專利名稱：氫氧化鎂循環(huán)反應(yīng)法制取硝酸鉀方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用硝酸、氯化鉀與氨為原料制取硝酸鉀并產(chǎn)氯化銨的技術(shù)領(lǐng)域。
2、技術(shù)背景目前，我國(guó)硝酸鉀生產(chǎn)方法主要是以硝酸銨與氯化鉀為原料，采用離子交換法或復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀。
離子交換法是將氯化鉀溶液和硝酸銨溶液交替通過(guò)離子交換樹(shù)脂，分別獲得硝酸鉀溶液與氯化銨溶液，然后經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、干燥得到所需產(chǎn)品。本法產(chǎn)品溶液濃度低，蒸發(fā)能耗高，副產(chǎn)品氯化銨溶液因濃度小、腐蝕大，回收困難。
復(fù)分解法是以硝酸銨與氯化鉀為原料，采用復(fù)分解反應(yīng)法制取硝酸鉀，付產(chǎn)氯化銨產(chǎn)品。實(shí)踐表明，該法雖然工藝與設(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)污染，技術(shù)成熟，付產(chǎn)品氯化銨市場(chǎng)需求旺，但是該法存在以下不足第一、原料硝酸銨屬于國(guó)家嚴(yán)格管理控制的危爆物品，供應(yīng)與運(yùn)輸受到限制，價(jià)格高昂，致使硝酸鉀生產(chǎn)成本高；第二、復(fù)分解反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)溶液中只有約50％左右鉀離子轉(zhuǎn)化為硝酸鉀，生產(chǎn)過(guò)程中母液循環(huán)量較大，水蒸發(fā)量也較高，設(shè)備與操作費(fèi)用也高，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高。
因此研究開(kāi)發(fā)新的原料路線和先進(jìn)技術(shù)制取硝酸鉀是一項(xiàng)重要課題。本發(fā)明的目的在于提供一種能克服以上工藝不足的新的生產(chǎn)硝酸鉀方法，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，全封閉閉路循環(huán)生產(chǎn)，無(wú)三廢產(chǎn)生。
3、發(fā)明內(nèi)容以硝酸、氯化鉀與氨為原料反應(yīng)制取硝酸鉀與氯化銨工藝，首先是在硝酸溶液中加入氫氧化鎂與氯化鉀混和進(jìn)行反應(yīng)，主要是硝酸與氫氧化鎂反應(yīng)制取硝酸鎂，同時(shí)放出大量熱量，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下…………(1)反應(yīng)放出的熱量使溶液溫度升高，同時(shí)加快氯化鉀溶解，然后將溶液冷卻降溫，由于硝酸鉀隨著溫度降低，其溶解度急劇下降，而氯化鎂溶解度隨著溫度下降變化幅度不大，因此，溶液溫度不斷降低，硝酸鎂與氯化鉀復(fù)分解反應(yīng)結(jié)晶析出硝酸鉀晶體，同時(shí)生成氯化鎂溶液，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下………(2)
然后將硝酸鉀料液送離心機(jī)離心分離得硝酸鉀與母液I，分離得硝酸鉀經(jīng)干燥后即為成品硝酸鉀。母液I中主要成份是氯化鎂及極少量硝酸鉀，向溶液中加入氨水，在攪拌條件下進(jìn)行沉鎂反應(yīng)，反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀，沉鎂反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)方程式如下………(3)為了制得過(guò)濾性能較好的氫氧化鎂，在沉鎂反應(yīng)過(guò)程中，先在溶液中加入適量的氧化鎂粉未，加入的MgO微溶于水，反應(yīng)方程式如下……………………(4)MgO與反應(yīng)生成的Mg(OH)2作為沉鎂反應(yīng)過(guò)程中晶種，同時(shí)也是補(bǔ)充工藝循環(huán)過(guò)程中鎂的損失量。然后再加入高聚合度陰離子型聚丙烯酰胺(簡(jiǎn)稱PAM)作為聚凝劑，對(duì)氫氧化鎂具有較好的聚沉作用，這樣可以大大加快沉淀和過(guò)濾速度，聚凝劑加入量為100kg溶液中加入10-20克。
