本發(fā)明涉及硝酸鉀加工制備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種硝酸鉀的制備方法。

背景技術(shù)：

硝酸鉀既是一種重要的工業(yè)原料又是一種優(yōu)質(zhì)的無氯鉀氮復(fù)合肥。近十多年來，由于國內(nèi)硝酸鉀市場需求與出口的增長，尤其是農(nóng)用硝酸鉀市場的不斷開發(fā)，硝酸鉀生產(chǎn)發(fā)展迅速。硝酸鉀的用途非常廣泛，比如用作分析試劑和氧化劑，用于鉀鹽的合成和配制炸藥。另外在食品工業(yè)可用作發(fā)色劑，護色劑，抗微生物劑，防腐劑，如用于腌肉，在午餐肉中起防腐作用。是制造黑色火藥，如礦山火藥、引火線、爆竹等的原料。也可用于焰火以產(chǎn)生紫色火花。機械熱處理作淬火的鹽浴。陶瓷工業(yè)用于制造瓷釉彩藥。用作玻璃澄清劑。用于制造汽車燈玻殼、光學(xué)玻璃顯像管玻殼等。醫(yī)藥工業(yè)用于生產(chǎn)青霉素鉀鹽，利福平等藥物。用于制卷煙紙。用作催化劑。選礦劑。還可用作農(nóng)作物和花卉的復(fù)合肥料。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，全國約有84％的土地缺鉀，農(nóng)用硝酸鉀每年僅煙草行業(yè)需15萬t-20萬t，加上其他作物種植需要，年實際需求量在20萬t-25萬t左右。農(nóng)用硝酸鉀由于受生產(chǎn)成本、大規(guī)模生產(chǎn)工藝技術(shù)不成熟等因素制約發(fā)展緩慢，長期以來依靠進口來彌補需求。

鑒于硝酸鉀廣泛的應(yīng)用與長期短缺的現(xiàn)狀，開發(fā)新技術(shù)、新工藝是迫切需要解決的問題，硝酸鉀的生產(chǎn)工藝的開發(fā)也成為了當今研究的熱點?，F(xiàn)有技術(shù)中，生產(chǎn)硝酸鉀主要有以下幾種工藝：1.硝酸鈉與氯化鉀復(fù)分解反應(yīng)法，該工藝的缺點為：生產(chǎn)成本高，收率低，不易分離硝酸鉀與氯化鈉，需濃縮過程，耗費大量能量。需重結(jié)晶。2.硝酸銨與氯化鉀復(fù)分解反應(yīng)法，該工藝的缺點為：生產(chǎn)成本高，收率低，不易分離硝酸鉀與氯化銨，需濃縮過程，耗費大量能量。需重結(jié)晶。成品易吸潮(因含銨離子)。3.硝酸與氧化鎂加氯化鉀反應(yīng)法，該工藝的缺點為：生產(chǎn)成本高，收率低，不易分離硝酸鉀與氯化鎂，需濃縮過程，耗費大量能量。需重結(jié)晶。4.硝酸與氯化鉀反應(yīng)法，該工藝的缺點為：過程復(fù)雜，成本高，易腐蝕設(shè)備。

可見現(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)硝酸鉀的工藝大多存在能耗高、反應(yīng)路線長，成本高等問題，并且原料轉(zhuǎn)化率普遍也不高，一般維持在85％左右。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種硝酸鉀的制備方法，該制備方法通過采用含鈣化合物、硝酸以及氯化鉀為原料，原料成本低，工藝簡單，生成的產(chǎn)物無需進行高耗能的濃縮、結(jié)晶處理，經(jīng)過簡單的工藝處理即可得到目的產(chǎn)物硝酸鉀，充分降低了生產(chǎn)過程中的能耗，并且整個反應(yīng)過程中產(chǎn)生的廢水、廢液、廢物均可循環(huán)利用，或作為副產(chǎn)品出售，省去了外排污染環(huán)境的風險，反應(yīng)原料轉(zhuǎn)化率、收率高，人工成本低，配套的生產(chǎn)設(shè)備也比較簡單，投資少，總之該工藝為硝酸鉀的生產(chǎn)提供了一種更為新穎的操作路線，值得大力推廣應(yīng)用，也填補了相關(guān)技術(shù)空白。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種硝酸鉀的制備方法，具體包括如下步驟：以硝酸、氯化鉀、含鈣化合物為原料在95-100℃之間反應(yīng)，監(jiān)測反應(yīng)pH值達到7以上后，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、常溫結(jié)晶、干燥即得硝酸鉀。

