[发明专利]一种由氯化钾与硝酸铵复分解循环法生产高品质硝酸钾的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由氯化钾与硝酸铵复分解循环法生产高品质硝酸钾的方法。

背景技术

硝酸钾为无色斜方晶系结晶或者白色粉末，是一种重要的无机化工产品。根据硝酸钾的作用用途，硝酸钾可分为农业级硝酸钾与工业级硝酸钾。农业级硝酸钾，主要作为一种优质的无氯钾、氮二元复合肥施用于对氯敏感的农作物，并且被称之为世界紧缺的“绿色钾肥”；工业级硝酸钾，相比较于农业级硝酸钾，品质高、性能优良，其纯度高于99.0％，广泛应用于国防、军工、特种玻璃制备及其它电子加工行业。近年来，随着科技的发展，中国市场对硝酸钾的需求量不断增加，并且对硝酸钾的质量提出了更高的要求。

目前，国内硝酸钾生产主要有硝酸钠-氯化钾转化法、氯化钾-硝酸(硝酸铵)离子交换法及硝酸铵-氯化钾复分解转化法等几种工艺。硝酸钠-氯化钾转化法是工业上最早采用的方法，该工艺方法具有流程简单、操作方便及产品质量好等优点，但是同时存在原料硝酸钠价格昂贵且原料紧张的缺点，从长远角度考虑，该生产工艺不符合我国可持续发展的战略要求。离子交换法由于交换液硝酸钾浓度低、蒸发成本高并且对设备性能要求高等不利因素限制了该工艺的规模化生产，目前国内仅有山西文通钾盐集团有限公司等几家企业依然采用该工艺。硝酸铵-氯化钾复分解法最早由法国Auby公司开发，因同时具备原料利用率高、工艺设备简单以及对环境无污染等优点而备受企业家的青睐，目前国内硝酸钾生产厂家大多采用该技术。

硝酸铵-氯化钾复分解法生产硝酸钾的工艺原理是基于由氯化钾、硝酸铵、硝酸钾、氯化铵组成的四元相图，通过选择合理的条件依次完成硝酸钾与氯化铵的结晶与分离。工艺流程主要包含以下四步：一是在循环母液中加入氯化钾完成配料；二是硝酸钾溶液冷却结晶后离心分离得到硝酸钾；三是在硝酸钾分离后的母液中加入硝酸铵；四是加入硝酸铵后的溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、离心分离后得氯化铵，分离后的母液循环使用。经过几十年的发展，氯化钾-硝酸铵复分解生产硝酸钾技术日趋成熟，但是，长期以来，该工艺存在的副产物氯化铵与硝酸钾分离困难、产品质量差、粗钾精制工艺繁琐及能耗高等弊端仍未得到实质性的改善。

近年来，众多企业相关技术人员就硝酸铵-氯化钾复分解反应生产硝酸钾工艺优化做了不懈的努力，并提出了多种工艺优化方法。这些研究成果以专利报道居多，以学术论文形式报道仅占少部分，这些报道主要涉及提高原料利用率、产品纯化及节能减排等技术领域。

中国公开发明专利200910115890.X《复分解生产硝酸钾的方法》公开了一种复分解生产硝酸钾的方法。该工艺方法通过利用各种不同浓度的漂洗、排放液冲洗半成品、成品硝酸钾，并通过热溶解复结的方式生产出质量高达99.9％的硝酸钾产品。该工艺方法优化了传统复分解生产工艺，极大地提升了硝酸钾的产品质量，同时在一定程度上降低了氯化铵分离过程清水的用量，但是这种通过不同浓度的漂洗、排放液不同批次的漂洗硝酸钾产品的方法，增强了企业工作者劳动强度、延长了生产周期，降低了生产效率。

中国公开专利01114497.1《复分解三步循环法生产硝酸钾》公开了一种复分解三步循环法生产硝酸钾的方法。该工艺方法实施过程中，通过向反应液中加入助剂硝酸钠的方式来提高产品的质量及产品收率，其作用实质是加入的硝酸钠作为结晶试剂促进硝酸钾的析出。专利公开数据显示，硝酸钾结晶后母液中硝酸钠的含量高达4.5％～11％，这一方面增加了生产成本，另一方面可能会引起硝酸钾产品中的Na⁺含量的升高，给后续的除杂工艺造成困难。同时，该发明方法生产的硝酸钾产品为农业级硝酸钾，不能满足高品质工业级硝酸钾的使用要求。

中国公开发明专利201410310839.5《复分解空气冷却结晶法生产硝酸钾工艺》公开发明了一种复分解空气冷却结晶法生产硝酸钾工艺。该发明采用空气做冷却介质来实现硝酸钾与氯化铵的结晶。在氯化铵分离过程，采用精钾母液及清水冲洗硝酸钾，其中仅在精制过程中，清水用量为硝酸钾量的15％～30％。该工艺方法仍然是采用了传统洗涤的方式分离氯化铵，对水资源消耗高、劳动强度大的作业负担仍未能提出行之有效的解决方案。