專利名稱:電解混合法制取氯酸鉀的制作方法
本發(fā)明之技術(shù)領(lǐng)域：
屬化工無(wú)機(jī)鹽專業(yè)，為一種制取氯酸鉀的方法。
本發(fā)明是關(guān)于將氯化鈉、氯化鉀兩原鹽水分別精制后，在階梯式電槽中平行進(jìn)行連續(xù)電解，并使該兩電解流出液按定量控制連續(xù)相混，以發(fā)生液相復(fù)分解反應(yīng)生成氯酸鉀的方法。該方法適用于工業(yè)上制備氯酸鉀產(chǎn)品。
目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的氯酸鉀電化學(xué)制法，是電解精制的氯化鈉飽和鹽水獲取氯酸鈉溶液，再以此溶液與固體氯化鉀發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)制得氯酸鉀產(chǎn)品(簡(jiǎn)稱二步法)。該方法流程長(zhǎng)、有污染、消耗與成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大。經(jīng)檢索查到了一份1975年5月27日意大利在美國(guó)申請(qǐng)的U.S.P 4046653專利文獻(xiàn)《新電解法和設(shè)備》(作者oronzio dl Nora Vitlorio dl Nora Placedo.M.SP aziante)。該專利文獻(xiàn)描述了一種氯化鉀直接電解制取氯酸鉀的過(guò)程(簡(jiǎn)稱一步法)。它是關(guān)于將氯化鉀鹽水送入鉑或鉑合金等貴重材料涂層的金屬陽(yáng)極電槽中，在攝氏90～110度沸騰狀況下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，獲取的電解液kClo3濃度可達(dá)210g/l。但由于其槽溫高、腐蝕重，所需電極材料貴重難得，至今尚難在工業(yè)化生產(chǎn)中普及采用。印度《應(yīng)用化學(xué)生物工藝雜志》1974年24、43-47上登載的《由氯化鉀生產(chǎn)氯酸鉀的二氧化鉛陽(yáng)極》一文中敘述的方法，在電解槽溫偏低(攝氏55～60度)情況下，較好的解決了陽(yáng)極材料問(wèn)題，但更存在一步法工藝通有的電解深度淺(電解液kclo3含量?jī)H80～160g/l)、過(guò)程液量大、和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定(后處理時(shí)kcl易隨kclo3共同析出)等弊病。
本發(fā)明在于克服了上述工藝中存在的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一種流程短、質(zhì)量高、消耗少、成本低、建設(shè)投資省、綜合效益明顯的氯酸鉀制備方法。
本發(fā)明的基本原理是應(yīng)用電化學(xué)方法獲得氯酸鈉溶液(含氯化鈉，簡(jiǎn)稱鈉電解液)，和氯酸鉀溶液(含氯化鉀，簡(jiǎn)稱鉀電解液)，并使該鈉、鉀兩電解流出液按定量控制連續(xù)相混，鈉電解液中的氯酸鈉與鉀電解液中的氯化鉀，立即在水溶液中發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，從而轉(zhuǎn)化為氯酸鉀的過(guò)程。其電化學(xué)反應(yīng)方程式為
(溶液中剩余未電解的kcl)
(溶液中剩余未電解的Nacl)將①、②兩電解流出液，在攝氏80～90度條件下，按理論配比定量混合，發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)
鉀電解流出液中剩余的kcl較為徹底的轉(zhuǎn)變?yōu)閗clo3。
③式復(fù)分解液經(jīng)降溫結(jié)晶、分離，使復(fù)分解液中過(guò)飽和的氯酸鉀呈結(jié)晶狀態(tài)析出而獲得其產(chǎn)品。
