一种硝酸钾的制备方法

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其涉及一种硝酸钾的制备方法。

背景技术

硝酸钾作为一种重要的无机化工产品， 不仅广泛应用于军事和焰火等领域， 并且它还是一种营养成分高达 60% 的优质化学肥料， 全部都是水溶性养分，钾离子和硝酸根离子可很快被农作物吸收，是化学性质的氮钾复合肥，完全由有效物组成，施用之后无残留。它是忌氯作物如烟草、咖啡、番茄、葡萄、柑桔、园艺、花卉、马铃薯、鳄梨、茶叶等的优质肥料，可明显提高经济作物的产量和品质。

硝酸钾规模化工业生产中，主要是在硝酸钾产品品质基础上，提高产率、节约能耗，是降低生产成本的关键途径。转化法制备硝酸钾生产中，其产量主要与蒸发水量及高温反应运行生产有关，需要蒸发水量及温度在合适值时，才能达到一定的产率，但蒸发水量大及高温运行生产，设备故障率高、耗能大，使得产率受限。而在本领域这种生产方法所存在生产成本高的问题，长期以来无法得到解决，也就是说，现有传统的复分解转化法制取硝酸钾生产工艺对于提高产率而言，其技术发展到了一个瓶颈期。硝酸钾生产面临钾资源缺乏、工艺路线不合理、现有企业生产规模较小等问题，造成生产成本偏高，硝酸钾的潜在市场虽然很大，由于受生产成本，大规模生产工艺技术不成熟等因素的制约发展缓慢，因此，开发硝酸钾生产新技术、新工艺是迫切需解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种硝酸钾的制备方法，以硝酸铵溶液和固体氯化钾转化制取硝酸钾，不需要高温运行反应。用浮选的方式将直接提取粗硝酸钾固溶体和氯化铵。充分利用硝酸铵溶液冲洗粗硝酸钾固溶体，只需用蒸发硝酸铵溶液所形成的饱和母液和少量洗涤用水，大大减少了蒸发量，提高了硝酸钾的产率，降低了耗能及设备故障率，使转化法大规模化生产得以实现。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种硝酸钾的制备方法，具体包括以下步骤。

步骤1、常温、常压下固液相反应：将固体氯化钾和硝酸铵溶液投入到带搅拌的反应罐中，与氯化铵硝酸钾的饱和母液在常温常压下混合，控制固相浓度20-40%，然后导入球磨机或胶体磨或乳化机等湿磨设备中磨细，再导入搅拌罐中搅拌反应3小时，反应产物为硝酸钾固溶体和氯化铵混合物。

所述氯化铵硝酸钾的饱和母液循环使用。

步骤2、所述硝酸钾固溶体和氯化铵混合物的浮选分离方法：将所述硝酸钾固溶体和氯化铵的混合物及氯化铵硝酸钾的饱和母液的混合料浆在搅拌罐中加入浮选药剂搅拌10分钟，然后导入浮选机中进行浮选，其中，上浮物（精矿）为粗硝酸钾固溶体，底流（尾矿）为氯化铵，分别将粗硝酸钾固溶体和氯化铵在真空过滤机或离心机中进行固液分离，氯化铵硝酸钾的饱和母液循环使用，只需蒸发硝酸铵溶液所形成的剩余饱和母液。

所述浮选药剂包括硝酸钾捕收剂、起泡剂和调节剂，其中捕收剂为十二烷基磺酸钠，起泡剂为十二烷基二苯醚二磺酸钠，调节剂为碳酸钠。

步骤3、将步骤2分离所得的粗硝酸钾固溶体加入硝酸铵溶液中进行搅拌，过滤后得低氯湿硝酸钾铵，所得的粗硝酸钾铵加入蒸发（硝酸铵溶液所形成的饱和母液）所得的二次冷凝水中进行搅拌洗涤，过滤后得湿硝酸钾，去烘干得成品硝酸钾，洗涤母液加入混合的硝酸铵溶液中做为原料去进行下次生产投料使用。

所述步骤1中固体氯化钾中Cl

所述步骤2中浮选药剂的加入量为混合料浆质量的万分之二。

所述步骤2中氯化铵含氮量在18-22%。

所述步骤3的具体操作是将步骤2分离所得的粗硝酸钾固溶体（精矿）和硝酸铵溶液（投料重量）加入搅拌罐中进行搅拌 1 min，然后将料桨在真空过滤机中进行固液分离，得低氯硝酸钾铵， 将分离所得的低氯硝酸钾铵和水加入搅拌罐中，搅拌 1 min， 然后将料桨在真空过滤机中进行固液分离，得湿硝酸钾，用湿硝酸钾烘干得农业用硝酸钾产品，洗涤母液加入混合的硝酸铵溶液中做为原料去进行下次生产投料使用。

所述步骤3中硝酸钾含氧化钾≥46%，含氮≥13.5%，氯离子≤0.2%，水分≤0.5%，达到农业用硝酸钾标准。

所述步骤3中分离所得的低氯硝酸钾铵和水按质量比4：1加入搅拌罐中。

所述浮选机为搅拌式浮选机。

与现有技术相比本发明的有益效果。

本发明提供的硝酸钾的制备方法，以硝酸铵溶液和固体氯化钾转化制取硝酸钾，解决了传统的硝酸铵转化法在生产硝酸钾过程中的高温运行，且蒸发大量氯化铵硝酸钾饱和母液的问题。本发明生产运行过程是在常温、常压下进行。母液循环使用，只需蒸发硝酸铵溶液所形成剩余的饱和母液，提高了硝酸钾的产率，使硝酸钾转化法大规模化生产得以实现。另外，该制备方法使用了常温、常压固液相反应，一步制得硝酸钾固溶体和氯化铵，用浮选方法分离硝酸钾固溶体和氯化铵固体，反应过程中没有加水、加温，母液循环使用，并在常温、常压下安全运行，制取的硝酸钾只需蒸发硝酸铵溶液所形成的饱和母液量，降低能耗、易操作、安全环保。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细说明本发明。