下面詳細(xì)說(shuō)明本

發(fā)明內(nèi)容
①在反應(yīng)器中，加入25％至45％的硝酸溶液，在不斷攪拌條件下，再向反應(yīng)器中的硝酸溶液中緩慢加入氫氧化鎂與氯化鉀混和物進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)物比例為硝酸∶氯化鉀∶氫氧化鎂＝1∶1∶0.5(摩爾比)，反應(yīng)溫度控制為70-95℃，溶液PH值控制為5-7；反應(yīng)完成后生成硝酸鎂與氯化鉀混和溶液，將溶液送過(guò)濾器過(guò)濾除去雜質(zhì)。
②將過(guò)濾除去雜質(zhì)的溶液送冷卻結(jié)晶器中，通過(guò)冷卻或冷凍方式使溶液溫度降低到-15至0℃，溶液中結(jié)晶析出大量硝酸鉀晶體，然后將硝酸鉀料液送離心機(jī)中，經(jīng)離心分離得硝酸鉀與母液I，分離得硝酸鉀送干燥機(jī)經(jīng)干燥后即為成品硝酸鉀。
③母液I主要成份為氯化鎂，將母液I送沉鎂器中，在不斷攪拌條件下，向母液I中加入氧化鎂粉末，氧化鎂加入量為溶液中氯化鎂摩爾數(shù)的10-20％，再緩慢向溶液中通入濃度為15-25％的氨水，反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀，氨加入量為溶液中氯化鎂摩爾數(shù)的200-240％，通入氨水過(guò)程中，同時(shí)加入陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑，聚凝劑加入濃度為10-20g/100kg溶液，即溶液中聚凝劑濃度為0.01-0.02％。通入氨水反應(yīng)過(guò)程中，控制溶液PH值為10，反應(yīng)溫度30-70℃，反應(yīng)時(shí)間2-5小時(shí)，溶液反應(yīng)生成顆粒大、過(guò)濾洗滌性能好的氫氧化鎂沉淀。
④將含氫氧化鎂沉淀溶液送離心機(jī)離心過(guò)濾分離得含水量約15-35％的氫氧化鎂沉淀與母液II，氫氧化鎂沉淀返回①中與氯化鉀混和循環(huán)使用，參與循環(huán)反應(yīng)。母液II中主要成份為氯化銨，以及極少量硝酸鉀與氯化鎂。
⑤母液II與返回母液III一起送蒸發(fā)器中，經(jīng)蒸發(fā)濃縮到終點(diǎn)濃度為70％至75％，再將蒸發(fā)濃縮液送冷卻結(jié)晶器中冷卻降溫到30-50℃，結(jié)晶析出氯化銨晶體，析出氯化銨晶體中含有少量鎂鹽與鉀鹽，故又可稱為氮鉀鎂復(fù)合肥，然后送離心機(jī)離心分離得氯化銨與母液III，分離母液III返回與母液II一起送蒸發(fā)器中循環(huán)使用。
用氯化鉀、硝酸、氨為主要原料，制取硝酸鉀與氯化銨工藝流程方框圖如圖1所示。
4、發(fā)明優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)第一、本發(fā)明采用的主要原料氯化鉀、硝酸、氨均廉價(jià)易得，原料成本低，為硝酸鉀生產(chǎn)提供了一條很好的原料路線。
第二、本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)單，操作方便，全封閉閉路循環(huán)生產(chǎn)，所有母液均循環(huán)參加反應(yīng)，最終都轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，因此，原料利用率較高，能耗低，生產(chǎn)成本低。
第三、本發(fā)明利用氫氧化鎂作為中間反應(yīng)物，氫氧化鎂始終在溶液中循環(huán)使用與反應(yīng)，使每一步反應(yīng)進(jìn)行得較為完全，溶液中鉀離子基本上轉(zhuǎn)化為硝酸鉀晶體，從而節(jié)省工藝過(guò)程中操作費(fèi)用。
第四、本發(fā)明產(chǎn)品硝酸鉀質(zhì)量達(dá)到要求，含KNO3≥96.0％，Cl≤1.0％，水份≤1.0％，符合農(nóng)用硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)與要求，進(jìn)一步提純可得工業(yè)硝酸鉀；氯化銨含N≥18.80％，K2O≤3.80％，MgO≤6.60％，水份≤5.0％，符合農(nóng)用化肥標(biāo)準(zhǔn)與要求，是一種市場(chǎng)需求的氮鉀鎂復(fù)合肥。
