一種高純氫氧化鉀水溶液的連續(xù)生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高純氫氧化鉀水溶液的連續(xù)生產(chǎn)方法，該方法是將待提純的氫氧化鉀溶液依次且連續(xù)地通過螯合樹脂、陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂、電滲析、多級循環(huán)過濾系統(tǒng)進(jìn)行處理。本發(fā)明通過合理設(shè)計(jì)工藝路線，避免了高能耗工藝，操作簡單，可大規(guī)模生產(chǎn)，所得高純氫氧化鉀溶液中，單項(xiàng)陽離子濃度Ca2+、Mg2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+在200ppb以下，Na+濃度在100ppm以下，CO32-、SO42-、Cl-、PO43-濃度在1ppm以下，大于0.5μm顆粒濃度小于100個/mL。
【專利說明】一種高純氫氧化鉀水溶液的連續(xù)生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高純氫氧化鉀溶液的制備方法，特別是電子級高純氫氧化鉀溶液的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在觸摸屏行業(yè)的黃光制程階段，光刻膠顯影和剝離工序都需要使用高純氫氧化鉀溶液。氫氧化鉀純度的高低對后段產(chǎn)品的品質(zhì)有很大的影響。工業(yè)級氫氧化鉀已經(jīng)滿足不了要求。因此，有必要對工業(yè)級氫氧化鉀進(jìn)行純化，提升品質(zhì)。
[0003]ZL96110804.5涉及電解用的含氟陽離子交換膜和通過用該陽離子交換膜作為隔膜水解氯化鉀溶液而產(chǎn)生高純度氫氧化鉀的方法，該法能耗較大，成本高。ZL200810147324.2涉及一種利用低碳醇萃取富含硅雜質(zhì)的氫氧化鉀水溶液純化的方法，最終通過相分離移除低碳醇得到硅雜質(zhì)降低的氫氧化鉀水溶液。該法只是針對雜質(zhì)硅，未涉及到其它雜質(zhì)離子的去除。ZL201010576437.1公開了一種將偏硼酸鉀溶解到氫氧化鈉水溶液中，通過加熱回流，固液分離得到固體氫氧化鉀，該法工藝流程復(fù)雜，能耗大，專利中未涉及到氫氧化鉀純度問題。ZL201010586303.8公開利用含氟酸低溫分解鉀長石生產(chǎn)氫氧化鉀工藝，通過循環(huán)吸收、固液分離、蒸發(fā)濃縮、脫水制得氫氧化鉀產(chǎn)品。
[0004]綜上，現(xiàn)有技術(shù)均是從工藝上改進(jìn)制備得到工業(yè)級氫氧化鉀，未涉及到對氫氧化鉀溶液純度進(jìn)一步提高獲得電子級高純氫氧化鉀溶液的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可大規(guī)模生產(chǎn)出電子級高純氫氧化鉀溶液的方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0007]一種高純氫氧化鉀水溶液的連續(xù)生產(chǎn)方法，其包括依次且連續(xù)進(jìn)行的如下步驟:
[0008](I)將氫氧化鉀水溶液以恒定流速通過螯合樹脂進(jìn)行分離；
[0009](2)將經(jīng)過步驟(1)處理后的氫氧化鉀水溶液以恒定流速依次通過陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂進(jìn)行分離；
[0010](3)將經(jīng)過步驟(2)的氫氧化鉀水溶液以恒定流速通過電滲析設(shè)備進(jìn)行電滲析，其中控制膜堆電流密度為50~110A/m2 ；
[0011](4)將經(jīng)過步驟(3)處理的氫氧化鉀水溶液經(jīng)過多級濾芯循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行多級循環(huán)過濾，使大于0.5 μ m顆粒濃度降至100個/mL以下，即得所述高純氫氧化鉀溶液。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)中，所述的氫氧化鉀溶液為工業(yè)級氫氧化鉀水溶液或工業(yè)級氫氧化鉀溶解于水中配制而成的溶液。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，步驟⑴中，所述螯合樹脂能夠部分地除去Ca2+、Mg2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+、Na+、C032_、S042_、Cl-和P043_。優(yōu)選的螯合樹脂為大孔亞胺基二乙酸型螯合樹脂、粒徑為0.4~