本实施例提供一种硝酸钾的制备方法，包括以下步骤。

步骤1、固液相常温、常压反应：在5000ml的有机玻璃反应罐中加入1000ml氯化铵硝酸钾饱和母液，开动搅拌机（XJT型变频调速，江西银锐矿冶设备有限公司），调整搅拌器转速4000转/min以上；秤取固体氯化钾585g(含氧化钾62%，俄罗斯产)、硝酸铵溶液1000g（含硝酸铵63%，中科合成油内蒙古有限公司副产），将硝酸铵溶液和氯化钾投入到有机玻璃搅拌罐中，在常温、常压下搅拌混合后导入胶体磨（JM-L50，广州恒东机械设备科技有限公司）中磨细10分钟，然后再导入搅拌罐中，再加入2000ml氯化铵硝酸钾饱和母液（控制固相浓度20-40%）开始搅拌反应3小时，反应产物为常温的硝酸钾固溶体和氯化铵的混合物，以及常温的氯化铵硝酸钾饱和母液。

反应化学方程式为：KCL+NH4NO3=KNO3+NH4CL。

所述氯化铵硝酸钾的饱和母液循环使用，因为饱和母液在反应过程中只起介质作用，其成分不发生变化，硝酸铵溶液所形成的剩余饱和母液去蒸发。

传统方法是将氯化钾和硝酸铵与氯化铵硝酸钾饱和母液通过高温反应生成硝酸钾固溶体和氯化铵固体混合物，还有高温循环的氯化铵硝酸钾的饱和母液。

步骤2、所述硝酸钾固溶体和氯化铵混合物的浮选分离方法：将含有所述硝酸钾固溶体和氯化铵混合物及氯化铵硝酸钾饱和母液（控制固液比为20-40%）在有机玻璃反应罐中，加入10 ml的浮选药剂搅拌10 min，然后分批导入浮选机（0.51，江西矿冶试验设备厂）中进行浮选，粗选条件：搅拌浮选，每批浮选时间 3-4min，用过真空泵（SHZ-D111，河南省予华仪器有限公司）过滤后得泡沫产品661g，其中含Cl—16.13%；底流(中矿)107g，其中含Cl—41.61%。然后将粗选泡沫产品661g与饱和母液2500ml在搅拌罐中调桨，分批导入浮选机中精选，精选一条件：条件同粗选，过滤后得精选一泡沫产品537g，其中含Cl—12.93%，底流（中矿）108g，其中含Cl—32.88%。将精选一的泡沫产品537g与饱和母液1800ml在搅拌罐中调桨，分批导入浮选机中进行第二次精选，条件同粗选，过滤后得泡沫产品448g，其中Cl—10.27%，底流（中矿）70g，其中Cl—27.98 %。将精选二的泡沫产品 448g与饱和母液1500ml在搅拌罐中调桨，分批导入浮选机中进行第三次精选，条件同粗选，过滤后得泡沫产品（精矿）373g，其中Cl—8.26%，底流（中矿60g，其中Cl—21.13%。将粗选底流、精选一底流、精选二底流、精选三底流混合345g与饱和母液1500ml在搅拌罐中调桨，加入 5 ml的浮选药剂搅拌10min，然后分批导入浮选机中进行扫选。扫选条件：条件同粗选，扫选时间3-4min，过滤后得扫选泡沫（中矿）214g，其中Cl—22.36%，扫选泡沫（中矿）用于下一批粗选，底流（尾矿）122g，其中Cl—51.04%，铵离子 25.66%，氧化钾7.43 %，水分 6.81%。

其精选三浮上物（精矿）为粗硝酸钾固溶体，底流（尾矿）为氯化铵，分别将粗硝酸钾铵固溶体和氯化铵在真空过滤机或离心机中固液分离，氯化铵硝酸钾饱和母液循环使用，硝酸铵溶液所形成的剩余母液去蒸发。

所述浮选药剂包括硝酸钾捕收剂、起泡剂和调节剂，其中捕收剂为十二烷基磺酸钠，起泡剂为十二烷基二苯醚二磺酸钠，调节剂为碳酸钠；所述浮选药剂的配制过程为：将100ml水加热至80℃，秤取5g十二烷基磺酸钠、 0.5g十二烷基二苯醚二磺酸钠、0.5g碳酸钠，加入上述热水中搅拌溶解，即得。

传统硝酸钾分离方法是用大量的蒸发二次冷凝水进行洗涤得粗硝酸钾固溶体。

步骤3、将步骤2分离所得的粗硝酸钾固溶体（精矿）373g用硝酸铵溶液（1000g，含63%）进行淋洗抽滤，得低氯硝酸钾铵183g，其中Cl— 0.27%，将分离所得的低氯硝酸钾铵183g和100ml水加入搅拌罐中搅拌 5 min， 然后将料桨在真空过滤机中进行固液分离，得湿硝酸钾105g，用105g湿硝酸钾烘干得农业用硝酸钾产品101g，其中Cl— 0.087%，K

所述步骤2中氯化铵含氮量在18-22%。

所述步骤3中硝酸钾含氧化钾≥46%，含氮≥13.5%，氯离子≤0.2%，水分≤0.5%，达到农业用硝酸钾标准。