專利名稱：氫氧化鎂循環(huán)反應法制取硝酸鉀方法
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離子交換樹脂，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。
復分解法是以硝酸銨與氯化鉀為原料，采用復分解反應法制取硝酸鉀，付產(chǎn)氯化銨產(chǎn)品。實踐表明，該法雖然工藝與設(shè)備簡單，無污染，技術(shù)成熟，付產(chǎn)品氯化銨市場需求旺，但是該法存在以下不足第一、原料硝酸銨屬于國家嚴格管理控制的危爆物品，供應與運輸受到限制，價格高昂，致使硝酸鉀生產(chǎn)成本高；第二、復分解反應過程中，反應溶液中只有約50％左右鉀離子轉(zhuǎn)化為硝酸鉀，生產(chǎn)過程中母液循環(huán)量較大，水蒸發(fā)量也較高，設(shè)備與操作費用也高，導致生產(chǎn)成本高。
因此研究開發(fā)新的原料路線和先進技術(shù)制取硝酸鉀是一項重要課題。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，工藝簡單，操作方便，全封閉閉路循環(huán)生產(chǎn)，無三廢產(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行反應，主要是硝酸與氫氧化鎂反應制取硝酸鎂，同時放出大量熱量，其化學反應方程式如下…………(1)反應放出的熱量使溶液溫度升高，同時加快氯化鉀溶解，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，硝酸鎂與氯化鉀復分解反應結(jié)晶析出硝酸鉀晶體，同時生成氯化鎂溶液，其化學反應方程式如下………(2)
然后將硝酸鉀料液送離心機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，在攪拌條件下進行沉鎂反應，反應生成氫氧化鎂沉淀，沉鎂反應化學反應方程式如下………(3)為了制得過濾性能較好的氫氧化鎂，在沉鎂反應過程中，先在溶液中加入適量的氧化鎂粉未，加入的MgO微溶于水，反應方程式如下……………………(4)MgO與反應生成的Mg(OH)2作為沉鎂反應過程中晶種，同時也是補充工藝循環(huán)過程中鎂的損失量。然后再加入高聚合度陰離子型聚丙烯酰胺(簡稱PAM)作為聚凝劑，對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濾速度，聚凝劑加入量為100kg溶液中加入10-20克。
下面詳細說明本

發(fā)明內(nèi)容
①在反應器中，加入25％至45％的硝酸溶液，在不斷攪拌條件下，再向反應器中的硝酸溶液中緩慢加入氫氧化鎂與氯化鉀混和物進行反應，反應物比例為硝酸∶氯化鉀∶氫氧化鎂＝1∶1∶0.5(摩爾比)，反應溫度控制為70-95℃，溶液PH值控制為5-7；反應完成后生成硝酸鎂與氯化鉀混和溶液，將溶液送過濾器過濾除去雜質(zhì)。
②將過濾除去雜質(zhì)的溶液送冷卻結(jié)晶器中，通過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％，通入氨水過程中，同時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％。通入氨水反應過程中，控制溶液PH值為10，反應溫度30-70℃，反應時間2-5小時，溶液反應生成顆粒大、過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離心過濾分離得含水量約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。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合肥，然后送離心機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)點本發(fā)明有以下優(yōu)點第一、本發(fā)明采用的主要原料氯化鉀、硝酸、氨均廉價易得，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，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物，氫氧化鎂始終在溶液中循環(huán)使用與反應，使每一步反應進行得較為完全，溶液中鉀離子基本上轉(zhuǎn)化為硝酸鉀晶體，從而節(jié)省工藝過程中操作費用。
第四、本發(fā)明產(chǎn)品硝酸鉀質(zhì)量達到要求，含KNO3≥96.0％，Cl≤1.0％，水份≤1.0％，符合農(nóng)用硝酸鉀標準與要求，進一步提純可得工業(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)用化肥標準與要求，是一種市場需求的氮鉀鎂復合肥。
第五、本發(fā)明無“三廢”產(chǎn)生，對環(huán)境無污染。


圖1是本發(fā)明工藝流程方框圖。
6、實施方式實施例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，反應溫度控制為70℃，溶液PH值為5；反應完成后，將溶液過濾除去雜質(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，同時加入0.1千克陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑，控制溶液反應溫度為70℃，控制溶液PH值為10，反應時間2小時。將含氫氧化鎂沉淀溶液送離心機離心過濾分離得含水量32％的氫氧化鎂沉淀與母液II，氫氧化鎂沉淀用于實施例2中使用，母液II經(jīng)蒸發(fā)濃縮到終點濃度為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用于實施例2中使用。
實施例2在555千克45％的硝酸溶液中，逐漸緩慢加入實施例1中的氫氧化鎂，氯化鉀300千克，不斷攪拌反應，反應溫度控制為95℃，反應完成后，將溶液過濾除去雜質(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，同時加入0.2千克陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑，控制溶液反應溫度為30℃；控制溶液PH值為10，反應時間5小時。將含氫氧化鎂沉淀溶液送離心機離心過濾分離得氫氧化鎂沉淀與母液II，氫氧化鎂沉淀用于實施例3中使用，母液II與實施例1中母液III混和，經(jīng)蒸發(fā)濃縮到終點濃度為75％，再將蒸發(fā)濃縮液冷卻降溫到50℃，然后送離心機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用于實施例3中使用。
實施例3在700千克36％的硝酸溶液中，逐漸緩慢加入實施例2中的氫氧化鎂，氯化鉀310千克，不斷攪拌反應，反應溫度控制為95℃，反應完成后，將溶液過濾除去雜質(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，同時加入0.1千克陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑，控制溶液反應溫度為40℃；控制溶液PH值為10，反應時間3小時。將含氫氧化鎂沉淀溶液送離心機離心過濾分離得氫氧化鎂沉淀與母液II，母液II與實施例2中母液III混和，經(jīng)蒸發(fā)濃縮后到終點濃度為75％，再將蒸發(fā)濃縮液冷卻降溫到40℃，然后送離心機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行反應，反應完成后，將溶液過濾除去雜質(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，同時加入陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑，控制溶液PH值為10，反應溫度30-70℃，反應時間2-5小時，溶液反應生成氫氧化鎂沉淀；④將含氫氧化鎂沉淀溶液過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；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過程中，硝酸溶液濃度為25-45％，反應物比例為硝酸∶氯化鉀∶氫氧化鎂＝1∶1∶0.5(摩爾比)，反應溫度控制為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程中，溶液冷卻結(jié)晶終點溫度為-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，先將硝酸、氫氧化鎂與氯化鉀混合反應，反應后溶液通過冷卻結(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生成氫氧化鎂沉淀與氯化銨溶液，氫氧化鎂沉淀經(jīng)過濾分離后返回循環(huán)使用，與硝酸和氯化鉀一起混和反應，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，本工藝流程簡單，操作方便，母液全部循環(huán)使用，無污染，原料價廉易得，生產(chǎn)成本低。
文檔編號C01D9/08GK1765746SQ20051009975
公開日2006年5月3日 申請日期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 申請人:張罡