一种溶剂萃取制备硝酸钾的方法技术

本发明专利技术提供的溶剂萃取制备硝酸钾的方法，工艺步骤如下：(1)配制温度为50～70℃的氯化钾饱和溶液，加入硝酸于50～70℃反应，冷却结晶、固液分离，将所得固相用水洗涤并干燥得硝酸钾产品；(2)向步骤(1)固液分离所得液相中加入萃取剂进行萃取，将萃余水相返回至步骤(1)的反应容器中；(3)将步骤(2)萃取所得有机相与水或第二母液混合并向其中通入氨气进行反萃，将反萃有机相返回至步骤(2)中；(4)将步骤(3)的反萃水相浓缩结晶并固液分离，得到氯化铵和第一母液；向第一母液中加入氯化钾，于60～80℃反应，冷却结晶、固液分离得固相和第二母液，将所得固相洗涤并干燥得硝酸钾产品，将第二母液相返回至步骤(3)中。

【技术实现步骤摘要】
一种溶剂萃取制备硝酸钾的方法
本专利技术属于农业用肥料生产领域，特别涉及一种溶剂萃取制备硝酸钾的方法。
技术介绍
硝酸钾是一种不含氯的高品位氮、钾二元复合肥料，其总营养成分高达60wt％，普遍适用性强，无挥发性，施用后可完全被植物和土壤吸收，不会带入化学残留，可有效提高植物的品质和产量，被称为“真正的绿色化肥”。硝酸钾的生产方法众多，目前工业上主要采用的方法有：硝酸钠—氯化钾转化法、硝酸铵—氯化钾复分解法、离子交换法、硝酸和氯化钾制备法。王桂云等报道了一种溶剂萃取法制备农用硝酸钾的方法，该方法将氯化钾、硝酸和循环母液加入反应器中于5℃左右发生反应，过滤，将所得滤饼洗涤、烘干后得到硝酸钾产品；用溶有HNO3的异戊醇萃取滤液，使滤液中的HCl和部分未反应的HNO3进入异戊醇中，萃余相返回循环利用；用稀HNO3萃洗溶有HCl和HNO3的异戊醇，萃洗后含HNO3的异戊醇循环利用，萃洗后的水相为HCl与HNO3的混酸；用磷酸三丁酯(TBP)萃取所述混酸中的HNO3，得到稀盐酸和含HNO3的TBP，用水反萃含HNO3的TBP，将所得稀HNO3用于萃洗溶有HCl和HNO3的异戊醇，所得TBP循环使用。(王桂云,等.溶剂萃取法制备农用硝酸钾[J],无机盐工业,1998,30(3):13～15.)。该方法存在以下不足：(1)能耗高：将反应温度控制在5℃左右，生产过程中需要大量的冷冻能耗，导致生产成本过高；(2)无法有效分离HCl和HNO3，萃取分离操作复杂繁琐：由于异戊醇和TBP与水之间都有一定的互溶度，因而会出现TBP中含有异戊醇、异戊醇中含有TBP的现象，造成萃取效果不理想，分离过程复杂，分离HCl和HNO3的过程成了整个硝酸钾生产工艺的主体部分，分离成本高；(3)萃取剂消耗量大：该方法采用异戊醇萃取HCl，HCl在异戊醇和水中的分配系数约为0.058～0.57，即在HCl浓度较高时异戊醇对HCl有较好的选择性，但通常硝酸钾结晶母液中HCl浓度并不高，因而异戊醇对盐酸的萃取率较低，且异戊醇在水中溶解度较大，部分异戊醇在萃取时溶于水相造成损失，因此，要达到一定的萃取效果，异戊醇的消耗量大，导致生产成本高；(4)副产物盐酸的浓度很低，为7.5％～8.5％，且含有杂质HNO3，虽然经进一步浓缩可得到浓度为20％左右的盐酸，但浓缩后的盐酸仍然无法作为产品销售，且浓缩操作需要消耗大量的能量，还存在能耗过高的问题，副产物盐酸中含有HNO3也造成了原料NO3-的浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种溶剂萃取制备硝酸钾的方法，以简化硝酸钾的生产工艺、降低能耗和节约生产成本。