膜法制備碳酸鉀的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種膜法制備碳酸鉀的方法，所述方法包括以下步驟：（A1）制備碳酸氫銨、硫酸鉀的混合溶液；（A2）所述混合溶液通過膜，混合溶液中的一價(jià)離子選擇性地透過所述膜，二價(jià)離子被所述膜截留；（A3）加熱、濃縮透過液，析出碳酸氫鉀晶體；（A4）焙燒所述碳酸氫鉀晶體，從而制得碳酸鉀。本發(fā)明具有產(chǎn)品純度高、反應(yīng)易控制等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
膜法制備碳酸鉀的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，具體涉及碳酸鉀的改進(jìn)制備方法，特別涉及膜法制備碳酸鉀的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，碳酸鉀的制備方法主要有以下二種:
離子交換法，該方法是70年代初由山東省開發(fā)成功，對我國碳酸鉀行業(yè)的發(fā)展具有重要作用。目前國內(nèi)絕大多數(shù)碳酸鉀生產(chǎn)廠采用該法。該法主要以碳酸氫銨、氯化鉀為原料，通過陽離子交換樹脂制得碳酸氫鉀和氯化銨溶液，流出液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、碳化結(jié)晶、離心分離、水洗后，在煅燒爐中煅燒即得成品。反應(yīng)式(式中R為樹脂分子骨架部分)如下:
RNa + KCl ——RK +NaCl吸附
RK + NH4HCO3——RNH4 + KHCO3洗脫
RNH4 + KCl ——RK +NH4Cl再生
2KHC03--K2CO3 + C02t+ H2OT濃縮
K2CO3 + CO2+ H2O--2KHC03碳化
2KHC03 ——K2CO3 + CO2T+ H2OT煅燒
該法主要缺點(diǎn):(I)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，優(yōu)級、電子級產(chǎn)品僅50%左右。其余一、二級產(chǎn)品售價(jià)低，銷售更不暢，制約了發(fā)展。(2)鉀離子來源為氯化鉀，成本較高。(3)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量副產(chǎn)氯化銨廢水，濃度在8%?10%之間，因濃度太低、腐蝕大，難以回收利用，造成環(huán)境污染，能耗也高，不符合清潔生產(chǎn)要求。
[0003]離子膜電解---碳化法，該方法是世界發(fā)達(dá)國家普遍采用的技術(shù)。該工藝采用了離子膜電解技術(shù)，以及一次性完成碳化、鍛燒、干燥的流化床設(shè)備，生產(chǎn)自動化程度高。其工藝流程為:將精制為超純鹽水的氯化鉀溶液打至電解槽電解，分別得到氫氣、氯氣，在陰極生成32%?35%的氫氧化鉀，流至堿液循環(huán)槽，大部分堿液用栗循環(huán)并加入無離子水后再進(jìn)入電解槽陰極室。成品堿液送至蒸發(fā)工段濃縮至48%，供碳酸鉀碳化或出廠銷售堿液。48%的氫氧化鉀送入流化床高溫碳化，再降溫、結(jié)晶即為成品。反應(yīng)式如下:
2KC1 + 2H20——2K0H + Cl2T+ H2T濃縮
2K0H + CO2--K2CO3 + H2O碳化
該方法的主要缺點(diǎn)是投資大，生產(chǎn)成本高，需要引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備以及能耗高等，這些均制約離子膜電解碳化法在我國碳酸鉀行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)方案中的不足，本發(fā)明提供了一種產(chǎn)品純度高、反應(yīng)易控制的膜法制備碳酸鉀的方法。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種膜法制備碳酸鉀的方法，所述膜法制備碳酸鉀的方法包括以下步驟: (A I)制備碳酸氫銨、硫酸鉀的混合溶液；
(A2)將步驟(Al)得到的混合溶液進(jìn)行膜濃縮，混合溶液中的一價(jià)離子選擇性地透過所述膜，二價(jià)離子被所述膜截留；
(A3)加熱、濃縮步驟(A2)得到的透過液，析出碳酸氫鉀晶體；
(A4)焙燒步驟(A3)得到的碳酸氫鉀晶體，從而制得碳酸鉀。
[0006]根據(jù)上述的膜法制備碳酸鉀的方法，步驟(A2)所使用的膜為納濾膜。
[0007]根據(jù)上述的膜法制備碳酸鉀的方法，優(yōu)選地，在步驟(Al)中，混合溶液的制備方式為:
將碳酸氫銨、硫酸鉀溶解在0-50 0C的水中。
