專利名稱：硝酸鉀制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及無機化工技術領域，具體為一種硝酸鉀制備工藝。
背景技術：
硝酸鉀是鉀鹽類產品的主要產品之一，工業上主要用于煙花、黑火藥、光學玻璃、特種玻璃等領域，農業上使用的是肥料級硝酸鉀或農用硝酸鉀，是一種優質的鉀氮二元復合肥，含有大于44％的氧化鉀和13％以上的氮，全都是可溶性養分，可以全部被作物吸收，主要用于煙草、經濟作物、園藝等領域，可明顯提高作物的產量和品質，是發展高效優質農業所需的高效化肥品種之一。
我國硝酸鉀經過近年發展，人們摸索出了多種工藝生產路線，形成了一定規模，取得了一定的技術進步，但在實際生產過程中都存在各自的缺點，比如以氯化鉀和硝酸銨為原料的離子交換法和復分解結晶法，它們的共同缺點是采用硝酸銨作為原料，由于硝酸銨具有爆炸性，是制造土炸藥的主要原料，所以國家明文限定其使用范圍，所以使得上述兩種方法的原料來源受到限制，同時硝酸銨價格較高，一般每噸為1500元左右，使用成本較高，而且生成的副產品氯化銨回收難度大，很容易對生產設備造成腐蝕，同時原料中引入銨離子，會使成品硝酸鉀的吸濕性指標達不到標準要求，產品易結塊。再如以氯化鉀和硝酸為原料的復分解一步萃取法和硝酸轉化法，雖然解決了上述兩種工藝采用硝酸銨所帶來的一系列問題，原料來源廣泛，生產成本較低，但是復分解一步萃取法存在所使用的萃取劑為有機溶劑，對人體有毒害作用，同時副產品鹽酸的含量偏低，難以出售等問題；而在專利號為92106421的專利申請中公開的一種利用硝酸轉化法生產硝酸鉀的技術中，其存在的問題是分離過程中母液含有大量的硝酸鉀，必須經循環提取才能得到，因此一次性成品得率較低，造成能耗高、成本高，由于大量母液循環使用，造成配料不準確，影響反應進程，增加了操作難度，分離過程復雜，產品純度較低，不利于工業化生產。基于上述原因，目前迫切需要一種原料來源廣泛、生產成本較低、分離過程簡單以及產品質量較好的硝酸鉀制備方法。
發明內容
本發明為了解決現有硝酸鉀制備方法存在原料來源受限制、生產成本較高、能耗高以及產品質量較差等問題，提供一種硝酸鉀制備工藝。
本發明是采用如下技術方案實現的硝酸鉀制備工藝，包括以下步驟(1)將氯化鉀和濃度為20-40％的稀硝酸按照摩爾比為1∶1.05-1.4的比例混合，在常壓下、溫度為60-90℃的條件下進行反應，生成含有氯化鉀、稀硝酸、硝酸鉀和鹽酸的混合溶液；(2)將上述得到的混合溶液在溫度為80-95℃的條件下進行蒸餾，分離出含有硝酸的鹽酸，由于鹽酸和硝酸具有易揮發性，所以使得混合溶液中極大部分的鹽酸和反應剩余的少量硝酸變為氣體而揮發，得到粗鉀溶液，該粗鉀溶液中包含氯化鉀、硝酸鉀以及極少量的鹽酸；(3)將上述得到的粗鉀溶液繼續加溫至95-110℃，濃縮得到粗鉀飽和溶液，然后加入碳酸鈉中和，使該飽和溶液呈中性，同時碳酸鈉與鹽酸反應生成氯化鈉，碳酸鈉的加量由粗鉀溶液中鹽酸的剩余量確定，這一步得到的混合液中包含硝酸鉀、氯化鉀和氯化鈉；(4)將步驟(3)中得到的混合液在溫度為120-130℃的條件下進行濃縮，當過飽和溶液中硝酸鉀含量達到580-750g/L時，析出氯化鈉和氯化鉀晶體，經壓濾去除氯化鈉和氯化鉀，得到硝酸鉀溶液，這一步是根據硝酸鉀與氯化鈉、氯化鉀在同一溫度下的溶解度不同而達到分離；(5)將得到的硝酸鉀溶液冷卻至常溫，離心脫水、烘干，得到成品硝酸鉀。
本發明是根據①HN03+KClKN03+HCl化學反應式制取硝酸鉀的，依據②HCl+NaCO3→NaCl+CO2除去硝酸鉀中微量鹽酸。