第五、本發(fā)明無(wú)“三廢”產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。


圖1是本發(fā)明工藝流程方框圖。
6、實(shí)施方式實(shí)施例1在1000千克25％的硝酸溶液中，逐漸緩慢加入含水30％的氫氧化鎂165千克，氯化鉀(≥98％，以下質(zhì)量均同)300千克，不斷攪拌反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制為70℃，溶液PH值為5；反應(yīng)完成后，將溶液過(guò)濾除去雜質(zhì)，再冷卻降溫到-15℃，然后將硝酸鉀料液離心分離得硝酸鉀與母液I，分離得硝酸鉀送干燥機(jī)經(jīng)干燥后即為成品硝酸鉀，含KNO3≥97.25％，Cl≤0.80％，水份≤0.92％。在不斷攪拌條件下，向母液I中加入氧化鎂粉末(MgO≥90％，以下質(zhì)量均同)9千克，再緩慢向溶液中加入濃度為15％的氨水反應(yīng)，同時(shí)加入0.1千克陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑，控制溶液反應(yīng)溫度為70℃，控制溶液PH值為10，反應(yīng)時(shí)間2小時(shí)。將含氫氧化鎂沉淀溶液送離心機(jī)離心過(guò)濾分離得含水量32％的氫氧化鎂沉淀與母液II，氫氧化鎂沉淀用于實(shí)施例2中使用，母液II經(jīng)蒸發(fā)濃縮到終點(diǎn)濃度為70％，再將蒸發(fā)濃縮液冷卻降溫到30℃，結(jié)晶析出氯化銨，然后送離心機(jī)離心分離得氯化銨與母液III，氯化銨含N≥19.52％，K2O≤3.22％，MgO≤4.21％，水份≤4.52％，分離母液III用于實(shí)施例2中使用。
實(shí)施例2在555千克45％的硝酸溶液中，逐漸緩慢加入實(shí)施例1中的氫氧化鎂，氯化鉀300千克，不斷攪拌反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制為95℃，反應(yīng)完成后，將溶液過(guò)濾除去雜質(zhì)，再冷卻降溫到0℃，然后將硝酸鉀料液離心分離得硝酸鉀與母液I，分離得硝酸鉀送干燥機(jī)經(jīng)干燥后即為成品硝酸鉀，含KNO3≥96.13％；在不斷攪拌條件下，向母液I中加入氧化鎂粉末18千克，再緩慢向溶液中加入濃度為25％氨水反應(yīng)，同時(shí)加入0.2千克陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑，控制溶液反應(yīng)溫度為30℃；控制溶液PH值為10，反應(yīng)時(shí)間5小時(shí)。將含氫氧化鎂沉淀溶液送離心機(jī)離心過(guò)濾分離得氫氧化鎂沉淀與母液II，氫氧化鎂沉淀用于實(shí)施例3中使用，母液II與實(shí)施例1中母液III混和，經(jīng)蒸發(fā)濃縮到終點(diǎn)濃度為75％，再將蒸發(fā)濃縮液冷卻降溫到50℃，然后送離心機(jī)離心分離得氯化銨與母液III，氯化銨含N≥18.88％，K2O≤3.80％，MgO≤6.55％，分離母液III用于實(shí)施例3中使用。
實(shí)施例3在700千克36％的硝酸溶液中，逐漸緩慢加入實(shí)施例2中的氫氧化鎂，氯化鉀310千克，不斷攪拌反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制為95℃，反應(yīng)完成后，將溶液過(guò)濾除去雜質(zhì)，再冷卻降溫到-10℃，然后將硝酸鉀料液離心分離得硝酸鉀與母液I，分離得硝酸鉀送干燥機(jī)經(jīng)干燥后即為成品硝酸鉀，含KNO3≥96.85％；在不斷攪拌條件下，向母液I中加入氧化鎂粉末18千克，再緩慢向溶液中加入濃度為20％氨水反應(yīng)，同時(shí)加入0.1千克陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑，控制溶液反應(yīng)溫度為40℃；控制溶液PH值為10，反應(yīng)時(shí)間3小時(shí)。將含氫氧化鎂沉淀溶液送離心機(jī)離心過(guò)濾分離得氫氧化鎂沉淀與母液II，母液II與實(shí)施例2中母液III混和，經(jīng)蒸發(fā)濃縮后到終點(diǎn)濃度為75％，再將蒸發(fā)濃縮液冷卻降溫到40℃，然后送離心機(jī)離心分離得氯化銨與母液III，氯化銨含N≥18.85％，K2O≤3.78％，MgO≤6.61％。
