浅谈氯化钾转化生产工艺分析

2022-10-02

引言

在钾类化合物中KCl是最为主要的化合物, 并且它也是应用最为广泛的钾类化合物生产原料。在我国了钾盐需求量很大, 在这种背景下KCl的转化工艺也受到了重视。以下对KCl转化生产工艺进行细致化的分析并对相关方法进行综合性评。

一、KCl物化性质分析

KCl密度为1.984*10^3kg/m3, 其熔点为770摄氏度, 在高温条件下会升华 (超过1500摄氏度) 。水溶性极好, 随着温度升高KCl的溶解度也会不断提升。另外KCl易溶于有机溶剂当中如醚类、甘油以及碱性物质, 在C2H5OH中微溶。在水中加入其他氯盐可以降低KCl的溶解度如Mg Cl、Na Cl等。KCl与Na Cl性质相近, 在850度加热条件下可以与金属钠发生置换反应[1]。

二、KCl转化生产工艺探究

1. KCl转化KNO3工艺

在传统工艺中一般是以硝钠法进行转换, 方程式具体如下:KCl+Na NO3↔KNO3+Na Cl。该方法产率较高, 工艺操作也较为简单, 但是考虑到原料成本问题, 目前已经很少使用。鉴于上述方法将硝酸钠替换为硝酸铵可以大大地降低反应成本, 反应方程式如下:KCl+NH4NO↔3KNO3+NH4Cl。相关研究表明在低温条件下KNO3的溶解度将大幅度下降并且以晶体形式析出。在生产过程中为了提升KNO3的产率先将硝酸铵以及KCl进行混合并采用低温冷却, 就可以让KNO3大量析出。

上述方法主要是采用循环投料的方式来添加硝酸铵, 同时加入一定量的Na Cl以及Na NO3来作为助剂, 加入上述钠盐可以降低KNO3的溶解度从而加速KNO3的析出。相关研究证实该方法的最终产率为91%至92%。

另外溶剂萃取法也是KNO3制备当中较为常见的工艺。该工艺是基于低温条件下通过萃取反应来得到KNO3, 具体反应如下:KCl (固) +HNO3 (液) ↔KNO3 (固) +HCl (液) 。在该反应中副产物为盐酸。在低温条件下利于KNO3析出并且通过盐酸转移来促使反应向正方向进行, 而回收的溶剂可以进行再次利用, 这就让制备成本得到了十分有效的控制。在进行萃取的过程中先将KCl与硝酸反应, 然后进行固液分离, 并对样品进行洗涤、烘干后进得到KNO3结晶。在而母液在经过萃取后可以循环使用。

上述方法具有较高的产率并且成本投入较低, 原料可以循环使用, 但是该方法所得到的产物纯度不高, 如果要投入到工业当中使用还需要对其进行接近处理并提纯, 工艺还需要进一步优化[2]。

2. KCl转化为K2SO4工艺

曼海姆炉法是最为经典的K2SO4制造工艺, 主要步骤如下:KCl+H2SO4↔KHSO4+HCl;KCl+KHSO4↔K2SO4+HCl。上述反应中第一步为放热反应, 第二步为吸热反应, 其中HCl是以气体形式存在。为了让反应能够充分进行需要将反应温度提升至500摄氏度以上。从工艺上来看该方法具有十分稳定的产率, 并且产品质量较高, 但是需要的工业成本投资较大这主要是由于反应炉的建造需要大量成本, 同时需要对挥发出来的HCl进行处理, 则会进一步提升成本。固该工艺适合于大批量生产, 不适于小量生产。

离子交换法属于较为新型的KCl转化K2SO4工艺, 其理论基础为离子交换理论, 其反应具体如下:2XK+Na2SO4↔2XNa+K2SO4;XNa+KCl↔XK+Na Cl (X代表交换树脂中固定结构) 。该方法的实施事实上是基于近年来离子交换树脂以及离子交换膜的发展。该方法得到的K2SO4具有很高的纯度, 但是得到溶液浓度偏低, 因此给溶液浓缩、结晶带来了一定程度的影响。另外副产品的含量较低, 回收也较为困难, 经济性并不理想。

3. KCl转化K2CO3工艺

有机胺法是最为常见的KCl转化K2CO3工艺。反应具体如下:KCl+NR3+CO2+H2O↔KHCO3+NR3·HCl。在第一步反应当中得出的KHCO3通过煅烧从而得到K2CO3。该方法的产率大概最高可达95%, 最低不会低于70%, 产率浮动较大, 另外需要对煅烧中得到的Ca Cl进行处理, 防止其对环境造成破坏。

电解法制备K2CO3主要是将KCl进行电解从而得到KCl与Na OH的混合液, 之后将溶液进行浓缩然后在析出KCl, 对Na OH溶液进行稀释并对其进行碳化处理。该方法得到的K2CO3具有较高的浓度, 约为98%, 若要进一步提升纯度可以进行再次结晶[3]。

结语

上文对氯化钾转化生产工艺进行了综合性的分析发现各工艺之间优缺点并存。目前我国钾盐制备水平与国际先进水准依然存在着一定的差距, 因此需要对相关工艺进行优化特别是在吸收工艺上还要加大研发力度从而提升钾盐生产水平。

摘要：KCl具有十分广泛的应用, 它经常被作为添加剂加入到低钠盐中以及矿泉水中。在医学范畴内KCl被用作电解质平衡调节, 是一种十分常见的临床药物。另外在染料工业、肥料生产中KCl都有着广泛的应用。以KCl作为原料可以制备多种钾盐如K2CO3、KNO3以及K2SO4等。本文对KCl转化生产工艺进行了分析, 对相关工艺进行了评价, 供以参考。

关键词：KCl,转化生产,生产工艺