CN103112876A

CN103112876A - 一种利用硝酸和氯化钾制备硝酸钾的方法

Info

Publication number: CN103112876A
Application number: CN2013100131130A
Authority: CN
Inventors: 秦炜; 李小松; 李跃; 李辉林; 王嘉伟; 费维扬
Original assignee: Tsinghua University; Qinghai Salt Lake Industry Co Ltd
Current assignee: Tsinghua University; Qinghai Salt Lake Industry Co Ltd
Priority date: 2013-01-14
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2013-05-22

Abstract

本发明公开了属于无机化工技术领域的一种利用硝酸和氯化钾制备硝酸钾的方法。本发明方法中将硝酸溶液与氯化钾固体复分解生成硝酸钾沉淀和盐酸，然后将反应料液过滤，滤液中含有硝酸、氯化钾以及副产物盐酸；利用萃取分离滤液中的硝酸和盐酸，硝酸和氯化钾可回收重新用于硝酸钾制备，萃取剂可再生后循环使用，盐酸可根据需要以盐酸溶液、氯化氢气体或盐酸盐的形式回收。

Description

一种利用硝酸和氯化钾制备硝酸钾的方法

技术领域

本发明属于无机化工技术领域，具体涉及一种利用硝酸和氯化钾制备硝酸钾的方法。

背景技术

硝酸钾性能优异，是一种重要的化工原料，广泛用于火药、化肥、玻璃澄清剂、储热材料等领域。硝酸钾的天然矿石资源有限，目前工业过程中主要通过复分解反应制备,常用的是以硝酸钠或硝酸铵以及氯化钾为原料制备硝酸钾。反应结束后，通过控制结晶分离产品。该方法工艺简单，但设备腐蚀严重、产品纯度较低。为提高硝酸钾质量，提出了离子交换法。将氯化钾溶液、硝酸盐或硝酸溶液交替通过离子交换树脂，可连续得到纯度较高的硝酸钾溶液。然而该方法产品浓度低、生产过程能耗高。以色列Haifa公司采用低温反应萃取法取得良好的效果，其工艺为，硝酸、氯化钾以及萃取剂异戊醇在5~10℃混合，副产物盐酸进入有机相，硝酸钾沉淀析出。该生产工艺条件苛刻，尚存在产品纯度不高、有机相损失等问题。

发明内容

本发明根据氯化钾与硝酸复分解反应的产物以及副产物的溶解特性，提出了一种利用硝酸和氯化钾制备硝酸钾的方法。

在较低温度下，溶液中离子相互作用以及无机盐自身性质使硝酸钾的溶解度低于氯化钾，这是推动复分解反应

向右进行的一个重要原因。反应达平衡时溶液中硝酸与盐酸共存，两者可以通过萃取分离回收。由于工业常用的萃取剂优先萃取硝酸而不是盐酸，所以在萃取分离盐酸之前需要先从滤液中提取硝酸。脱除硝酸和盐酸的滤液可作为硝酸的反萃剂。硝酸和氯化钾溶液可以作为原料返回到复分解反应体系。

一种利用硝酸和氯化钾制备硝酸钾的方法，包括以下步骤：

（1）复分解反应：将质量浓度为25~68%的硝酸溶液，氯化钾固体或者其与水混合后的湿浆放入反应装置，混合，反应；反应温度为-10~40℃，反应时间为0.25~4h，反应后过滤反应料液得到硝酸钾固体；其中硝酸与氯化钾的摩尔比为0.1~10，反应体系中水与氯化钾的摩尔比为0.5~50；

（2）制备萃取剂：萃取剂由络合剂和稀释剂组成，其中络合剂的体积分数为10%~100%；

（3）分离回收硝酸、盐酸：用萃取剂依次萃取步骤（1）中过滤后的滤液中的硝酸和盐酸，滤液中的硝酸或盐酸萃入有机相后；用水溶液对有机相进行反萃，回收有机相中的硝酸和盐酸；萃取和反萃过程操作温度为0~50℃，水溶液和有机相的体积比为0.02~50；

可选的，滤液中硝酸和盐酸被萃入有机相后，用蒸馏或者精馏的方式回收；

（4）脱水：分离回收硝酸、盐酸后的硝酸或氯化钾溶液，采用反渗透、蒸馏或自然蒸发的方法对其进行脱水，然后再返回到复分解反应阶段。

步骤（1）中所述混合其方式为搅拌、鼓泡或超声。

步骤（2）中所述络合剂为：中性磷类有机物、中性含氧有机物、胺类有机物中的一种或一种以上。

所述中性磷类有机物为、

、

、

中的一种或一种以上，其中R、R’、R’’分别为H或C1~C16烷基。

所述中性含氧有机物为ROH、

、

中的一种或一种以上，其中R、R’、R’’分别为C1~C16烷基。

所述胺类有机物为仲胺

、叔胺

中的一种或一种以上，其中R、R’、R’’分别为C1~C16烷基。

步骤（2）中所述稀释剂为C4~C16烷烃、C1~C16的卤代烷烃、C6~C12芳烃、C6~C12的卤代芳烃、C8~C12醚、煤油中的一种或一种以上。

步骤（3）中所述水溶液为水、碱溶液、无机酸溶液或无机盐溶液。

本发明的有益效果为：本发明的方法为硝酸溶液与氯化钾固体复分解生成硝酸钾沉淀和盐酸。反应料液过滤，滤液中含有硝酸、氯化钾以及盐酸。利用萃取分离法依次分离硝酸和盐酸。硝酸和氯化钾可回收重新用于硝酸钾制备，萃取剂可再生后循环使用，盐酸可根据需要以盐酸溶液、氯化氢气体或盐酸盐的形式回收。