本专利技术所述溶剂萃取制备硝酸钾的方法，工艺步骤如下：(1)配制温度为50～70℃的氯化钾饱和溶液，向氯化钾饱和溶液中加入硝酸，在搅拌下于50～70℃反应30～60min得反应液，将反应液冷却结晶、固液分离得固相和液相，所得固相为硝酸钾粗品，将所述硝酸钾粗品用水洗涤并干燥即得硝酸钾产品，硝酸的加入量应使硝酸与氯化钾饱和溶液中氯化钾的摩尔比为1:(1.0～1.5)；(2)向步骤(1)固液分离所得液相中加入萃取剂在20～30℃进行萃取，将萃取所得萃余水相返回至步骤(1)中用于配制氯化钾饱和溶液，所述萃取剂与固液分离所得液相的体积比为(1～3):1，所述萃取剂由异戊醇、磷酸三丁酯和三辛胺组成，异戊醇、磷酸三丁酯、三辛胺的体积比为1:(5～10):(20～35)；(3)将步骤(2)萃取得到的有机相与水或者步骤(4)所得第二母液混合得到混合液，向该混合液中通入氨气在50～70℃进行反萃，当混合液的pH值为7～8时停止通入氨气，将所得反萃有机相返回至步骤(2)中进行萃取；(4)将步骤(3)所得反萃水相浓缩结晶并固液分离，得到副产物氯化铵和第一母液；向第一母液中加入氯化钾，在搅拌下于60～80℃反应30～60min得反应液，将反应液冷却结晶并固液分离得固相和第二母液，所得固相为硝酸钾粗品，将所述硝酸钾粗品用水洗涤并干燥即得硝酸钾产品，将所得第二母液相返回至步骤(3)中进行反萃；氯化钾的加入量应该使第一母液中NO3-与K+的摩尔比为1:(1～1.2)。上述方法的步骤(2)中，萃取停留时间为15～30min。上述方法的步骤(1)中，所述冷却结晶的终点温度为20～30℃。上述方法的步骤(1)中，所述硝酸的浓度为65～68wt％。上述方法的步骤(4)中，所述冷却结晶的终点温度为18～22℃。上述方法的步骤(4)中，所述浓缩结晶是将反萃水相在60～80℃浓缩至反萃水相中K+与NH4+的摩尔比为(0.15～0.18):1，Cl-与NO3-的摩尔比为(1.4～1.6):1。上述方法方法中，优先采用将步骤(4)中浓缩结晶时浓缩出的水用于步骤(1)和步骤(4)中洗涤硝酸钾粗品；优先采用将步骤(1)和步骤(4)中洗涤硝酸钾粗品的后水返回步骤(1)中用于配制氯化钾饱和溶液。上述方法的步骤(3)中，在流程启动初期，将步骤(2)萃取得到的有机相与水混合得到混合液，水的用量应使所述有机相与水相的体积比为(3～7):1；当步骤(4)中产生第二母液后，步骤(3)中采用将步骤(2)萃取得到的有机相与步骤(4)所得第二母液混合得到混合液的方案。上述方法中，所述氯化钾饱和溶液是指氯化钾饱和水溶液。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供了一种制备硝酸钾的新方法，为硝酸钾的生产提供了一种新的思路，该方法将硝酸和氯化钾制备法与硝酸铵和氯化钾复分解法有机结合，得到两种品质的硝酸钾产品，并将现有工艺得到的无法以产品出售的盐酸转化成了可达农用以上指标的氯化铵，由于本专利技术所述方法的目标副产物是氯化铵而不是盐酸，因而无需考虑如何通过萃取分离操作将盐酸和硝酸有效分离的问题，本专利技术所述方法采用一步萃取将盐酸和硝酸萃取出来，再经过一步反萃即可将萃取的盐酸和硝酸转化为氯化铵和硝酸铵，与现有技术相比，本专利技术所述方法从根本上解决了现有工艺中存在的盐酸和硝酸分离困难、分离操作复杂繁琐，盐酸浓度低以及盐酸中含有杂质硝酸的问题，大大简化了萃取和反萃操作，不但有利于提高生产效率，还能有效降低萃取和反萃工序的成本。2、由于本专利技术所述方法采用的萃取剂由异戊醇、磷酸三丁酯和三辛胺复配而成，由于三辛胺对酸的萃取能力高，同时异戊醇对HCl的萃取效果良好、磷酸三丁酯对HNO3的萃取效果良好，且三者的配比合理，所述萃取剂能同时高效地萃取出盐酸和硝酸，因而本专利技术所述方法具有萃取剂用量少、萃取时间短、反萃简单，以及萃取和反萃操作易于控制的优势。本专利技术所述方法在萃取时，萃取剂能将原料硝酸带入体系的水全部带走，在反萃时，又能将萃入萃取剂中的水全部从有机相转移至水相，因此在步骤(2)的萃余水相的循环和步骤(3)的反萃有机相循环时皆无需浓缩操作，具有能耗低的优势。