專利名稱：一種制取硫酸鉀的方法
技術領域：
本發明屬于化工技術領域，涉及一種制取硫酸鉀的方法。
硫酸鉀作為無氯鉀肥，廣泛應用于煙草、水果等經濟作物的生產。鉀是農作物的N、P、K三大營養元素之一，硫也是中量營養元素，因而硫酸鉀作為K、S雙元肥料大量用于生產專用復合肥料，供給經濟作物施用。
目前，制取硫酸鉀的方法主要有以氯化鉀與硫酸為原料的Mannheim法，CN1059132A的締置法，CN1089575A的有機胺溶劑萃取法等；以硫酸鎂、硫酸銨或硫酸鈉和氯化鉀為原料的復分解法；明礬石還原熱解法。
本發明是用水分解固體硫酸氫鉀得到固體硫酸鉀的方法。固體硫酸氫鉀是以硫酸和氯化鉀為原料制得的。其方法可用50～98％的硫酸處理氯化鉀，在70～160℃，以1～20∶1的摩爾比進行反應，生成硫酸氫鉀和氯化氫，氯化氫用水吸收制得鹽酸或用氨中和制得氯化銨。反應后的硫酸氫鉀的硫酸水溶液經冷卻結晶，分離出固體硫酸氫鉀。有關硫酸氫鉀的制取方法在DE4111718A，CN1059132A和CN1097178A中均有敘述。
本發明的目的是在以氯化鉀和硫酸為原料制得固體硫酸氫鉀的基礎上，用盡量少的加工介質(工藝用水)和設備的投入生產硫酸鉀，降低生產成本，增強競爭力。
本發明的目的是這樣實現的，在0～50℃的溫度下，用適量的水分解硫酸氫鉀得到固體硫酸鉀的產品和硫酸水溶液。硫酸水溶液經蒸發濃縮作為生產固體硫酸氫鉀的原料。從硫酸水溶液中蒸發出的水經冷凝后，可用于分解固體硫酸氫鉀，從而形成循環。
本發明的方法是以水為加工介質分解固體硫酸氫鉀而得到固體硫酸鉀產品的。從單元操作的角度講，該加工過程是一個液固萃取或浸取(出)的過程，即用水把固體硫酸氫鉀中的硫酸從固相轉移到液相(水相)中，余下的固體即為硫酸鉀。
本發明的方法與有機胺作為加工介質的方法相比較，有加工過程簡單，沒有有機胺污染硫酸鉀產品和有機胺消耗，因而產品質量高，生產成本低，無污染。
本發明的方法，在0～50℃，用水分解/萃取(浸取)固體硫酸氫鉀的過程是分步(級)進行的。把硫酸氫鉀看作為硫酸和硫酸鉀所形成的復鹽，用水分解該復鹽時，可以分為兩步法和三步法生產硫酸鉀，也可以用多步(多于三步)法和連續逆流法生產硫酸鉀。在兩步法中中間分離出的固體是硫酸鉀和硫酸氫鉀的混合鹽，其硫酸鉀含量為70～84％。在三步法中，中間分離出兩個固體物，第一步分離出的固體物是含硫酸鉀65～80％的硫酸鉀和硫酸氫鉀的混合鹽，第二步分離出的固體是含硫酸鉀75～85％的硫酸鉀和硫酸氫鉀的混合鹽。分離出混合鹽和硫酸鉀所對應的母液可返回處理混合鹽或硫酸氫鉀。分解硫酸氫鉀所形成的硫酸水溶液可直接或經蒸發濃縮作為制造固體硫酸氫鉀的原料，因而從以硫酸和氯化鉀為原料制取硫酸鉀的整個工藝過程的整體上考慮，硫酸水溶液形成了閉路循環，工藝用水作為加工介質經蒸發、冷凝循環使用，在生產硫酸鉀產品的同時，付產氯化氫或鹽酸，也可用氨中和制得氯化銨。
本發明的方法是在0～50℃溫度下，用水分解固體硫酸氫鉀而制取硫酸鉀的。分解/浸取固體硫酸氫鉀所用的水量，按加工的分步情況(兩步，三步或多步)和固體物料(硫酸氫鉀和混合鹽)與液體物料(水及各步對應的母液)的物流方向(逆、并、錯流或三種流向相結合)的不同，每產出1摩爾硫酸鉀固體產品的總用水量為8～50摩爾；也就是每生產1摩爾硫酸鉀固體產品需蒸發8～50摩爾的水。每步分解反應的反應時間為1～55分鐘。
下面通過實施例對本發明作進一步的說明。