[0008]根據(jù)上述的膜法制備碳酸鉀的方法，優(yōu)選地，在步驟(Al)中，所述混合溶液中硫酸鉀的濃度為8-15wt%，碳酸氫錢的濃度為10-30wt%。
[0009]根據(jù)上述的膜法制備碳酸鉀的方法，優(yōu)選地，在步驟(A2)中，混合溶液通過膜的溫度為 10-50°C，壓力為2-20MPa。
[0010]根據(jù)上述的膜法制備碳酸鉀的方法，優(yōu)選地，在步驟(A3)中，步驟(A2)所得到的透過液的濃縮方式為:
透過液通過反滲透膜濃縮，工作溫度為10-50°C，壓力為0.5-20MPa。
[0011]根據(jù)上述的膜法制備碳酸鉀的方法，優(yōu)選地，在步驟(A4)中，焙燒的溫度為100-200。。。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果為:
工藝簡單，反應(yīng)過程容易控制，產(chǎn)品純度高，原料價(jià)格便宜、低成本。
【附圖說明】
[0013]
參照附圖，本發(fā)明的公開內(nèi)容將變得更易理解。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是:這些附圖僅僅用于舉例說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而并非意在對本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。圖中:圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的膜法制備碳酸鉀的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]
圖1和以下說明描述了本發(fā)明的可選實(shí)施方式以教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實(shí)施和再現(xiàn)本發(fā)明。為了教導(dǎo)本發(fā)明技術(shù)方案，已簡化或省略了一些常規(guī)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解源自這些實(shí)施方式的變型或替換將在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本發(fā)明的多個(gè)變型。由此，本發(fā)明并不局限于下述可選實(shí)施方式，而僅由權(quán)利要求和它們的等同物限定。
[0015]實(shí)施例1:
圖1示意性地給出了本發(fā)明實(shí)施例1的膜法制備碳酸鉀的方法的流程圖，如圖1所示，所述膜法制備碳酸鉀的方法包括以下步驟:
(Al)將碳酸氫銨、硫酸鉀溶解在0-50 0C的水中，混合溶液中硫酸鉀的濃度為8-15wt%，碳酸氫錢的濃度為10-30wt% ； (A2)所述混合溶液通過納濾膜，混合溶液中的一價(jià)離子選擇性地透過所述膜，二價(jià)離子被所述膜截留:透過液中主要離子為K+、NH4+、HC03—，被截留濃縮液主要離子為K+、NH4+、SO/—，以及少量的HCO3-;混合溶液通過膜的溫度為10-50 °C，壓力為2-20MPa;
(A3 )加熱、濃縮透過液，析出碳酸氫鉀晶體，具體為:
將透過液加熱至30-900C，NH4HCO3受熱分解:
2NH4HCO3 ——(NH4) 2CO3+ H2O + CO2T2NH4HCO3 ——2NH3T+ H2O + CO2T(NH4) 2CO3 ——2NH3T+ H2O + CO2T
透過液通過反滲透膜，工作溫度為0-50°C，壓力為0.5-20MPa，從而將碳酸氫鉀溶液濃縮至 10_40wt%;
將碳酸氫鉀濃溶液蒸發(fā)結(jié)晶，析出KHCO3晶體；
(A4)焙燒所述碳酸氫鉀晶體，溫度為100-2000C，從而制得碳酸鉀。
[0016]本實(shí)施例的方法工藝簡單，反應(yīng)過程容易控制，原料價(jià)格便宜，大大降低了成本，最終產(chǎn)品純度高，經(jīng)檢測，終純度達(dá)98.35wt%，關(guān)于成本，和常規(guī)的離子交換法和碳化法相比，成本分別降低30%左右和50%左右。
[0017]實(shí)施例2:
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的制備方法的應(yīng)用例，在該應(yīng)用例中，制備方法具體為:
(Al)將碳酸氫銨、硫酸鉀溶解在40 0C的水中，混合溶液中硫酸鉀的濃度為10wt%，碳酸氫錢的濃度為2 5wt% ；
(A2)所述混合溶液通過納濾膜，混合溶液中的一價(jià)離子選擇性地透過所述膜，二價(jià)離子被所述膜截留:透過液中主要離子為K+、NH4+、HC03—，被截留濃縮液主要離子為K+、NH4+、SO42—，以及少量的HC03—;混合溶液通過膜的溫度為40°C，壓力為12MPa;