采用本發(fā)明時(shí)，其實(shí)施辦法如下如附圖一所示在300g/l以上的飽和Nacl鹽水，和260g/l以上的飽和kcl鹽水中，分別加入Bacl2、NaOH、Na2CO3等輔助原料進(jìn)行精制。經(jīng)沉降過(guò)濾后制成的精鹽水，含SO＝4在0.1g/l以下，Mg++、Ca++含量在8PPM以下。將此精鹽水加入Na2Cr2O7調(diào)液，維持鹽水中Na2Cr2O7含量在1.5～4g/l，分別送入鈉、鉀各自系統(tǒng)的初始電槽中。用0.7～4.5N的酸性鹽水，向各階梯式電槽中補(bǔ)液，維持各槽電解液PH在6～6.9之間。在陽(yáng)極電流密度8～12A/dm2、電流濃度3～4.5A/l、槽溫?cái)z氏80～90度條件下進(jìn)行連續(xù)電解。經(jīng)電解后，鈉系統(tǒng)末槽流出的電解液NaclO3濃度控制在420g/l時(shí)，含未電解的Nacl80～120g/l;鉀系統(tǒng)末槽流出的電解液kclo3濃度為110～130g/l時(shí)，含未電解的kcl為200～270g/l。將該兩電解液在攝氏80～90度條件下，按kcl略低于理論量控制，使其連續(xù)相混，讓鈉電解液中充足的Naclo3，與鉀電解液中剩余的kcl發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)。生成kclO3濃度為270～300g/l(含NaCl在150～200g/l)的復(fù)分解液，經(jīng)結(jié)晶(攝氏0～10度)、分離即得粗氯酸鉀。一次母液送往真空蒸發(fā)缸蒸發(fā)采鹽，母液繼續(xù)濃縮至比重達(dá)1.4以上為蒸發(fā)完成液，經(jīng)結(jié)晶(攝氏0～10度)、分離得到的粗氯酸鉀，與原得的粗氯酸鉀一道送往后工序進(jìn)行精制提純處理。二次母液送往采鹽器化鹽，調(diào)節(jié)鹽水至飽和濃度、kclo3含量＜40g/l以下，與新補(bǔ)充的精鹽水一道經(jīng)鈉調(diào)液槽、返鈉電解槽循環(huán)使用。
本發(fā)明由于kcl鹽水和Nacl鹽水一樣采用了前處理工藝，又電解液中有鹽酸存在、電解過(guò)程中有氯氣產(chǎn)生，和在槽溫?cái)z氏80～90度的電解條件下，有利于除掉兩鹽水中的溴化物和溴酸鹽雜質(zhì)。其化學(xué)反應(yīng)可在電解過(guò)程中連續(xù)進(jìn)行，以鉀電解系統(tǒng)為例，其反應(yīng)過(guò)程為
生成的溴氣由氫氣流帶出，經(jīng)矸吸收排空。電解流出液中溴含量＜0.8g/l，比目前國(guó)內(nèi)二步法工藝采用了除溴措施的電解液溴含量還低一倍多，對(duì)降低氯酸鉀產(chǎn)品中的溴雜質(zhì)含量有利。
本發(fā)明由于將氯化鉀中SO＝4雜質(zhì)處理在電解前，從而保證了電解液和循環(huán)母液的潔凈，無(wú)固體氯化鉀復(fù)分解時(shí)帶入的大量雜質(zhì)。勿需再用氯化鋇處理循環(huán)母液中的SO＝4雜質(zhì)，從而避免了母液中的有用成份-CrO＝4隨BaSO4的共析損失(即Na2Cr2O7可少流失95%以上)。
又不產(chǎn)生鉻渣污染，使鉻渣污染源消除在生產(chǎn)過(guò)程中。
本發(fā)明由于復(fù)分解液比二步法的復(fù)分解潔凈、含鹽量低，比一步法工藝的電解液氯酸鉀濃度高(270～300g/l)，可以不必在蒸發(fā)工序?qū)⒛敢核萃耆舻?，能夠?qū)⒄舭l(fā)后的二次母液(含Nacl150～200g/l)，直接經(jīng)化鹽后供鈉組電解系統(tǒng)循環(huán)使用。比兩步法和一步法工藝要減少過(guò)程液量一倍，蒸發(fā)負(fù)荷小，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明由于復(fù)分解液潔凈、含鹽量低，而且其溶液組成是kclo3-Nacl體系，避免了一步法kclo3-kcl體系中k+同離子效應(yīng)的共析結(jié)晶情況發(fā)生(一旦kcl包含在kclo3晶片內(nèi)，就很難通過(guò)分離機(jī)洗掉，使產(chǎn)品cl-雜質(zhì)指標(biāo)不好控制)。本工藝產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作容易控制，一次結(jié)晶的粗氯酸鉀純度即可達(dá)到99%以上。
本發(fā)明所采用的主要設(shè)備，為網(wǎng)狀金屬陽(yáng)極與條形陰極電解槽，它可以使電解過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣與氯氣分別于兩極之間和外部逸出，槽壓低、耗能少。