3、由于本专利技术所述方法的步骤(1)中，硝酸与氯化钾在50～70℃反应制取硝酸钾，维持该反应温度所需的加热能耗少，且整个反应阶段均无需冷冻操作，因此本专利技术所述方法的能耗低，在50～70℃进行硝酸与氯化钾的反应还具有以下优势：较高的反应温度有利于增大氯化钾的溶解度，提高硝酸钾的产量，还能增大传质速率和反应速率，缩短工艺时间。4、本专利技术所述方法对原料硝酸和氯化钾的利用率很高，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溶剂萃取制备硝酸钾的方法，其特征在于工艺步骤如下：(1)配制温度为50～70℃的氯化钾饱和溶液，向氯化钾饱和溶液中加入硝酸，在搅拌下于50～70℃反应30～60min得反应液，将反应液冷却结晶、固液分离得固相和液相，所得固相为硝酸钾粗品，将所述硝酸钾粗品用水洗涤并干燥即得硝酸钾产品，硝酸的加入量应使硝酸与氯化钾饱和溶液中氯化钾的摩尔比为1:(1.0～1.5)；(2)向步骤(1)固液分离所得液相中加入萃取剂在20～30℃进行萃取，将萃取所得萃余水相返回至步骤(1)中用于配制氯化钾饱和溶液，所述萃取剂与固液分离所得液相的体积比为(1～3):1，所述萃取剂由异戊醇、磷酸三丁酯和三辛胺组成，异戊醇、磷酸三丁酯、三辛胺的体积比为1:(5～10):(20～35)；(3)将步骤(2)萃取得到的有机相与水或者步骤(4)所得第二母液混合得到混合液，向该混合液中通入氨气在50～70℃进行反萃，当混合液的pH值为7～8时停止通入氨气，将所得反萃有机相返回至步骤(2)中进行萃取；(4)将步骤(3)所得反萃水相浓缩结晶并固液分离，得到副产物氯化铵和第一母液；向第一母液中加入氯化钾，在搅拌下于60～80℃反应30～60min得反应液，将反应液冷却结晶并固液分离得固相和第二母液，所得固相为硝酸钾粗品，将所述硝酸钾粗品用水洗涤并干燥即得硝酸钾产品，将所得第二母液相返回至步骤(3)中进行反萃；氯化钾的加入量应该使第一母液中NO3‑与K+的摩尔比为1:(1～1.2)。...

【技术特征摘要】
1.一种溶剂萃取制备硝酸钾的方法，其特征在于工艺步骤如下：(1)配制温度为50～70℃的氯化钾饱和溶液，向氯化钾饱和溶液中加入硝酸，在搅拌下于50～70℃反应30～60min得反应液，将反应液冷却结晶、固液分离得固相和液相，所得固相为硝酸钾粗品，将所述硝酸钾粗品用水洗涤并干燥即得硝酸钾产品，硝酸的加入量应使硝酸与氯化钾饱和溶液中氯化钾的摩尔比为1:(1.0～1.5)；(2)向步骤(1)固液分离所得液相中加入萃取剂在20～30℃进行萃取，将萃取所得萃余水相返回至步骤(1)中用于配制氯化钾饱和溶液，所述萃取剂与固液分离所得液相的体积比为(1～3):1，所述萃取剂由异戊醇、磷酸三丁酯和三辛胺组成，异戊醇、磷酸三丁酯、三辛胺的体积比为1:(5～10):(20～35)；(3)将步骤(2)萃取得到的有机相与水或者步骤(4)所得第二母液混合得到混合液，向该混合液中通入氨气在50～70℃进行反萃，当混合液的pH值为7～8时停止通入氨气，将所得反萃有机相返回至步骤(2)中进行萃取；(4)将步骤(3)所得反萃水相浓缩结晶并固液分离，得到副产物氯化铵和第一母液；向第一母液中加入氯化钾，在搅拌下于60～80℃反应30～60min得反应液，将反应液冷却结晶并固液分离得固相和第二母液，所得固相为硝酸钾粗品，将所述硝酸钾粗品用水洗涤并干燥即得硝酸钾产品，将所得第二母液相返回至步骤(3)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，马誉景，金央，陈明，罗建洪，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51