硝酸钾生产工艺研究

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  增刊2005 TAIYUANUNIVERSITYOF TECHNOLOGY Vol.36 Sup. une2005 文章编号:100729432 (2005) S120070202 (天脊集团钾盐有限公司,山西 潞城 047507) 摘要:详细阐述了我国生产硝酸钾的主要方法、原理及其具体应用,分析了各种工艺的优点 与不足,提出了今后硝酸钾生产的发展趋势。 关键词:硝酸钾;工艺与技术 中图分类号: TQ441122 文献标识码:A 硝酸钾是一种重要的工业原料,被广泛应用于 军事、焰火、医药、金属加工及食品工业中。除此之 外,由于硝酸钾中的K 均可被植物良好吸收,不会引起土壤盐化和酸化而导致农作物产量下 降,施用后会促进植物对钾、镁、钙的吸收,提高农作 物的品质,因此被人们确认为一种植物营养成分高 达60 %的优质化肥。随着工农业生产的飞速发展, 硝酸钾的需求量逐年增加。 硝酸钾的主要生产方法目前,国内硝酸钾的主要生产方法有: 以硝酸 钠、氯化钾为原料的复分解循环法;硝酸分解氯化钾 以硝酸铵、氯化钾为原料的离子交换法。111 复分解法(转化法) 基本原理复分解法生产硝酸钾的反应为: KCl +NaNO3 KNO3 +NaCl 由于原料硝酸钠价格的不断上涨,使得该方法在进入20 世纪60 年代后就不再成为主流。而以硝 酸铵与氯化钾生产的工艺成为相关生产企业的主要 目标,并取得突破性进展 。其反应如下:KCl +NH4 NO3 KNO3 +NH4 Cl 典型工艺与应用状况向建敏等人 采取分次投料的流程、循环法联法生产硝酸钾和氯化铵, 并且在该体系中引入了一 定量的助剂氯化钠和硝酸钠。研究结果证明,助剂 氯化钠和硝酸钠对硝酸钾的析出量具有明显的促进 作用,且不会影响产品的质量,主要产品钾的收率可 达91 ,使硝酸钾达到了工业一级品。其工艺流程如图1 所示。 循环法生产硝酸钾工艺采用硝酸铵生产硝酸钾的方法虽然在效果上比 硝酸钠差,但由于氯化钠价格低廉,在经济上更合适 一些。由于该工艺的循环次数至少在3~4 轮以上, 为此操作费用在总成本中占较大比重。 沈晃宏等人 的潜心研究,用硝酸铵与氯化钾复分解法生产硝酸钾取得较成熟的工艺, 并投产万吨级的生产装置。该装置由成熟的化工单 元操作组成,实现了我国大规模连续化生产。但所 生产硝酸钾一次产品的纯度为94. 40 %(以纯度为 95 %的氯化钾为原料时) ,要想得到高纯度产品需重 结晶。 112 硝酸分解氯化钾法 11211 基本原理 硝酸分解氯化钾法必须将反应中生成的 HCl 及时进行分离,以确保反应朝着 KNO3 方向进行。 根据 HCl 移除方法的不同,又可分为蒸馏法和溶剂 萃取法两种。由于蒸馏法是在反应器中将 HCl 馏除去,此过程会发生一系列的副反应。因此,目前该法较少使用。溶剂萃取法是用硝酸与氯化钾在低 温加入有机萃取剂生产硝酸钾与副产物盐酸的方 收稿日期52 62 作者简介 89899 法,其原理如下: KCl 反应过程中产生的HCl在低温下用溶剂萃取移除, 使反应不断向右进行,再将萃取剂与盐酸分开并回 收,然后再引入原体系中循环使用。 11212 典型工艺及应用状况 该生产技术的关键在于溶剂的选择与循环利 用。Haifa 公司认为戊醇是一种最佳的溶剂。其工 艺流程如图2 所示。 Haifa公司生产硝酸钾工艺 王桂云等人 在选择萃取溶剂方面有着创新的探索。他们针对 Haifa 公司工艺中戊醇在 HCl HNO3含量较高时对 HCl 的选择性好,而在解吸过 程中分离两酸比较困难的情况下,提出如图3 所示 的工艺。该工艺避免了溶剂与固体硝酸钾的直接接 触,从而减少了因固体硝酸钾表面吸附大量溶剂所 造成的损失。但由于萃取与反萃取工艺较复杂,有 机溶剂的价格昂贵,且环境污染大,设备腐蚀严重。 离子交换法离子交换法一般选用氯化钾与硝酸铵或(硝酸 与硝酸钙) 为原料,通过离子交换树脂交换分别得到 硝酸钾溶液与氯化铵溶液,然后再经蒸发、冷却、结 晶、分离、干燥得所需产品。与复分解法和硝酸分解 氯化钾法相比而言,离子交换法能够得到纯度极高 的硝酸钾产品。而且在外观、色质、粒度、含量等方 面离子交换法都具有明显的优势。 山西文通钾盐集团有限公司采用硝酸铵与氯化 钾进行交换生产硝酸钾 。其机理为交换反应 KR +NR NO3 KNO3 再生反应KCl +NH4 KR+NH4Cl 利用离子交换树脂循环交换,每周期可得到接近工作交换容量的高纯度产物硝酸钾和氯化铵,但 要获得高转化率则交换液的浓度需较低,所以交换 后流出液的浓度也低,蒸发浓缩的能耗大。 硝酸铵氯化钾连续离子交换法为了克服固定床离子交换技术存在的“浓度脉 冲”现象,美国先进分离技术公司首次开发了一种完 全革新的分离技术,简称为ISEPC法。它是将氯化 钾溶液与硝酸铵溶液加入到装有离子交换树脂的 ISEP 回转式离子交换接触器中,经离子交换可连续 得到24 %~30 %的硝酸钾溶液和11 %的盐酸,实现 了连续操作与产品溶液浓度的提高。 11411 基本原理 离子交换法是先将离子交换树脂与吸附液(如 KCl 溶液) 接触, 吸附完成后, 再用洗脱液 NH4NO3 溶液、HNO3 溶液) 去洗脱,然后把离子交 换树脂吸附物洗脱出来。随后再用脱离子水去再生 树脂,如此完成循环,得到的硝酸钾产品可达到工业 级纯度。其机理为: 洗脱过程 RSO3 K+NO4 NO3 RSO3 NH4 再生过程RSO3 NH4 KClRSO3 K+NH4 Cl 典型工艺及应用状况采用农用肥料硝酸铵和氯化钾通过强酸性阳离 子交换树脂进行交换反应,生产硝酸钾的工艺如图 离子交换法生产硝酸钾工艺潘明汪等人 10]以硝酸铵和氯化钾为原料,采取 离子交换法生产高纯硝酸钾的工艺制备出工业一级 品硝酸钾;证明该工艺的操作容易,稳定性好,且无 环境污染。 结束语硝酸钾作为一种优质化肥在较长的时期内将成 为我国化肥生产发展的重点,探索(下转第 增刊魏文斌等:硝酸钾生产工艺研究 ,温度为常温,入口硫化氢50mL/ min 为最好;各因素对脱硫效率影响的大小及 主次关系:碱度