(A3 )加熱、濃縮透過液，析出碳酸氫鉀晶體，具體為:
將透過液加熱至900C，NH4HCO3受熱分解:
透過液通過反滲透膜，工作溫度為40 V，壓力為20MPa，從而將碳酸氫鉀溶液濃縮至20wt%；
將碳酸氫鉀濃溶液蒸發(fā)結(jié)晶，析出KHCO3晶體；
(A4)焙燒所述碳酸氫鉀晶體，溫度為200°C，從而制得碳酸鉀。
[0018]本實(shí)施例的方法最終產(chǎn)品純度經(jīng)檢測，達(dá)97.57wt%。
[0019]實(shí)施例3:
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的制備方法的應(yīng)用例，在該應(yīng)用例中，制備方法具體為:
(Al)將碳酸氫銨、硫酸鉀溶解在20°C的水中，混合溶液中硫酸鉀的濃度為8wt%，碳酸氫錢的濃度為15wt%;
(A2)所述混合溶液通過納濾膜，混合溶液中的一價(jià)離子選擇性地透過所述膜，二價(jià)離子被所述膜截留:透過液中主要離子為K+、NH4+、HC03—，被截留濃縮液主要離子為K+、NH4+、SO42—，以及少量的HC03—;混合溶液通過膜的溫度為20 °C，壓力為6MPa;
(A3 )加熱、濃縮透過液，析出碳酸氫鉀晶體，具體為:
將透過液加熱至300C，NH4HCO3受熱分解:
透過液通過反滲透膜，工作溫度為30°C，壓力為4MPa，從而將碳酸氫鉀溶液濃縮至10wt%；
將碳酸氫鉀濃溶液蒸發(fā)結(jié)晶，析出KHCO3晶體；
(A4)焙燒所述碳酸氫鉀晶體，溫度為200°C，從而制得碳酸鉀。
[0020]本實(shí)施例的方法最終產(chǎn)品純度經(jīng)檢測，達(dá)98.43wt%。
[0021]上述實(shí)施例僅是示例性給給出了制備過程中的反應(yīng)條件的具體數(shù)值，如濃度、溫度、壓力等，當(dāng)然還可以是上述范圍內(nèi)的其它數(shù)值，如溫度、壓力、濃度區(qū)間內(nèi)的其它數(shù)值，并能達(dá)到與上述實(shí)施例相類似的技術(shù)效果。作為本領(lǐng)域的技術(shù)人員，上述范圍內(nèi)的其它數(shù)值的具體實(shí)施方案和實(shí)施效果是能夠預(yù)料到的，也是能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明目的的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種膜法制備碳酸鉀的方法，所述膜法制備碳酸鉀的方法包括以下步驟: (Al)制備碳酸氫銨、硫酸鉀的混合溶液； (A2)將步驟(Al)得到的混合溶液進(jìn)行膜濃縮，混合溶液中的一價(jià)離子選擇性地透過所述膜，二價(jià)離子被所述膜截留； (A3)加熱、濃縮步驟(A2)得到的透過液，析出碳酸氫鉀晶體； (A4)焙燒步驟(A3)得到的碳酸氫鉀晶體，從而制得碳酸鉀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜法制備碳酸鉀的方法，其特征在于:步驟(A2)中所使用的膜為納濾膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜法制備碳酸鉀的方法，其特征在于:在步驟(Al)中，混合溶液的制備方式為: 將碳酸氫銨、硫酸鉀溶解在0-50 0C的水中。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜法制備碳酸鉀的方法，其特征在于:所述混合溶液中硫酸鉀的濃度為8-15wt%，碳酸氫錢的濃度為10-30wt%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜法制備碳酸鉀的方法，其特征在于:步驟(A2)中混合溶液通過膜的溫度為10_50°C，壓力為2-20MPa。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜法制備碳酸鉀的方法，其特征在于:在步驟(A3)中，步驟(A2)所得到的透過液的濃縮方式為: 透過液通過反滲透膜濃縮，工作溫度為10-50°C，壓力為0.5-20MPa。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜法制備碳酸鉀的方法，其特征在于:在步驟(A4)中，焙燒的溫度為 100-200 °C。
【文檔編號】C01D7/22GK106006682SQ201610317710
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】李君占
【申請人】北京鑫佰利科技發(fā)展有限公司