的摩尔数之比为2:1溶解于阴极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阴极液；碘单质的浓度为阳极液中碘浓度的5倍；

e.电解：采用阳离子膜分隔的双室电解槽进行电解反应。将阳极液加入阳极室，阴极液加入阴极室。电源的阳极端接铂电极，阴极端接铂电极。将两电极分别浸于阳极液和阴极液中，在均匀搅拌的条件下两室控温于35摄氏度进行电解；电解槽端电压为8.0伏特，槽内电流密度2.1安培每升。

f.结晶：电路通过的电子总摩尔数是阴极液中碘单质摩尔数的2倍后停止电解反应。阳极母液结晶操作之后，经过滤得到碘酸钾。用母液中溶剂量0.09倍量的溶剂洗涤碘酸钾滤饼，将洗涤液与滤液合并后循环用于配制阳极液。

g.回收氢碘酸溶液：将阴极液恢复常温后减压蒸馏，去除水合溶剂后，获得质量百分比浓度≥57％的氢碘酸溶液，蒸馏釜残和前馏分可再次用于配制阴极液。

实施例6

一种碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法，具体包括以下步骤：

a.复配阳极液的溶剂；水，甲醇，乙醇以等体积混合，复配阳极液的溶剂；

b.复配阳极液；将碘和氢氧化钾按碘：氢氧化钾的摩尔数之比为1:3，碘元素的摩尔浓度为4.5摩尔每升，完全溶解于阳极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阳极液；

c.复配阴极液的溶剂；水与甲醇以等体积混合，复配阴极液的溶剂；

d.复配阴极液；碘单质：碘化锂的摩尔数之比为1:6溶解于阴极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阴极液；碘单质的浓度为阳极液中碘浓度的5倍。

e.电解：采用阳离子膜分隔的双室电解槽进行电解反应。将阳极液加入阳极室，阴极液加入阴极室。电源的阳极端接铂电极，阴极端接尺寸稳定电极。将两电极分别浸于阳极液和阴极液中，在均匀搅拌的条件下两室控温于28摄氏度进行电解；电解槽端电压为11.0伏特，槽内电流密度3.5安培每升。

f.结晶：电路通过的电子总摩尔数是阴极液中碘单质摩尔数的5倍后停止电解反应。阳极母液结晶操作之后，经过滤得到碘酸钾。用母液中溶剂量0.1倍量的溶剂洗涤碘酸钾滤饼，将洗涤液与滤液合并后循环用于配制阳极液。

g.回收氢碘酸溶液：将阴极液恢复常温后减压蒸馏，去除水合溶剂后，获得质量百分比浓度≥57％的氢碘酸溶液，蒸馏釜残和前馏分可再次用于配制阴极液。

实施例7

一种碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法，具体包括以下步骤：

a.复配阳极液的溶剂；水，乙醇，乙二醇以等体积混合，复配阳极液的溶剂；

b.复配阳极液；将碘和氢氧化钾按碘：氢氧化钾的摩尔数之比为2.5:1，碘元素的摩尔浓度为0.9摩尔每升，完全溶解于阳极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阳极液；

c.复配阴极液的溶剂；水与乙二醇以等体积混合，复配阴极液的溶剂；

d.复配阴极液；碘单质：碘化钾的摩尔数之比为1.5:1溶解于阴极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阴极液；碘单质的浓度为阳极液中碘浓度的5倍；

e.电解：采用阳离子膜分隔的双室电解槽进行电解反应。将阳极液加入阳极室，阴极液加入阴极室。电源的阳极端接铂电极，阴极端接铂电极。将两电极分别浸于阳极液和阴极液中，在均匀搅拌的条件下两室控温于39摄氏度进行电解；电解槽端电压为14.0伏特，槽内电流密度3.2安培每升。

f.结晶：电路通过的电子总摩尔数是阴极液中碘单质摩尔数的4倍后停止电解反应。阳极母液结晶操作之后，经过滤得到碘酸钾。用母液中溶剂量0.09倍量的溶剂洗涤碘酸钾滤饼，将洗涤液与滤液合并后循环用于配制阳极液。

g.回收氢碘酸溶液：将阴极液恢复常温后减压蒸馏，去除水合溶剂后，获得质量百分比浓度≥57％的氢碘酸溶液，蒸馏釜残和前馏分可再次用于配制阴极液。

实施例8

一种碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法，具体包括以下步骤：

a.复配阳极液的溶剂；水与乙醇以等体积混合，复配阳极液的溶剂；

b.复配阳极液；将碘和氢氧化钾按碘：氢氧化钾的摩尔数之比为1:3.5，碘元素的摩尔浓度为2.9摩尔每升，完全溶解于阳极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阳极液；