現(xiàn)有技術(shù)中，生產(chǎn)硝酸鉀的主要工藝有硝酸鈉與氯化鉀復(fù)分解法，硝酸銨與氯化鉀離子交換法，硝酸銨與氯化鉀離子交換法，硝酸銨與氯化鉀復(fù)分解法，硝酸鎂與氯化鉀復(fù)分解法，硝酸與氧化鎂、氯化鉀反應(yīng)法，但是這些技術(shù)中普遍需要高能耗的濃縮處理步驟才能最終得到目標產(chǎn)物硝酸鉀，比如硝酸與氧化鎂、氯化鉀反應(yīng)法，其生成的產(chǎn)物氯化鎂與硝酸鉀的混合物呈粘稠狀，常溫條件下根本無法實現(xiàn)兩者之間的分離，還需要借助高能耗的濃縮結(jié)晶步驟才能實現(xiàn)硝酸鉀的分離結(jié)晶，并且收率也會受到相應(yīng)的影響，達不到理想的收率，目前只能維持在80-90wt％之間。

因此，發(fā)明人在對現(xiàn)有技術(shù)的工藝進行充分理解摸索的前提下，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的諸多技術(shù)問題，提供了一種工藝路線新穎的硝酸鉀的制備方法，原料采用的是硝酸、氯化鉀以及含鈣化合物，反應(yīng)溫度控制在95-100℃，當監(jiān)測到反應(yīng)體系的pH值達到7以上后，即代表反應(yīng)完全，可以將反應(yīng)產(chǎn)物進行過濾，常溫結(jié)晶，干燥最終得到目標產(chǎn)物，整個工藝過程前后步驟銜接緊密，無論是采用的反應(yīng)原料還是反應(yīng)路線，以及該工藝中涉及到的各個調(diào)控參數(shù)，均是發(fā)明人經(jīng)過大量的實踐經(jīng)驗摸索出來的，現(xiàn)有技術(shù)中是沒有任何記載，本發(fā)明的技術(shù)方案尚屬首創(chuàng)。該工藝步驟簡單，操作方便，反應(yīng)條件也比較溫和，安全系數(shù)高，尤其是反應(yīng)生成的產(chǎn)物通過簡單的過濾即可實現(xiàn)目標產(chǎn)物的純化，后續(xù)利用溶解度隨溫度變化的差異性，以實現(xiàn)硝酸鉀的結(jié)晶析出，低能耗、低成本條件下即可達到硝酸鉀的生產(chǎn)，為后續(xù)工業(yè)化批量擴大生產(chǎn)奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過簡單的過濾就可將大部分的氯化鈣與硝酸鉀實現(xiàn)分離，氯化鈣可以以沉淀濾渣的形式脫離體系，從而實現(xiàn)硝酸鉀的純化，在這個過程中生成的氯化鈣基本95％以上均可以以濾渣的形式進行回收，而且純度基本可達到100％，無需后續(xù)其他處理步驟即可當作副產(chǎn)品進行銷售，無形之中提高了該工藝的附加值，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。另外少量的氯化鈣后續(xù)常溫結(jié)晶時會以粉末狀析出，但是其附著于呈大片晶體狀的硝酸鉀的表面，通過簡單的吹掃沖洗即可將其清除，不會影響最終目的產(chǎn)物的純度。

另外，該工藝中需要注意的是反應(yīng)溫度的把控，可以利用含鈣化合物與硝酸反應(yīng)所產(chǎn)生的大量熱量使得反應(yīng)溫度維持在95-100℃之間，更優(yōu)控制在96-98℃之間，含鈣化合物固體在添加的過程中需要緩慢添加，如果添加過快會使得反應(yīng)溫度過高，不易控制反應(yīng)的進行也會影響操作的安全性，此外三種原料的添加順序最好按照氯化鉀、硝酸、含鈣化合物的順序，因為硝酸本身密度比較大，添加后會往反應(yīng)體系的底部沉，所以處于安全性考慮先將氯化鉀用水溶解后，再添加硝酸，而不要先行加硝酸，以免暴沸，含鈣化合物選擇最后添加，以起到調(diào)控反應(yīng)進行速率快慢的目的。

