硝酸钾的制备

硝酸钾的制备有多种方法，有硝酸钠-氯化钾转化法，硝酸铵-氯化钾转化法，离子交换法，硝酸-氯化钾法，复分解内循环法，氯化钠中间盐法。

1.1硝酸钠-氯化钾转化法　将硝酸钠和氯化钾混合，配成适当浓度，在80～90℃进行反应，然后边蒸发边析出氯化钠，分离出氯化钠；将母液适当稀释(防止析出钠盐)，再冷却到5℃左右，析出产品硝酸钾，粗品经离心过滤洗涤后，即得到硝酸钾，产品经重结晶可得工业级硝酸钾。　该法的主要优点是流程简单、操作方便、投资少、见效快、产品质量好、原料利用率高等，氯化钾和硝酸钠的单耗分别为0.96 t和0.86 t，是工业上最早采用的方法。缺点是硝酸钠价格较高(2 300～2 500元/t)且资源紧张，副产氯化钠利用价值和经济价值都较低；另外由于杂质在母液中的积累，母液还需定期排放，对硝酸钾的产率也有影响。因而许多使用该法的生产厂家处于停产、半停产的状态。 　　1.2　硝酸铵-氯化钾转化法　该法最早由法国Auby公司开发成功，由硝酸铵和氯化钾反应生成硝酸钾和副产物氯化铵。反应后溶液是由氯化钾、硝酸铵、硝酸钾、氯化铵4种物质组成。从相图分析可知，等温图被分为4个相结晶区域。当温度降低时，混合溶液中硝酸钾含量大，结晶区增大；选择合理的工艺条件，降低温度可使溶液中硝酸钾大部分结晶出来，再选择适当的条件使氯化铵结晶出来，从而达到分离硝酸钾和氯化铵的目的。该法也存在杂质积累的问题，主要杂质为氯化钾中的氯化钠，但可随副产物氯化铵结晶出来。　该法蒸发能耗低，原料利用率高，氯化铵回收容易，基本无环境污染，工艺设备简单，操作简便，投资少、见效快。但产品外观、含量稍差，必须重结晶以提高产品质量。目前国内生产厂家大多采用此种技术。 　　1.3　离子交换法　用阳离子交换树脂为交换媒介，以硝酸铵和氯化钾为原料，通过上钾和洗钾过程完成硝酸钾和氯化钾的生产。该法优点是实现了盐的分离，交换液硝酸钾纯度高，经蒸发浓缩一次可得工业一级品，工艺设备较简单，投资少，可连续操作，原料单耗低(水平为：折100%计，氯化钾0.8 t，硝酸铵0.81 t)。主要缺点是交换液硝酸钾浓度低，蒸发成本高；回收的氯化铵浓度也低，蒸发能耗高，而且设备要求较高，需用钛材、钛钼镍合金或其它合成材料，成本高，而成品氯化铵的售价低；如果排放将造成污染，浪费资源。　美国AST公司开发成功氯化钾-硝酸离子交换法生产硝酸钾技术，并于1990年在哥伦比亚建成一套5 000 t/a的硝酸钾生产装置。该法使用12%的氯化钾溶液和51%～60%的硝酸溶液通入连续离子交换系统(ISEP)，在操作温度40℃时，硝酸钾溶液的浓度可达35%，副产盐酸的浓度可达12%，得到的产品可达工业级。使用树脂的型号为Dower Monosphere 650C。 　　1.4　硝酸-氯化钾法　该法采用的溶剂是氯化钾和硝酸，在低温5～10℃和溶剂C5醇存在下硝酸和氯化钾反应，生成硝酸钾和盐酸，使用C5醇作萃取剂分离盐酸和未反应的硝酸，使反应进行得相当完全，并使生成的硝酸钾不断结晶析出。该流程大部分是对溶剂相的处理，利用水作反萃取剂，经洗脱有机溶剂，蒸发浓缩回收盐酸，所得盐酸相当纯，并把溶剂/硝酸混合物返回系统循环使用。以色列海法化学公司于1969年7月采用此项技术建成10万t/a的生产装置，现已达到60万t/a的规模。此项工艺国内目前正处于研究开发阶段。　湖南湘潭市工矿药厂于1995年研制开发成功氯化钾和硝酸反应制取硝酸钾的新工艺——硝酸间接法，该法将缓蚀剂A和氯化钾按比例加入反应釜，然后逐渐加入稀硝酸(约40%)，其反应热使温度上升至95℃，反应完成后过滤，滤去未反应的氯化钾和缓蚀剂中不溶性的杂质，滤渣经漂洗弃去不溶性的杂质，滤液冷却得粗产品硝酸钾和粗母液，粗品经重结晶提纯可得精品硝酸钾(氯化物含量低于0.025%)。粗母液含有副产品B和硝酸钾(约20%)，冷冻后可析出硝酸钾(12%)，滤液经冷冻浓缩得副产品B。该法成本约2 400元/t。于1997年实现工业化，生产规模4 000 t/a。 　　1.5　复分解内循环法　该法以氯化钾和硝酸铵为原料，是氯化钾-硝酸铵转化法的改进。主要步骤有：①工业盐(氯化钠)与碳酸氢铵作用生成氯化铵和碳酸氢钠；②碳酸氢钠与硝酸铵反应生成硝酸钠，同时放出氨和二氧化碳；③氨和二氧化碳气体用硝酸钙溶液吸收，得到硝酸铵和碳酸钙；④硝酸钠与氯化钾作用生成硝酸钾和氯化钠。在整个生产过程中，将所得的氯化钠和硝酸铵分别作为制取碳酸氢钠和硝酸钠原料而被循环使用，所需原料仅需碳酸氢铵、硝酸钙、氯化钾，得到的产品除硝酸钾外，还有氯化铵和轻质碳酸钙。由于原料氯化钠和硝酸铵在整个过程中内部循环使用，因而称之为内循环法。对于富有氨气和二氧化碳的氮肥厂，可将工业盐加入氨水中，通入二氧化碳完成第1步反应，因而成本可望进一步降低。 　　1.6　氯化钠中间盐法　以氯化钠和硝酸铵为原料进行反应，在低温(约-10℃)时析出大量氯化铵，再将母液和氯化钾反应，在低温时又析出硝酸钾。在整个过程中，氯化钠始终保留在母液中作为中间盐使用，因而称之为中间盐法。　该法的主要优点是：反应过程全部在低温下进行，设备腐蚀较轻，投料产出比大，母液中硝酸钾及氯化铵浓度较低，得到的产品纯度高，品质好，经济效益较好。 2　国内外生产及市场现状　硝酸钾最初是以硝酸钠和氯化钾反应制取，由于该法的生产成本高，使硝酸钾仅能在工业方面得到应用。在以色列海法公司研制成功氯化钾-硝酸直接法工艺后，硝酸钾的生产成本大大降低，在农业上才得以作为肥料使用。目前国际市场对硝酸钾的需求量约90万t/a，主要生产国为以色列、智利、美国和丹麦。目前世界上已有60多个国家在农业上推广使用硝酸钾，因而硝酸钾在农业上市场前景广阔。1993年世界消耗硝酸钾30万t，1995年消耗硝酸钾50万t。

硝酸钾的制备方法很多，有从硝土中提取硝酸钾，主要原理是利用草木灰中的钾离子取代硝土中的钠离子，从而生成硝酸钾。另外，草木灰里的碳酸根离子和硫酸根离子跟硝土里的钙、镁离子结合，生成难溶性的盐而沉淀，从而去掉钙、镁等杂质。