權(quán)利要求
1.一種用硝酸、氯化鉀與氨制取硝酸鉀的方法，其特征在于包括以下步驟①在硝酸溶液中加入返回的氫氧化鎂與氯化鉀混和進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后，將溶液過(guò)濾除去雜質(zhì)；②將溶液冷卻結(jié)晶析出硝酸鉀晶體，然后將硝酸鉀料液送離心機(jī)離心分離得硝酸鉀與母液I，分離得硝酸鉀經(jīng)干燥后即為成品硝酸鉀；③向母液I中加入氧化鎂粉末，緩慢通入濃度為15-25％的氨水，同時(shí)加入陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑，控制溶液PH值為10，反應(yīng)溫度30-70℃，反應(yīng)時(shí)間2-5小時(shí)，溶液反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀；④將含氫氧化鎂沉淀溶液過(guò)濾分離得氫氧化鎂沉淀與母液II，氫氧化鎂沉淀返回①中與氯化鉀混和參與循環(huán)反應(yīng)；⑤母液II與返回母液III一起送蒸發(fā)器中，經(jīng)蒸發(fā)濃縮到濃度為70％至75％，再冷卻降溫到30-50℃，結(jié)晶析出氯化銨晶體，然后送離心機(jī)離心分離得氯化銨與母液III，分離母液III返回與母液II一起送蒸發(fā)器中循環(huán)使用。
2.根椐權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于硝酸溶液中加入返回的氫氧化鎂與氯化鉀反應(yīng)過(guò)程中，硝酸溶液濃度為25-45％，反應(yīng)物比例為硝酸∶氯化鉀∶氫氧化鎂＝1∶1∶0.5(摩爾比)，反應(yīng)溫度控制為70-95℃。
3.根椐權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于溶液冷卻結(jié)晶析出硝酸鉀晶體過(guò)程中，溶液冷卻結(jié)晶終點(diǎn)溫度為-15℃至0℃。
4.根椐權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于母液I中氧化鎂加入量為母液I中氯化鎂摩爾數(shù)的10-20％。
5.根椐權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于加入陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑濃度控制為0.01-0.02％。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用硝酸、氯化鉀與氨為原料制取硝酸鉀與氯化銨的方法，它是利用氫氧化鎂循環(huán)使用并參與循環(huán)反應(yīng)，先將硝酸、氫氧化鎂與氯化鉀混合反應(yīng)，反應(yīng)后溶液通過(guò)冷卻結(jié)晶、離心分離、干燥等操作制得硝酸鉀，分離硝酸鉀所得母液中通入氨反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀與氯化銨溶液，氫氧化鎂沉淀經(jīng)過(guò)濾分離后返回循環(huán)使用，與硝酸和氯化鉀一起混和反應(yīng)，氯化銨溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、離心分離得氯化銨，本工藝流程簡(jiǎn)單，操作方便，母液全部循環(huán)使用，無(wú)污染，原料價(jià)廉易得，生產(chǎn)成本低。
文檔編號(hào)C01D9/08GK1765746SQ20051009975
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者張罡, 張一甫, 何斌鴻, 沈晃宏 申請(qǐng)人:張罡