實施例一第一步稱取450克硫酸氫鉀固體在室溫(30℃)下投入500ml的玻璃燒杯中，加入260ml水和第二步分離出硫酸鉀的母液240克，用玻璃棒攪拌反應20分鐘后，倒入砂芯漏斗中用真空抽濾的方法，得含硫酸鉀84％的混合鹽180克；第二步將180克混合鹽倒入500ml的燒杯中，在室溫(30℃)下，加入160ml水，用玻璃棒攪拌反應10分鐘后，在砂芯漏斗中抽濾，得硫酸鉀固體96克，母液返回第一步和新加入的水一起分解硫酸氫鉀。
實施例二第一步稱取220克硫酸氫鉀固體于500ml玻璃燒杯中，在20℃下，加入75克水并加入第二步和第三步所分離出的母液共176克，用玻璃棒攪拌反應40分鐘，用玻璃砂芯漏斗真空抽濾得含硫酸鉀74％的混合鹽I116克，分離出的母液經蒸發濃縮用于制取硫酸氫鉀。第二步20℃下，將第一步所得的混合鹽I放在500ml燒杯中加入70克水，攪拌反應15分鐘后，用砂芯漏斗真空抽濾得含硫酸鉀82.5％的混合鹽II73克，母液返回第一步處理硫酸氫鉀。第三步在20℃下，由第二步所取得的73克混合鹽II在250ml燒杯中，加入水40克，攪拌反應5分鐘后，用砂芯漏斗過濾得硫酸鉀固體產品50克，母液返回第一步處理硫酸氫鉀。
實施例三在1000ml的三頸玻璃反應瓶中加入57克98％硫酸和由分離硫酸氫鉀固體而得的母液(M1)經蒸發濃縮至70％的硫酸溶液600克，加入86克氯化鉀，加熱至100～120℃反應，將氯化氫趕出并用水吸收得鹽酸。反應完成液與分解硫酸氫鉀所得到的母液(M2)混合并冷卻到30℃，用砂芯漏斗真空抽濾得固體硫酸氫鉀結晶262克，母液(M1)經蒸發濃縮和硫酸一起與氯化鉀反應制取硫酸氫鉀。
固體硫酸氫鉀可由三步逆流分解/浸取的方法加工而制得硫酸鉀產品。第一步硫酸氫鉀262克在10℃下，在800ml燒杯中與第二步分解所得到母液(M3)440克攪拌反應45分鐘，用砂芯漏斗過濾得含硫酸鉀66％的混合鹽I320克，母液(M2)按上述方法用于制取硫酸氫鉀。第二步320克混合鹽I在500ml燒杯中與第三步分解所得到的母液(M4)350克，攪拌反應15分鐘，用砂芯漏斗過濾得含硫酸鉀77％的混合鹽II230克，母液(M3)返回第一步用于分解硫酸氫鉀。第三步230克混合鹽II和225克水在500ml燒杯中40℃下攪拌反應10分鐘后，用砂芯漏斗過濾得硫酸鉀固體104克，母液(M4)返回第二步用于分解混合鹽I。
硫酸鉀產品質量氧化鉀(K2O)含量50、20％氯(Cl)含量 0.16％水分含量 0.5％
權利要求
1.一種制取硫酸鉀的方法，其特征是用水分解/浸取固體硫酸氫鉀得到固體硫酸鉀和硫酸水溶液，分離出的固體硫酸鉀即為產品，硫酸水溶液可經蒸發濃縮用于生產固體硫酸氫鉀，形成循環。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征是用水分解固體硫酸氫鉀的溫度為0～50℃。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征是用水分解/浸取固體硫酸氫鉀制取硫酸鉀可采用兩步、三步、多步或連續逆流法進行。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征是每產出1摩爾硫酸鉀所需的用于分解/浸取固體硫酸氫鉀的水量為8～50摩爾。
全文摘要
本發明是用水分解/浸取固體硫酸氫鉀得到固體硫酸鉀產品和硫酸水溶液的方法。硫酸水溶液經蒸發濃縮可用于生產固體硫酸氫鉀。所得到的硫酸鉀產品，氯含量小于0.5％，氧化鉀含量可達50％以上。
文檔編號C01D5/00GK1130596SQ9511703
公開日1996年9月11日 申請日期1995年10月19日 優先權日1995年10月19日
發明者趙天源, 任保增, 李偉然, 曾之平, 師德華 申請人:鄭州工學院