附图说明

图1为利用硝酸和氯化钾制备硝酸钾的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实例进一步说明本发明的方法，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

按照图1所示的流程图，将100g氯化钾与20mL水混合成为湿浆，该湿浆与180mL质量浓度为50%的硝酸在35℃ 反应2h，料液过滤，滤饼用10mL水洗涤，滤液总体积约185mL，滤饼中硝酸钾纯度78%。用400mL甲基异丁酮萃取滤液中的硝酸，硝酸的萃取率为96%。用400mL水反萃有机相得到约3%的硝酸溶液。滤液经过第一次萃取后，继续用300mL甲基异丁酮萃取其中的盐酸，盐酸的萃取率达到93%，滤液变为180mL约1.3mol/L的氯化钾溶液。合并两次萃取的有机相，用400mL浓度为2.0mol/L的氯化镁溶液进行反萃，得到氯化镁与盐酸的混合溶液，向该溶液中加入氯化镁至饱和，然后蒸馏得到约50mL质量浓度为20%的盐酸溶液。硝酸和氯化钾溶液经反渗透脱水回到硝酸钾制备过程。

实施例2

按照图1所示的流程图，将110g氯化钾固体与400mL质量浓度为36%的硝酸在0℃ 反应1h，料液过滤，滤饼用25mL水洗涤，滤液总体积约384mL，滤饼中硝酸钾纯度94%。采用500mL磷酸三丁酯体积分数为30%的磷酸三丁酯和煤油混合液萃取滤液中的硝酸，硝酸的萃取率为99%。用400mL1mol/L的氯化钾溶液反萃有机相得到约4%的硝酸溶液。滤液经过第一次萃取后，继续用200mL三辛胺体积分数为45%的三辛胺和正辛醇混合液萃取其中的盐酸，盐酸的萃取率达到99%，滤液变为375mL约1.2mol/L的氯化钾溶液。用200mL0.5mol/L氢氧化钠溶液反萃有机相，得到氯化钠溶液。氯化钾溶液经蒸馏脱水后与硝酸溶液回到硝酸钾制备过程。

实施例3

按照图1所示的流程图，将105g氯化钾与30mL水混合成为湿浆，该湿浆与160mL质量浓度为65%的硝酸在5℃ 反应0.5h，料液过滤，滤饼用20mL水洗涤，滤液总体积约180mL，滤饼中硝酸钾纯度86%。采用90mL三辛胺体积分数为50%的三辛胺和正辛醇混合液萃取滤液中的硝酸，硝酸的萃取率为99%。用90mL0.5mol/L的氢氧化钾稀溶液反萃有机相得到硝酸钾溶液。滤液经过第一次萃取后，继续用360mL三烷基氧膦萃取，盐酸的萃取率达到95%，滤液变为168mL约1.2mo/L的氯化钾溶液。精馏有机相得到约8mL2.5mol/L盐酸溶液以及盐酸气体。氯化钾溶液经自然蒸发脱水回到硝酸钾制备过程。

实施例4

按照图1所示的流程图，120g氯化钾与20mL水混合成为湿浆，该湿浆与300mL28%的硝酸在25℃ 反应1h，料液过滤，滤饼用15mL水洗涤，料液总体积约为300mL，滤饼中硝酸钾纯度83%。采用800mL甲基异丁基酮萃取滤液中的硝酸，硝酸的萃取率为98%。用800mL0.2mol/L的硝酸溶液反萃有机相，得到约0.9mol/L的硝酸溶液。滤液经过第一次萃取后，继续用900mL异戊醇萃取其中的盐酸，盐酸的萃取率为90%，滤液变为270mL约1.3mo/L的氯化钾溶液。用600mL0.2mol/L的盐酸溶液反萃有机相，得到0.6mol/L的盐酸溶液。氯化钾蒸馏脱水后与反萃后的硝酸溶液回到硝酸钾制备过程。

实施例5

按照图1所示的流程图，将130g氯化钾固体与200mL质量分数为40%的硝酸在100mL水中混合，10℃反应40min，料液过滤，滤饼用10mL水洗涤，滤液总体积约为280mL，滤饼中硝酸钾纯度95%。采用500mL三烷基氧膦萃取滤液中的硝酸，硝酸的萃取率为94%，用400mL水反萃有机相，得到约0.8mol/L的硝酸溶液。滤液经过第一次萃取后，继续用500mL三烷基氧膦萃取其中的盐酸，盐酸的萃取率为92%，滤液变为262mL约1.5mol/L的氯化钾溶液。用400mL水反萃有机相，得到约0.6mol/L的盐酸溶液。氯化钾溶液和硝酸溶液经过反渗透脱水回到硝酸钾制备过程。