[发明专利]一种以KCl为原料熔态水解法制备盐酸和碳酸钾的方法

说明书

技术领域

本发明属盐卤化工，涉及一种利用工业氯化钾为原料，以五硼酸钾作为中间循环介质，高温熔融态发生水解反应，先制备盐酸，再经碳酸化过程，后制备碳酸钾产品的方法。

背景技术

碳酸钾是重要的基本无机化工、医药、轻工原料之一，主要用于光学玻璃、电焊条、电子管、电视显像管、灯泡、印染、染料、油墨、照像药品、泡花碱、聚酯、炸药、电镀、制革、陶瓷、建材、水晶、肥皂及药物的生产；还可用作含钾肥料、气体吸附剂、干粉灭火剂、橡胶防老剂，以及用于脱除化肥合成气中的二氧化碳。随着高新技术的不断开发，碳酸钾在洗涤助剂、味精，食品等领域的应用也日趋扩大。目前，碳酸钾主要用于钾玻璃、钾肥皂，及其他无机化学品制造，用于脱除工业气体中的硫化氢和二氧化碳，还用于电焊条、油墨制造、印染工业等方面。

碳酸钾生产有草木灰法、路布兰法、电解法、离子交换法等。常用的是电解法和离子交换法。草木灰法是最古老的方法，即从各种植物壳(如棉籽壳、茶子壳、桐子壳、葵花子壳)烧成的草木灰中提取。草木灰中含有碳酸钾、硫酸钾、氯化钾等可溶性盐，用沉淀、过滤的方法可加以分离。此法由于产品质量低、不经济，且受原料来源限制而很少采用。路布兰法是将硫酸钾与煤粉、石灰混合，还原焙烧，得黑灰(含碳酸钾、硫化钙等烧成物)，经浸取、过滤、蒸发、碳化，得碳酸氢钾，再经过滤、煅烧得产品；此法由于工艺流程长等原因已被其他方法所取代。

电解法是将氯化钾电解后得到的氢氧化钾溶液，在碳化塔中以二氧化碳碳化；经多效蒸发器蒸发、过滤得碳酸氢钾；再经煅烧制得产品。此法因原料易得、钾利用率高、无三废产生而得到广泛应用，但电耗较大。

离子交换法是用阳离子交换树脂与氯化钾交换。再用碳酸氢铵洗脱成碳酸氢钾稀溶液，经多效蒸发、碳化、结晶、分离，煅烧得产品；此法产品质量好、工艺流程短，但只适用于小规模生产。

本发明方法是利用氯化钾与硼酸盐高温熔融态反应，将氯化钾中的氯离子以盐酸的形式制得产品，含钾熔盐则进行碳酸化，生产碳酸钾。本方法的化学反应过程未见文献报道，同时工艺路线短，形成了全新的熔态水解法制备盐酸和碳酸钾的方法。

发明内容

一种氯化钾熔态水解法直接制取盐酸和碳酸钾新方法，所述的熔态水解是在碱金属氯化物处于熔融状态下，通入过热水蒸汽，为熔融状态下的水解反应，称为“熔态水解”。其主要原理如下：

总反应平衡式：

反应式(1)表示KCl固体与KB₅O₈晶体混合后加热至800～1200℃共熔，与过热水蒸汽反应，800℃以上KB₅O₈熔融后具有酸性，可以为KCl的分解提供酸性环境；熔体中的Cl^-水解成气体HCl，与反应后剩余的水蒸汽混合，并与熔体分离，冷凝后变成盐酸溶液；熔体KBO₂(实际为B₂O₃/K₂O之比小于2的系列K系硼酸盐，即K₂B₄O₇至K₄B₂O₅之间的多硼酸钾，主要为K₂B₄O₇)直接水淬成浆液。反应式(2)表示此浆液与CO₂气体反应，碳酸化反应温度为30～40℃，压力0.1～0.3Mpa，结晶温度为10～15℃，生成KB₅O₈·4H₂O结晶与KHCO₃近饱和溶液，经过滤，KB₅O₈·4H₂O晶体返回，干燥脱结晶水后与新的KCl固体混合，再共熔水解。过滤所得KHCO₃近饱和溶液经精制脱除Cl^-、离子，热分解得纯d净K₂CO₃产品。该方法主要利用KB₅O₈溶解度小的特征，容易实现再生循环，而碳酸化过程CO₂分压1Kg/cm²可满足要求。

所述的过热水蒸汽是温度达到200℃以上，但压力为常压的过热蒸汽。

与已有的制酸制碱方法相比较，本发明具有如下优点：