0.7mm。螯合樹脂的交換容量優(yōu)選為1.5~2.5mmol/g。[0014]優(yōu)選地，經(jīng)過步驟(2)處理后的氫氧化鉀水溶液中，Ca2+、Mg2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+的質(zhì)量含量分別在500ppb以下，Na+質(zhì)量含量在IOOppm以下，CO廣、SO42' Cl' Ρθ/_的質(zhì)量含量在IOppm以下。優(yōu)選的陽離子交換樹脂為大孔型丙烯酸弱酸陽離子交換樹脂或凝膠型苯乙烯系強(qiáng)酸陽離子交換樹脂。優(yōu)選的陽離子交換樹脂的體積交換容量為1.5~2.5mmol/mL。優(yōu)選的陰離子交換樹脂為凝膠型丙烯酸弱堿陰離子交換樹脂或大孔型苯乙烯系弱堿陰離子交換樹脂。優(yōu)選的陰離子交換樹脂的體積交換容量為1.5~2mmol/mL，粒徑范圍為
0.45 ~1.25mm。
[0015]優(yōu)選地，步驟⑶中，電滲析設(shè)備膜堆采用的膜為電滲析陰、陽膜，由韓國東麗、日本ASTOM提供。
[0016]優(yōu)選地，步驟(4)中，采用二級濾芯循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)行二級循環(huán)過濾。
[0017]本發(fā)明各步驟中流速相等，且優(yōu)選為400~800L/h。
[0018]本發(fā)明中，螯合樹脂的目的是去除部分金屬陽離子和陰離子雜質(zhì)，陽離子交換樹脂目的是去除陽離子金屬雜質(zhì)，陰離子交換樹脂目的是去除陰離子金屬雜質(zhì)，電滲析目的是選擇性去除高價陽離子和高價陰離子，多級循環(huán)過濾的目的是降低氫氧化鉀溶液中顆粒含量。
[0019]由于以上技術(shù)方案的實(shí)施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)勢:
[0020]本發(fā)明經(jīng)過長時間的研究，另辟蹊徑，利用各種交換樹脂的特性對工業(yè)級氫氧化鉀溶液提純，這類方法在國內(nèi)專利中還未公開報道。本發(fā)明方法最終可獲得單項(xiàng)陽離子濃度 Ca2+、Mg2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+在 200ppb 以下，Na+濃度在 IOOppm 以下，CO32'SO42'Cl'PO:濃度在Ippm以下,大于0.5 μ m顆粒濃度小于100個/mL的氫氧化鉀水溶液。此外，本發(fā)明操作簡便，能耗極低，對環(huán)境友好，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明中，金屬離子含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS, ThermoX-7series)檢測，顆粒通過液體顆粒儀(LPC)檢測，陰離子含量通過液相離子色譜儀(IC)檢測。
[0022]以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說明本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)，而本發(fā)明不受以下實(shí)施例的范圍限制。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體要求做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。實(shí)施例中所采用的裝置和原料均為商購獲得。
[0023]實(shí)施例1
[0024]一種高純氫氧化鉀溶液的制備方法，以工業(yè)級氫氧化鉀溶液為原料，包括依次且連續(xù)進(jìn)行下列步驟:
[0025](I)螯合樹脂處理
[0026]將工業(yè)級氫氧化鉀溶液以400L/h的流速通過螯合樹脂(大孔亞胺基二乙酸型樹月旨，粒徑為0.4~0.7mm,交換容量為1.5mmol/g)。
[0027](2)陽離子交換樹脂處理
[0028]將經(jīng)過螯合樹脂的氫氧化鉀溶液以400L/h的流速通過陽離子交換樹脂(大孔型丙烯酸弱酸陽離子交換樹脂，體積交換容量為1.5mmol/mL,樹脂粒徑為0.4~0.7mm)；[0029](3)陰離子交換樹脂處理
[0030]將經(jīng)過陽離子交換樹脂的氫氧化鉀溶液以400L/h的流速經(jīng)過陰離子交換樹脂(凝膠型丙烯酸弱堿陰離子交換樹脂，體積交換容量為1.5mmol/mL,粒徑范圍為0.45~
1.25mm)；
[0031](4)電滲析處理
[0032]將經(jīng)過陰離子交換樹脂的氫氧化鉀溶液以400L/h的流速經(jīng)過電滲析設(shè)備，控制膜堆電流密度80A/m2 ；
[0033](5) 二級循環(huán)過濾處理
[0034]將經(jīng)過電滲析后的氫氧化鉀溶液經(jīng)二級濾芯循環(huán)過濾，大于0.5 μ m顆粒濃度降至100個/mL以下時，結(jié)束循環(huán)過濾獲得所述高純氫氧化鉀溶液，其檢測結(jié)果參見表1。