優(yōu)選地，含鈣化合物可以選擇包括氧化鈣、氫氧化鈣、碳酸鈣、碳酸氫鈣、硝酸鈣中的一種或幾種混合，更優(yōu)選為氧化鈣、氫氧化鈣中的一種或兩種的混合，可根據(jù)實際操作條件進行自由選擇，當然最優(yōu)選為氧化鈣，因為氧化鈣便宜易得，性質(zhì)穩(wěn)定。

當然，為了避免體系中的水含量過大，溶解氯化鉀所用的水最好控制在以下比例范圍內(nèi)，即水與氯化鉀的質(zhì)量比控制在1：1以上，更優(yōu)控制在(1.1-1.2)：1，還有采用的硝酸也最好嚴格控制含水量，以免影響后續(xù)氯化鉀的結(jié)晶析出，優(yōu)選質(zhì)量百分比濃度控制在95％以上的硝酸，更優(yōu)控制在98％以上。

優(yōu)選地，原料中硝酸與氯化鉀的摩爾比控制在(1.1-1.5)：1，優(yōu)選為(1.2-1.4)：1，還可以為1.3：1，這樣硝酸添加的稍微過量，為的是促進反應(yīng)進行的更加完全。

此外，反應(yīng)完畢后需要進行一系列的后處理步驟，按照過濾、常溫結(jié)晶、干燥的操作步驟進行，過濾的溫度最好控制在100℃以上，過濾后的母液降溫到20-30℃條件下進行常溫結(jié)晶，因為硝酸鉀在100℃左右與常溫條件下的溶解度差異比較大，從而達到析出硝酸鉀晶體的目的，另外還會有少量的粉末狀的氯化鈣析出(基本可以通過清洗、吹掃的方法清除)，過濾后剩余的濾渣為大量的生成的氯化鈣，氯化鈣采用少量水清洗，抽濾、干燥即可得到純度很高的氯化鈣副產(chǎn)品。

常溫結(jié)晶后析出的硝酸鉀晶體與少量的氯化鈣粉末一同進行干燥，干燥后吹掃表面少量的氯化鈣后，進行篩分，篩分成目粒度30目以上的粉狀即為目的產(chǎn)物硝酸鉀，優(yōu)選篩分成目粒度40-50目的粉狀，篩下來的物質(zhì)會含有少量的硝酸鉀以及氯化鈣，通過重結(jié)晶的操作可以回收其中一部分硝酸鉀，而析出結(jié)晶物后的母液則返回用于溶解氯化鉀以循環(huán)利用，不會有任何浪費可實現(xiàn)重復(fù)利用。

上述硝酸鉀的制備方法可以實現(xiàn)原料轉(zhuǎn)化率在98wt％以上，而且轉(zhuǎn)化的原料能夠全部生成硝酸鉀，不會有其他副產(chǎn)物生成，另外最后重結(jié)晶后剩余的母液也能夠重新返回體系進行循環(huán)利用，沒有任何損失，以保證該硝酸鉀生產(chǎn)工藝的高收率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明的硝酸鉀的制備方法通過采用含鈣化合物、硝酸以及氯化鉀為原料，原料成本低(氫氧化鈣和氧化鈣的價格低，成本低)，工藝簡單，生成的產(chǎn)物無需進行高耗能的濃縮、結(jié)晶處理，經(jīng)過簡單的工藝處理即可得到目的產(chǎn)物硝酸鉀，充分降低了生產(chǎn)過程中的能耗；

(2)本發(fā)明的整個硝酸鉀的制備方法反應(yīng)過程快，操作簡單，設(shè)備簡單，生產(chǎn)的人工成本低，無廢水、無廢氣、無廢渣、環(huán)保，省去了外排污染環(huán)境的風險；

(3)通過采用本發(fā)明生產(chǎn)硝酸鉀的方法制備得到的硝酸鉀不易吸潮(因為不含有銨離子)，充分利用了含鈣化合物與硝酸反應(yīng)所產(chǎn)生的大量熱量使得反應(yīng)溫度維持在95-100℃之間，并且硝酸鉀在常溫與100℃左右的溶解度相差比較大，從而實現(xiàn)降溫到常溫后實現(xiàn)析出結(jié)晶分離，整個過程中基本不用消耗任何能耗，實現(xiàn)了低耗運行生產(chǎn)的目的。