c.复配阴极液的溶剂；水与甲醇以等体积混合，复配阴极液的溶剂；

d.复配阴极液；碘单质：碘化钾的摩尔数之比为9:1溶解于阴极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阴极液；碘单质的浓度为阳极液中碘浓度的5倍；

e.电解：采用阳离子膜分隔的双室电解槽进行电解反应。将阳极液加入阳极室，阴极液加入阴极室。电源的阳极端接铂电极，阴极端接石墨电极。将两电极分别浸于阳极液和阴极液中，在均匀搅拌的条件下两室控温于50摄氏度进行电解；电解槽端电压为9.0伏特，槽内电流密度2.6安培每升。

f.结晶：电路通过的电子总摩尔数是阴极液中碘单质摩尔数的5倍后停止电解反应。阳极母液结晶操作之后，经过滤得到碘酸钾。用母液中溶剂量0.5倍量的溶剂洗涤碘酸钾滤饼，将洗涤液与滤液合并后循环用于配制阳极液。

g.回收氢碘酸溶液：将阴极液恢复常温后减压蒸馏，去除水合溶剂后，获得质量百分比浓度≥57％的氢碘酸溶液，蒸馏釜残和前馏分可再次用于配制阴极液。

实施例9

一种碘酸钾与氢碘酸电化学联产方法，具体包括以下步骤：

a.复配阳极液的溶剂；水与乙二醇以等体积混合，复配阳极液的溶剂；

b.复配阳极液；将碘和氢氧化钾按碘：氢氧化钾的摩尔数之比为10:1，碘元素的摩尔浓度为4.5摩尔每升，完全溶解于阳极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阳极液；

c.复配阴极液的溶剂；水与乙醇以等体积混合，复配阴极液的溶剂；

d.复配阴极液；碘单质：碘化锂的摩尔数之比为1:6溶解于阴极液的溶剂中，搅拌均匀后得到阴极液；碘单质的浓度为阳极液中碘浓度的5倍；

e.电解：采用阳离子膜分隔的双室电解槽进行电解反应。将阳极液加入阳极室，阴极液加入阴极室。电源的阳极端接铂电极，阴极端接铂电极。将两电极分别浸于阳极液和阴极液中，在均匀搅拌的条件下两室控温于60摄氏度进行电解；电解槽端电压为10.0伏特，槽内电流密度3.0安培每升；

f.结晶：电路通过的电子总摩尔数是阴极液中碘单质摩尔数的3倍后停止电解反应。阳极母液结晶操作之后，经过滤得到碘酸钾。用母液中溶剂量0.4倍量的溶剂洗涤碘酸钾滤饼，将洗涤液与滤液合并后循环用于配制阳极液；

g.回收氢碘酸溶液：将阴极液恢复常温后减压蒸馏，去除水合溶剂后，获得质量百分比浓度≥57％的氢碘酸溶液，蒸馏釜残和前馏分可再次用于配制阴极液。

步骤f中洗涤碘酸钾滤饼所用溶剂的量为步骤b中复配电解液所用溶剂量的0.05-0.5倍。

本发明在阳极液中合成碘酸钾的系列反应如下：

首先阳极液中发生碘单质与碱的反应，产生碘离子和次碘酸根离子，如方程(1)；次碘酸根离子立即自动歧化得到碘离子和碘酸根离子，如方程(2)，碘酸根离子是目标产物。

i2+2oh^-→i^-+io^-+h2o………(1)

3io^-→2i^-+1o3^-………(2)

2i^--2e→i2………(3)

若将溶液中的碘离子氧化成碘单质，则可以循环进行如(1)和(2)的两个反应，碘最终会基本完全转化为碘酸根。因此我们提出用阳极氧化的方法将碘离子氧化成碘单质，如反应(3)。

本发明在阴极液中合成氢碘酸，阴极反应如方程(4)：

i2+2e→2i^-………(4)

在阴极，碘得到电子被还原，产生碘负离子。氢离子穿过阳离子膜从阳极区进入到阴极区，与阴极的碘负离子形成氢碘酸。

以上实施例1至实施例9合成碘酸钾与标准碘酸钾的x射线粉末衍射图对比如图1所示，合成样品的衍射峰位置及强度与标准样品的衍射峰位置及强度一致，说明合成的产物确实是碘酸钾。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。