由于化學反應式①是可逆反應，為了使該反應向生成硝酸鉀的方向進行，本發明采取了如下辦法1、反應時，加入過量的稀硝酸，提高反應物的濃度；2、在反應器中同時進行蒸餾，將反應生成的鹽酸轉化為氯化氫氣體排出；3、控制適當的反應溫度，保證化學反應的正常進行，如溫度過高，硝酸揮發增加，造成揮發的硝酸混入氯化氫中，造成不易分離和浪費；溫度過低，化學反應不充分，硝酸鉀成分少，產品純度差，本發明反應溫度控制在60-90℃。
本發明所述的氯化鉀原料至少可從青海鹽湖工業集團購得，所述的稀硝酸來源廣泛，可直接從市場上購得。
采用本發明所述的制備工藝得到的硝酸鉀經檢測后，其各項性能指標與國家標準進行比較，如下表所示
從上表可看出，本發明制得的硝酸鉀各項指標均接近或優于國家標準。
與現有技術相比，本發明具有以下優點(1)原料來源廣泛，生產成本較低，與其他工藝相比，成本降低1000元/噸；(2)在同一反應設備中同時完成化學反應、蒸發濃縮等操作，所有操作過程均在常壓下進行，不需要加壓設備，節省了設備投資；(3)本發明采用的分離方法易操作、易于分離，有效減少母液循環，避免了副反應發生，降低蒸發量，減少水洗成品等過程，提高了產品一次得率；(4)采用機械壓濾方法得到硝酸鉀成品，投資少、操作簡單，而且能與氯化鈉、氯化鉀徹底分離，保證了硝酸鉀的質量；(5)由于原料中沒有銨離子的引入，產品吸濕性指標不需要專門控制即可達到標準要求，產品不易結塊，總之，本發明制得的硝酸鉀在工業上可廣泛應用于制造煙花、黑火藥、光學玻璃、特種玻璃等，同時作為肥料主要用于煙草、經濟作物、園藝等領域。
具體實施例方式
實施例1硝酸鉀制備工藝，包括以下步驟(1)將氯化鉀和濃度為20％的稀硝酸按照摩爾比為1∶1.05的比例混合，在常壓下、溫度為60℃的條件下進行反應，生成含有氯化鉀、稀硝酸、硝酸鉀和鹽酸的混合溶液；(2)將上述得到的混合溶液在溫度為80℃的條件下進行蒸餾，分離出含有硝酸的鹽酸，得到粗鉀溶液；(3)將上述得到的粗鉀溶液繼續加溫至95℃，濃縮得到粗鉀飽和溶液，然后加入碳酸鈉中和使該飽和溶液呈中性，同時碳酸鈉與鹽酸反應生成氯化鈉；(4)將步驟(3)中得到的混合液在溫度為120℃的條件下進行濃縮，當過飽和溶液中硝酸鉀含量達到580g/L時，析出氯化鈉和氯化鉀晶體，經壓濾去除氯化鈉和氯化鉀，得到硝酸鉀溶液；(5)將得到的硝酸鉀溶液冷卻至常溫，離心脫水、烘干，得到成品硝酸鉀。
實施例2硝酸鉀制備工藝，包括以下步驟(1)將氯化鉀和濃度為40％的稀硝酸按照摩爾比為1∶1.4的比例混合，在常壓下、溫度為90℃的條件下進行反應，生成含有氯化鉀、稀硝酸、硝酸鉀和鹽酸的混合溶液；(2)將上述得到的混合溶液在溫度為95℃的條件下進行蒸餾，分離出含有硝酸的鹽酸，得到粗鉀溶液；(3)將上述得到的粗鉀溶液繼續加溫至110℃，濃縮得到粗鉀飽和溶液，然后加入碳酸鈉中和使該飽和溶液呈中性，同時碳酸鈉與鹽酸反應生成氯化鈉；(4)將步驟(3)中得到的混合液在溫度為130℃的條件下進行濃縮，當過飽和溶液中硝酸鉀含量達到750g/L時，析出氯化鈉和氯化鉀晶體，經壓濾去除氯化鈉和氯化鉀，得到硝酸鉀溶液；(5)將得到的硝酸鉀溶液冷卻至常溫，離心脫水、烘干，得到成品硝酸鉀。
實施例3硝酸鉀制備工藝，包括以下步驟(1)將氯化鉀和濃度為30％的稀硝酸按照摩爾比為1∶1.2的比例混合，在常壓下、溫度為70℃的條件下進行反應，生成含有氯化鉀、稀硝酸、硝酸鉀和鹽酸的混合溶液；(2)將上述得到的混合溶液在溫度為85℃的條件下進行蒸餾，分離出含有硝酸的鹽酸，得到粗鉀溶液；(3)將上述得到的粗鉀溶液繼續加溫至105℃，濃縮得到粗鉀飽和溶液，然后加入碳酸鈉中和使該飽和溶液呈中性，同時碳酸鈉與鹽酸反應生成氯化鈉；(4)將步驟(3)中得到的混合液在溫度為125℃的條件下進行濃縮，當過飽和溶液中硝酸鉀含量達到620g/L時，析出氯化鈉和氯化鉀晶體，經壓濾去除氯化鈉和氯化鉀，得到硝酸鉀溶液；(5)將得到的硝酸鉀溶液冷卻至常溫，離心脫水、烘干，得到成品硝酸鉀。