具體實施方式

下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明的實施方案進行詳細描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

實施例1

硝酸鉀的制備方法如下：

1)用75g氯化鉀加水90g置于燒杯中(其中90g的水也包含循環(huán)利用的母液)，不斷攪拌再加入質(zhì)量百分比濃度為98％的濃硝酸66g(硝酸過量)后，然后緩慢加入氫氧化鈣、氧化鈣的混合物，控制其反應(yīng)中的溫度達到95-100℃之間，用pH計檢測反應(yīng)的pH值達到7以后停止反應(yīng)；

2)將反應(yīng)后生成的物料100℃以上熱過濾，過濾后剩余的濾渣即為氯化鈣，濾渣用少量水清洗后抽濾，濾水重復(fù)利用，氯化鈣濾渣后續(xù)干燥即得純度為99％以上的成品，可直接形成銷售；

3)100℃以上過濾后的母液讓其靜止冷卻至常溫，結(jié)晶析出形成大的硝酸鉀晶體，同時析出粉末狀的固體為氯化鈣，一同進行干燥，干燥后的成品過30目篩，篩上物即為成品硝酸鉀，篩下物進行重結(jié)晶。

4)重結(jié)晶后，析出結(jié)晶物剩余的母液用于配制氯化鉀溶液循環(huán)利用，實現(xiàn)低能耗、低成本運行。經(jīng)檢測整個反應(yīng)過程中原料轉(zhuǎn)化率在98wt％以上。

實施例2

硝酸鉀的制備方法如下：

1)用75g氯化鉀加水82.5g置于燒杯中(其中82.5g的水也包含循環(huán)利用的母液)，不斷攪拌再加入質(zhì)量百分比濃度為95％的濃硝酸70g(硝酸過量)后，然后緩慢加入氫氧化鈣，控制其反應(yīng)中的溫度達到96℃，用pH計檢測反應(yīng)的pH值達到7以后停止反應(yīng)；

2)將反應(yīng)后生成的物料105℃熱過濾，過濾后剩余的濾渣即為氯化鈣，濾渣用少量水清洗后抽濾，濾水重復(fù)利用，氯化鈣濾渣后續(xù)干燥即得純度為100％的成品，可直接形成銷售；

3)105℃過濾后的母液讓其靜止冷卻至常溫20-30℃，結(jié)晶析出形成大的硝酸鉀晶體，同時析出粉末狀的固體為氯化鈣，一同進行干燥，干燥后的成品過40目篩，篩上物即為成品硝酸鉀，篩下物進行重結(jié)晶。

4)重結(jié)晶后，析出結(jié)晶物剩余的母液用于配制氯化鉀溶液循環(huán)利用，實現(xiàn)低能耗、低成本運行。經(jīng)檢測整個反應(yīng)過程中原料轉(zhuǎn)化率在99wt％以上。

實施例3

硝酸鉀的制備方法如下：

1)用75g氯化鉀加水75g置于燒杯中(其中75g的水也包含循環(huán)利用的母液)，不斷攪拌再加入質(zhì)量百分比濃度為96％的濃硝酸76g(硝酸過量)后，然后緩慢加入碳酸氫鈣，控制其反應(yīng)中的溫度達到98℃，用pH計檢測反應(yīng)的pH值達到7以后停止反應(yīng)；

2)將反應(yīng)后生成的物料100℃以上熱過濾，過濾后剩余的濾渣即為氯化鈣，濾渣用少量水清洗后抽濾，濾水重復(fù)利用，氯化鈣濾渣后續(xù)干燥即得純度為99％以上的成品，可直接形成銷售；

3)100℃以上過濾后的母液讓其靜止冷卻至20-30℃，結(jié)晶析出形成大的硝酸鉀晶體，同時析出粉末狀的固體為氯化鈣，一同進行干燥，干燥后的成品過50目篩，篩上物即為成品硝酸鉀，篩下物進行重結(jié)晶。

4)重結(jié)晶后，析出結(jié)晶物剩余的母液用于配制氯化鉀溶液循環(huán)利用，實現(xiàn)低能耗、低成本運行。經(jīng)檢測整個反應(yīng)過程中原料轉(zhuǎn)化率在98wt％以上。

