[发明专利]熔盐之纯化剂与临场纯化方法

说明书

技术领域

本发明之技术，系在受热熔融的碱金属熔盐或碱土金属熔盐内，将欲移除之碱金属杂质以化学反应法，使之形成气态化合物而挥发或固态化合物而移除之纯化方式，最终可提高碱金属熔盐或碱土金属熔盐纯度的方法。故本发明的技术领域属于化学工程的纯化程序，在于将含有少量碱金属杂质的碱金属盐类或碱土金属盐类于高温熔化状态临场纯化的方法，且系以气态挥发方式或固态分离方式为之。本方法适合于碱金属或碱土金属之卤化物盐类、硫酸盐类、硝酸盐类或亚硝酸盐，尤其适合于硝酸盐或亚硝酸盐之纯化者。适于被本发明之方法提取之阳离子，至少包括锂、钠、钾等阳离子。

背景技术

碱金属彼此间、碱土金属彼此间，或碱金属与碱土金属间物理与化学性质相近。如果一碱(土)金属盐类中含有另一碱(土)金属盐类杂质，要将杂质纯化，殊属不易。

碱(土)金属盐类的纯化，在一般化学教科书中记载者，几乎都以该无机盐在水中溶解度的巨大差而达成。例如无机盐A、B在100克水内的溶解度分别为100克与10克，今在无机盐A内含有无机盐B的杂质2％（亦即纯度98％），要将B移除；则将该混合盐100克置入容器内，倒进20克纯水，搅拌将之溶解，则A盐将有20克溶入，B盐则完全溶入。经过过滤，不溶的固体内将是纯化的A盐80克，达成A的纯化。

这种方法适合于从矿山开采后的不纯盐矿的纯化，工业上已经广泛采用多年。其优点是所用溶剂 - 水很便宜、容易取得；且制程稳定适合大量生产。

这种方法的缺点是产生大量滤液，其内仍有比例很高的盐类，需要将水蒸干，才能取得混合盐，再进一步分离之。水的比热很大，将水蒸干需要消耗巨大能量。大型矿山可采用日曝法将水蒸干，一般纯化工厂受限于场地，只能采用化工手段，例如加热蒸煮、真空干燥、…等等。因此是一耗能、耗时产业。此外，此一制程产生大量废水，其排放也造成环境负担。

本发明提出一个节省能源的纯化方案，特别适用于本来就在进行高温制程的盐类，例如进行离子交换强化玻璃的硝酸盐：硝酸钾。这种硝酸钾内的钾离子会跟玻璃内的钠离子交换；钾离子进入玻璃造成表面压应力，使之强化。钠离子则进入熔盐内，污染硝酸钾。以致于当钠离子含量在0.4% ～ 1%时（依玻璃种类而定），强化效果就不足。工业界作法是将整锅被污染硝酸钾倒掉，更新成新的纯硝酸钾。此举造成大量纯度仍高达99.0～99.6％的硝酸钾「废料」。这不仅仅是废料的浪费而已，取出热硝酸钾、冷却；倒入新的冷硝酸钾再加热耗时三～五天（依炉子大小而异），造成产能利用率低下。此外，废硝酸钾的不恰当倾倒，也会造成严重的环保问题。

如果产业界能够在热的硝酸钾融浴内，将钠离子移除，可使硝酸钾利用率大幅提升。因不需要更换新盐而致耽搁产能，更使产能利用率极大幅度地提高。

本发明提出之纯化法，即在于解决工业上的这些问题，降低环境污染、提高产能、降低生产成本，利于工业化应用。

本发明之纯化法，适用于杂质阳离子含量在5重量百分比(以下简称为wt%)以内之熔盐，特别是阳离子含量在2 wt%以内者，可于较短时间内将该杂质含量降至0.1 wt%以下。

发明内容

本发明揭露利用添加化学药剂，使跟高温熔盐内的金属离子产生反应，其生成物在高温下沸腾、蒸发，可以收集之；或者产生固态化合物而可以捞取排除；一来不会污染环境，二来成为有价的副产品。

在实施例之一内揭露将氨气通入热的融盐内，通入之氨气量每公斤融盐、每分钟0.1公升以上，通气时间维持到纯化程度达到（例如99.9%）为止。在340~800℃温度区间、适当催化剂辅助下，使之与钠离子反应，产生钠胺 (sodium amide，NaNH2) 之化合物：

2Na+(l) + 2NH3 (g) → 2NaNH2(g) + H+(l) – 28 kcal/mole     (1)

钠胺的熔点210℃、沸点400℃；因此如果融盐温度设定在400℃以上，钠胺将沸腾成为气体排出。式(1)内的H+则与融盐内的NO3-生成HNO3气体排除。将反应产物钠胺与硝酸气体同时导入冷水中，可以发生下列反应：

NaNH2 + HNO3 + H2O→ NaNO3 + NH4OH            (2)

此外，经收集后的钠胺也可以令之与CO2及水反应，产生Na2CO3与NH3。后者可以再度用于纯化反应：

2NaNH2 + CO2 + H2O→ Na2CO3 + 2NH3              (3)