[0035]本例方法可連續(xù)生產(chǎn)高純氫氧化鉀溶液80m3。
[0036]實(shí)施例2
[0037]一種高純氫氧化鉀溶液的制備方法，以工業(yè)級氫氧化鉀溶液為原料，包括依次且連續(xù)進(jìn)行下列步驟:
[0038](I)螯合樹脂處理
[0039]將工業(yè)級氫氧化鉀溶液以500L/h的流速通過螯合樹脂(大孔亞胺基二乙酸型樹月旨，粒徑為0.4~0.7mm,交換容量為1.5mmol/g)。
[0040](2)陽離子交換樹脂處理
[0041]將經(jīng)過螯合樹脂的氫氧化鉀溶液以500L/h的流速通過陽離子交換樹脂(大孔型丙烯酸弱酸陽離子交換樹脂，體積交換容量為1.8mmol/mL,樹脂粒徑為0.4~0.7mm)；
[0042](3)陰離子交換樹脂處理
[0043]將經(jīng)過陽離子交換樹脂的氫氧化鉀溶液以500L/h的流速經(jīng)過陰離子交換樹脂(凝膠型丙烯酸弱堿陰離子交換樹脂，體積交換容量為1.95mmol/mL,粒徑范圍為0.45~
1.25mm)；
[0044](4)電滲析處理
[0045]將經(jīng)過陰離子交換樹脂的氫氧化鉀溶液以500L/h的流速經(jīng)過電滲析設(shè)備，控制膜堆電流密度ΙΟΟΑ/m2 ；
[0046](5) 二級循環(huán)過濾處理
[0047]將經(jīng)過電滲析后的氫氧化鉀溶液經(jīng)二級濾芯循環(huán)過濾，大于0.5 μ m顆粒濃度降至100個/mL以下時，結(jié)束循環(huán)過濾獲得所述高純氫氧化鉀溶液，其檢測結(jié)果參見表1。
[0048]實(shí)施例3
[0049]一種高純氫氧化鉀溶液的制備方法，以工業(yè)級氫氧化鉀溶液為原料，包括依次且連續(xù)進(jìn)行下列步驟:
[0050](I)螯合樹脂處理
[0051]將工業(yè)級氫氧化鉀溶液以600L/h的流速通過螯合樹脂(大孔亞胺基二乙酸型樹月旨，粒徑為0.4~0.7mm,交換容量為1.5mmol/g)。
[0052](2)陽離子交換樹脂處理
[0053]將經(jīng)過螯合樹脂的氫氧化鉀溶液以600L/h的流速通過陽離子交換樹脂(凝膠型丙烯酸弱酸陽離子交換樹脂，體積交換容量為2.0mmol/mL，樹脂粒徑為0.4~0.7mm)；[0054](3)陰離子交換樹脂處理
[0055]將經(jīng)過陽離子交換樹脂的氫氧化鉀溶液以600L/h的流速經(jīng)過陰離子交換樹脂(大孔型丙烯酸弱堿陰離子交換樹脂，體積交換容量為1.5mmol/mL,粒徑范圍為0.45~
1.25mm)；
[0056](4)電滲析處理 [0057]將經(jīng)過陰離子交換樹脂的氫氧化鉀溶液以600L/h的流速經(jīng)過電滲析設(shè)備，控制膜堆電流密度90A/m2 ；
[0058](5) 二級循環(huán)過濾處理
[0059]將經(jīng)過電滲析后的氫氧化鉀溶液經(jīng)二級濾芯循環(huán)過濾，大于0.5 μ m顆粒濃度降至100個/mL以下時，結(jié)束循環(huán)過濾獲得所述高純氫氧化鉀溶液，其檢測結(jié)果參見表1。
[0060]實(shí)施例4
[0061]一種高純氫氧化鉀溶液的制備方法，以工業(yè)級氫氧化鉀溶液為原料，包括依次且連續(xù)進(jìn)行下列步驟:
[0062](I)螯合樹脂處理
[0063]將工業(yè)級氫氧化鉀溶液以700L/h的流速通過螯合樹脂(大孔亞胺基二乙酸型樹月旨，粒徑為0.4~0.7mm,交換容量為1.5mmol/g)。
[0064](2)陽離子交換樹脂處理
[0065]將經(jīng)過螯合樹脂的氫氧化鉀溶液以700L/h的流速通過陽離子交換樹脂(凝膠型丙烯酸弱酸陽離子交換樹脂，體積交換容量為2.5mmol/mL，樹脂粒徑為0.4~0.7mm)；
[0066](3)陰離子交換樹脂處理
[0067]將經(jīng)過陽離子交換樹脂的氫氧化鉀溶液以700L/h的流速經(jīng)過陰離子交換樹脂(大孔型丙烯酸弱堿陰離子交換樹脂，體積交換容量為2.0mmol/mL,粒徑范圍為0.45~
1.25mm)；
[0068](4)電滲析處理
[0069]將經(jīng)過陰離子交換樹脂的氫氧化鉀溶液以700L/h的流速經(jīng)過電滲析設(shè)備，控制膜堆電流密度105A/m2 ；
[0070](5) 二級循環(huán)過濾處理
[0071]將經(jīng)過電滲析后的氫氧化鉀溶液經(jīng)二級濾芯循環(huán)過濾，大于0.5μπι顆粒濃度降至100個/mL以下時，結(jié)束循環(huán)過濾獲得所述高純氫氧化鉀溶液，其檢測結(jié)果參見表1。
[0072]表1為實(shí)施例1~4的高純氫氧化鉀溶液的檢測結(jié)果
[0073]
【權(quán)利要求】