實施例4

硝酸鉀的制備方法如下：

1)用75g氯化鉀加水90g置于燒杯中(其中90g的水也包含循環(huán)利用的母液)，不斷攪拌再加入質(zhì)量百分比濃度為97％的濃硝酸88g(硝酸過量)后，然后緩慢加入硝酸鈣，控制其反應(yīng)中的溫度達到98℃，用pH計檢測反應(yīng)的pH值達到7以后停止反應(yīng)；

2)將反應(yīng)后生成的物料100℃以上熱過濾，過濾后剩余的濾渣即為氯化鈣，濾渣用少量水清洗后抽濾，濾水重復(fù)利用，氯化鈣濾渣后續(xù)干燥即得純度為100％的成品，可直接形成銷售；

3)100℃以上過濾后的母液讓其靜止冷卻至20-30℃，結(jié)晶析出形成大的硝酸鉀晶體，同時析出粉末狀的固體為氯化鈣，一同進行干燥，干燥后的成品過35目篩，篩上物即為成品硝酸鉀，篩下物進行重結(jié)晶。

4)重結(jié)晶后，析出結(jié)晶物剩余的母液用于配制氯化鉀溶液循環(huán)利用，實現(xiàn)低能耗、低成本運行。經(jīng)檢測整個反應(yīng)過程中原料轉(zhuǎn)化率在99.5wt％以上。

實施例5

硝酸鉀的制備方法如下：

1)用75g氯化鉀加水90g置于燒杯中(其中90g的水也包含循環(huán)利用的母液)，不斷攪拌再加入質(zhì)量百分比濃度為98％的濃硝酸95g(硝酸過量)后，然后緩慢加入氧化鈣、碳酸鈣的混合物，控制其反應(yīng)中的溫度達到97℃，用pH計檢測反應(yīng)的pH值達到7以后停止反應(yīng)；

2)將反應(yīng)后生成的物料100℃以上熱過濾，過濾后剩余的濾渣即為氯化鈣，濾渣用少量水清洗后抽濾，濾水重復(fù)利用，氯化鈣濾渣后續(xù)干燥即得純度為100％的成品，可直接形成銷售；

3)100℃以上過濾后的母液讓其靜止冷卻至20-30℃，結(jié)晶析出形成大的硝酸鉀晶體，同時析出粉末狀的固體為氯化鈣，一同進行干燥，干燥后的成品過45目篩，篩上物即為成品硝酸鉀，篩下物進行重結(jié)晶。

4)重結(jié)晶后，析出結(jié)晶物剩余的母液用于配制氯化鉀溶液循環(huán)利用，實現(xiàn)低能耗、低成本運行。經(jīng)檢測整個反應(yīng)過程中原料轉(zhuǎn)化率在99.6wt％以上。

實施例6

硝酸鉀的制備方法如下：

1)用75g氯化鉀加水90g置于燒杯中(其中90g的水也包含循環(huán)利用的母液)，不斷攪拌再加入質(zhì)量百分比濃度為98％的濃硝酸66g(硝酸過量)后，然后緩慢加入硝酸鈣、磷酸鈣的混合物，控制其反應(yīng)中的溫度達到100℃，用pH計檢測反應(yīng)的pH值達到7以后停止反應(yīng)；

2)將反應(yīng)后生成的物料100℃以上熱過濾，過濾后剩余的濾渣即為氯化鈣，濾渣用少量水清洗后抽濾，濾水重復(fù)利用，氯化鈣濾渣后續(xù)干燥即得純度為100％的成品，可直接形成銷售；

3)100℃以上過濾后的母液讓其靜止冷卻至20-30℃，結(jié)晶析出形成大的硝酸鉀晶體，同時析出粉末狀的固體為氯化鈣，一同進行干燥，干燥后的成品過45目篩，篩上物即為成品硝酸鉀，篩下物進行重結(jié)晶。

4)重結(jié)晶后，析出結(jié)晶物剩余的母液用于配制氯化鉀溶液循環(huán)利用，實現(xiàn)低能耗、低成本運行。經(jīng)檢測整個反應(yīng)過程中原料轉(zhuǎn)化率在99.8wt％以上。

盡管已用具體實施例來說明和描述了本發(fā)明，然而應(yīng)意識到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權(quán)利要求中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。