實施例4硝酸鉀制備工藝，包括以下步驟(1)將氯化鉀和濃度為35％的稀硝酸按照摩爾比為1∶1.3的比例混合，在常壓下、溫度為80℃的條件下進行反應，生成含有氯化鉀、稀硝酸、硝酸鉀和鹽酸的混合溶液；(2)將上述得到的混合溶液在溫度為90℃的條件下進行蒸餾，分離出含有硝酸的鹽酸，得到粗鉀溶液；(3)將上述得到的粗鉀溶液繼續加溫至98℃，濃縮得到粗鉀飽和溶液，然后加入碳酸鈉中和使該飽和溶液呈中性，同時碳酸鈉與鹽酸反應生成氯化鈉；(4)將步驟(3)中得到的混合液在溫度為128℃的條件下進行濃縮，當過飽和溶液中硝酸鉀含量達到700g/L時，析出氯化鈉和氯化鉀晶體，經壓濾去除氯化鈉和氯化鉀，得到硝酸鉀溶液；(5)將得到的硝酸鉀溶液冷卻至常溫，離心脫水、烘干，得到成品硝酸鉀。
實施例5硝酸鉀制備工藝，包括以下步驟(1)將氯化鉀和濃度為25％的稀硝酸按照摩爾比為1∶1.35的比例混合，在常壓下、溫度為75℃的條件下進行反應，生成含有氯化鉀、稀硝酸、硝酸鉀和鹽酸的混合溶液；(2)將上述得到的混合溶液在溫度為93℃的條件下進行蒸餾，分離出含有硝酸的鹽酸，得到粗鉀溶液；(3)將上述得到的粗鉀溶液繼續加溫至102℃，濃縮得到粗鉀飽和溶液，然后加入碳酸鈉中和使該飽和溶液呈中性，同時碳酸鈉與鹽酸反應生成氯化鈉；(4)將步驟(3)中得到的混合液在溫度為122℃的條件下進行濃縮，當過飽和溶液中硝酸鉀含量達到685g/L時，析出氯化鈉和氯化鉀晶體，經壓濾去除氯化鈉和氯化鉀，得到硝酸鉀溶液；(5)將得到的硝酸鉀溶液冷卻至常溫，離心脫水、烘干，得到成品硝酸鉀。
權利要求
1.一種硝酸鉀制備工藝，其特征是包括以下步驟(1)將氯化鉀和濃度為20-40％的稀硝酸按照摩爾比為1∶1.05-1.4的比例混合，在常壓下、溫度為60-90℃的條件下進行反應，生成含有氯化鉀、稀硝酸、硝酸鉀和鹽酸的混合溶液；(2)將上述得到的混合溶液在溫度為80-95℃的條件下進行蒸餾，分離出含有硝酸的鹽酸，得到粗鉀溶液；(3)將上述得到的粗鉀溶液繼續加溫至95-110℃，濃縮得到粗鉀飽和溶液，然后加入碳酸鈉中和，使該飽和溶液呈中性，同時碳酸鈉與鹽酸反應生成氯化鈉；(4)將步驟(3)中得到的混合液在溫度為120-130℃的條件下進行濃縮，當過飽和溶液中硝酸鉀含量達到580-750g/L時，析出氯化鈉和氯化鉀晶體，經壓濾去除氯化鈉和氯化鉀，得到硝酸鉀溶液；(5)將得到的硝酸鉀溶液冷卻至常溫，離心脫水、烘干，得到成品硝酸鉀。
全文摘要
本發明涉及無機化工技術領域，具體為一種硝酸鉀制備工藝，解決現有硝酸鉀制備方法存在原料來源受限制、生產成本較高、能耗高以及產品質量較差等問題，本發明利用氯化鉀和稀硝酸反應生成氯化鉀、稀硝酸、硝酸鉀和鹽酸，經蒸餾去除大量鹽酸和硝酸，然后加溫濃縮，使混合液變為飽和溶液，加入碳酸鈉調節溶液呈中性，同時與剩余少量鹽酸反應生成氯化鈉，最后利用硝酸鉀與氯化鈉、氯化鉀在同一溫度下溶解度的不同分離出硝酸鉀。本發明原料來源廣泛，生產成本較低；在同一反應設備中同時完成化學反應、蒸發濃縮等操作，操作過程均在常壓下進行，節省設備投資；分離方法易操作、易于分離；采用機械壓濾方法得到硝酸鉀成品，投資少、操作簡單。
文檔編號C01D9/16GK101070167SQ20071006217
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月14日 優先權日2007年6月14日
發明者武一, 李剛, 王維澤, 梁永祥, 石硯池, 李寶玉, 閆瑞祿, 李建陸 申請人:上海文通化工有限公司, 文水縣振興化肥有限公司