電槽的設(shè)計(jì)參數(shù)為電流強(qiáng)度6000～9000A極間距離6m/m陽(yáng)極材質(zhì)釕鈦錫網(wǎng)狀金屬陽(yáng)極陰極材質(zhì)鐵陽(yáng)極面積7.5m2陰極電流密度8～12A/dm2電流濃度3～4.5A/l槽壓2.6～3V電流效率90～96%電壓效率61.5～53%
電能效率48～59%直流電耗3554～4375度/噸-kclO3交流電耗3702～4557度/噸-kclO3如上所述，本發(fā)明是關(guān)于二步法和一步法技術(shù)的綜合應(yīng)用，在工藝過(guò)程和技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面，均明顯的優(yōu)于目前國(guó)內(nèi)外采用的二步、一步電解法生產(chǎn)氯酸鉀的工藝方法，主要有如下幾個(gè)方面1、簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，比目前國(guó)內(nèi)二步法工藝吹掉了壓濾、復(fù)分解、母液(含鉻渣)處理、回收鹽水處理、物料輸送等多個(gè)生產(chǎn)工序。
2、工藝合理，鹽水精制-電解-復(fù)分解幾個(gè)主要工序形成了一個(gè)密閉循環(huán)系統(tǒng);其復(fù)分解液的kclo3含量高(270～300g/l)，過(guò)程液量少，蒸發(fā)負(fù)荷小。
3、復(fù)分解液潔凈、含鹽量低、并避開(kāi)了鉀的同離子效應(yīng)產(chǎn)生，氯酸鉀產(chǎn)品質(zhì)量高。
4、砍掉了生產(chǎn)條件差的工序和崗位，除溴在電解過(guò)程中進(jìn)行，鉻污染源消除在生產(chǎn)過(guò)程中，勞動(dòng)強(qiáng)度小，社會(huì)效益好。
5、采用了先進(jìn)的網(wǎng)狀金屬陽(yáng)極與條形陰極電解槽，可使電解在較高溫度下進(jìn)行，能保證較高的電流效率，槽壓低，耗電少。
6、主輔原料消耗低，節(jié)能效果顯著(比二步法水耗下降1/3、電解用電節(jié)約1/6、動(dòng)力電耗與汽耗降低一倍)，產(chǎn)品成本降低10%以上，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
7、所需設(shè)備臺(tái)數(shù)少、噸位小，建設(shè)投資省，回收資金快。
由Ncl飽和精鹽水連續(xù)電解制取鈉電解液的工藝方法，和由kcl飽和精鹽水直接連續(xù)電解制取鉀電解液的工藝方法，已經(jīng)為國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)和科研實(shí)踐所證實(shí)，本實(shí)例不再敘述此部份內(nèi)容，而是從配制鉀、鈉兩個(gè)已知電解液出發(fā)進(jìn)行驗(yàn)證。
實(shí)例一配制鈉電解液NaclO3濃度421.3g/l，含Nacl104.5g/l，并調(diào)節(jié)PH至6.5為鈉溶液;再配制鉀電解液kclO3濃度為131.7g/l，含kcl249.5g/l，調(diào)節(jié)PH至6.5為鉀溶液。將鈉、鉀兩溶液在攝氏85度恒溫條件下，按體積1∶1.18的配比相混合，使其發(fā)生液相復(fù)分解反應(yīng)。在該復(fù)分解溶液尚未析出結(jié)晶之前，迅速取樣測(cè)定，測(cè)得kclO3含量為280.3g/l，Nacl含量152.4g/l。此液經(jīng)結(jié)晶、分離得粗氯酸鉀。在降溫至攝氏22度條件下，測(cè)分離后的母液組成，其Nacl含量178.7g/l，kclO3含量75.7g/l，可經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶、分離，做鈉電解系統(tǒng)循環(huán)母液使用。