1.一種高純氫氧化鉀水溶液的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于:所述生產(chǎn)方法包括依次且連續(xù)進(jìn)行的如下步驟: (1)將氫氧化鉀水溶液以恒定流速通過螯合樹脂進(jìn)行分離； (2)將經(jīng)過步驟(1)處理后的氫氧化鉀水溶液以恒定流速依次通過陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂進(jìn)行分離； (3)將經(jīng)過步驟(2)的氫氧化鉀水溶液以恒定流速通過電滲析設(shè)備進(jìn)行電滲析，其中控制膜堆電流密度為50~110A/m2 ； (4)將經(jīng)過步驟(3)處理的氫氧化鉀水溶液經(jīng)過多級濾芯循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行多級循環(huán)過濾，使大于0.5 μ m顆粒濃度降至100個/mL以下，即得所述高純氫氧化鉀溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純氫氧化鉀水溶液的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于:步驟(1)中，所述的氫氧化鉀溶液為工業(yè)級氫氧化鉀水溶液或工業(yè)級氫氧化鉀溶解于水中配制而成的溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純氫氧化鉀水溶液的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于:步驟(1)中，所述螯合樹脂能夠部分地除去 Ca2+、Mg2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+、Na+、CO32' SO42' CF 和 PO4'
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高純氫氧化鉀水溶液的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于:所述螯合樹脂為大孔亞胺基二乙酸型螯合樹脂、粒徑為0.4~0.7mm,交換容量為1.5~2.5mmol/g°
5.根據(jù)權(quán)利要求1 或4所述的高純氫氧化鉀水溶液的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于:經(jīng)過步驟(2)處理后的氫氧化鉀水溶液中，Ca2+、Mg2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+的質(zhì)量含量分別在500ppb以下，Na+質(zhì)量含量在IOOppm以下，CO32' SO42' Cl' Ρθ/_的質(zhì)量含量在IOppm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高純氫氧化鉀水溶液的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的陽離子交換樹脂為大孔型丙烯酸弱酸陽離子交換樹脂或凝膠型苯乙烯系強(qiáng)酸陽離子交換樹脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高純氫氧化鉀水溶液的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于:所述陽離子交換樹脂的體積交換容量為1.5~2.5mmol/mL。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高純氫氧化鉀水溶液的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于:所述陰離子交換樹脂為凝膠型丙烯酸弱堿陰離子交換樹脂或大孔型苯乙烯系弱堿陰離子交換樹脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純氫氧化鉀水溶液的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于:步驟(3)中，電滲析設(shè)備膜堆采用的膜為電滲析陰、陽膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純氫氧化鉀水溶液的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于:步驟(4)中，采用二級濾芯循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)行二級循環(huán)過濾。
【文檔編號】C01D1/32GK104016376SQ201410290942
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】劉兵, 高小云, 朱一華, 吳鵬珍 申請人:蘇州晶瑞化學(xué)有限公司