  栲胶浓度

  钒浓度

  入口硫化氢 流速

  温度。另外,还对工业栲胶的性质做了分析, 得出工业栲胶的水溶性非常好;从红外谱图可知,工 业栲胶中含有大量以氢键缔合的羟基即醇类和酚类 物质。 结论实验表明,栲胶法是净化城市煤气的一种有效 方法,不仅解决了城市煤气的管道腐蚀和环境问题, 而且将有害物质 H2 S转化为有用的硫磺,达到了既 净化了城市煤气,又将H2 S变废为宝的双重目的。 (编辑:张爱绒) (上接第 71 经济有效的硝酸钾生产技术显得尤为重要。连续离子交换法具有如下特点: 出料组分均匀,操作、控制简单,槽罐和泵等辅助设备少,产品质量高,所生产硝酸钾的纯度可达 到工业级标准; 离子交换器中的床柱可采用逆流、并流或串联操作,适用范围广; 该工艺的副产品也可用作肥料,且无废渣废水排放。 为此,连续式离子交换技术的应用前景是广阔 的。相信随着科学技术的飞速发展,我国将成为世 界主要硝酸钾生产国,并跻身于国际先进行列。 参考文献: 陈靖宇.硝酸钾生产技术及其发展前景(上) 化肥工业,1998,25( 刘中华.氯化钾和硝酸铵复分解循环法生产硝酸钾[J 海湖盐与化工,1994,23(1) :41242. 李刚,张廷福.我国硝酸钾技术进展[J] 无机盐工业,1999,31(2) :21223. 无机盐工业,1995,27(2) :7212. 海湖盐与化工,2000,29(5) :20223. 海湖盐与化工,2001,30(6) :127. 无机盐工业,1998,30(3) :13215. 陈靖宇.硝酸钾生产技术及其发展前景(下) 化肥工业,1999,26(1) :15216. 无机盐工业,1993,25(4) :14219. 河北化工,2000,2:21229. (编辑:庞富祥)

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