實(shí)例二配制鈉電解液NaclO3濃度426.4g/l，含Nacl103.2g/l，并調(diào)節(jié)PH至6.5為鈉溶液;再配制鉀電解液kclO3濃度108.9g/l，含kcl251.8g/l，調(diào)節(jié)PH至6.5為鉀溶液。將鈉、鉀兩溶液在攝氏85度恒溫條件下，按體積1∶1.185的配比相混合，使其發(fā)生液相復(fù)分解反應(yīng)。在該復(fù)分解溶液尚未析出結(jié)晶之前，迅速取樣測(cè)定，測(cè)得kclO3含量為273.2g/l，Nacl含量160.5g/l。此液經(jīng)結(jié)晶、分離得粗氯酸鉀。在降溫至攝氏22度條件下，測(cè)定分離后的母液組成，其Nacl含量181.9g/l，kclO3含量81.9g/l，可經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶、分離，做鈉電解系統(tǒng)循環(huán)母液使用。
實(shí)例三配制鈉電解液NaclO3濃度418.6g/l，含Nacl106.3g/l，調(diào)節(jié)PH至6.5為溶液1;配kcl飽和鹽水濃度299.1g/l，為溶液2。將1、2兩溶液在攝氏60度恒溫條件下，按1、2兩溶液體積1∶0.98的配比相混合，使其發(fā)生液相復(fù)分解反應(yīng)。在該復(fù)分解液尚未析出結(jié)晶之前迅速取樣測(cè)定，得kclO3含量為241.7g/l，Nacl含量為187.8g/l此液經(jīng)結(jié)晶、分離得粗氯酸鉀，備后工序精制提純用。降溫至攝氏22度時(shí)，測(cè)分離后的母液組成，其Ncl含量210.81g/l，kclO3含量79.05g/l，可經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶、分離，做鈉電解系統(tǒng)循環(huán)母液使用。
如附圖一、二兩種“混合”方法均可采用。即鈉電解液與不經(jīng)電解的飽和kcl精鹽水直接相混(圖二)，其復(fù)分解液kclO3含量，高于一步法電解液中kclO3含量，完全可以具備工業(yè)化條件。但我們認(rèn)為，以Nacl飽和精鹽水與kcl飽和精鹽水，平行通過(guò)連續(xù)電解后，再相混復(fù)分解的辦法(圖一)為更好，在耗電相等情況下，其綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益比前者更高。
權(quán)利要求
1.一種制備氯酸鉀的方法。其特征在于將NaCl與KCl兩電解流出液按定量控制連續(xù)混合，以完成液相復(fù)分解反應(yīng)的過(guò)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于由其延伸出來(lái)的NaClo3電解液，直接與飽和Kcl精鹽水按定量控制連續(xù)混合，以發(fā)生液相復(fù)分解反應(yīng)的過(guò)程。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于NaCl與kcl兩精鹽水平行進(jìn)行連續(xù)電解，以分別制得鈉電解液和鉀電解液的過(guò)程。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于kcl原鹽水同Nacl原鹽水一道，分別于電解前平行進(jìn)行精制處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于母液能在鈉組電解系統(tǒng)中循環(huán)使用，過(guò)程液量少，蒸發(fā)負(fù)荷小。
專利摘要
本發(fā)明屬于化工無(wú)機(jī)鹽專業(yè)。是一種制取氯酸鉀的工藝方法。為電化學(xué)兩步法和一步法制取氯酸鉀技術(shù)的綜合應(yīng)用。即將氯化鈉與氯化鉀兩飽和精鹽水分別送入階梯式電槽中進(jìn)行連續(xù)電解，并使該鈉、鉀兩電解流出液，按KCl稍低于理論量配比進(jìn)行連續(xù)混合，從而發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)過(guò)程，以制得氯酸鉀。其目的在于開(kāi)發(fā)一種流程短、質(zhì)量高、成本低、投資省的氯酸鉀制備方法。
文檔編號(hào)C25B1/00GK86100607SQ86100607
公開(kāi)日1987年8月19日 申請(qǐng)日期1986年1月23日
發(fā)明者王福昌, 王文耀 申請(qǐng)人:王福昌導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan