[发明专利]一种硝酸钾的制备系统及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无氯钾肥生产技术领域，具体涉及一种使用电渗析技术制备硝酸钾的装置及方法。

背景技术

硝酸钾是一种重要的无氯钾、氮复合肥料，植物营养素钾、氮的总含量可达50％左右，特别适用于一些忌氯作物的施用，如硝酸钾施用于烟草具有肥效高、易吸收、促进幼苗早发、增加烟草产量的优势、对提高烟草品质有着重要作用。我国国标GBT-20784-2013规定，农业用中优等品的硝酸钾要求氧化钾质量分数≥46.0％、氯离子质量分数小于0.2％，此外总氮含量小于13.5％。

目前，国内生产硝酸钾的主要工艺有转化法、离子交换法、溶剂萃取法和复分解法(段正康，谢帆，张涛，李晟，闫建华，硝酸钾生产工艺概述及复分解法存在的问题与对策，无机盐工业，2015,47(5)：4-8.)。

(1)转化法：以智利硝石(主要成分为硝酸钠)和氯化钾为原料的转化法，反应式为：KCl+NaNO₃→KNO₃+NaCl。在循环母液中溶解氯化钾和智利硝石，先通过蒸发、增浓、离心分离得到氯化钠副产物，再将分离的母液加水调节浓度、经真空冷却结晶、增浓、离心分离得到粗硝酸钾，最后通过精制釜重结晶可得到工业级的硝酸钾产品。

(2)离子交换法：主要为硝酸铵与氯化钾离子交换法，当溶液中的钾离子通过铵型离子交换树脂时，与树脂中的铵离子发生交换反应，为吸附反应，离子交换树脂由铵型转变为钾型，反应式为：RNH₄+KCl＝RK+NH₄Cl；当溶液中的铵离子通过钾型离子交换树脂时，与树脂中的钾离子发生交换反应，为洗脱反应，同时离子交换树脂由钾型变为铵型，反应式为：RK+NH₄NO₃＝RNH₄+KNO₃。该法流出的硝酸钾溶液纯度高、工艺流程短、可连续操作。主要缺点是交换所得溶液浓度低、蒸发成本高、设备要求较高。

(3)溶剂萃取法：溶剂萃取法大体可分为3类：萃取HCl法、萃取KNO₃法、HCl和KNO₃分别萃取法。以色列利用有机溶剂萃取HCl的IMI法是目前主要应用在工业上的溶剂萃取法，该工艺在低温和有机溶剂的存在下不容易发生副反应，副产物盐酸可用于分解磷矿生产磷酸。反应式为：KCl+HNO₃→KNO₃+HCl。

(4)复分解法：复分解法制取硝酸钾分为非循环法和循环法2种。陈文威等(陈文威，郎小川，疗学品，硝酸铵和氯化钾生产硝酸钾的研究，适用技术市场，2000，(2)：25-26)采用复分解非循环法制备硝酸钾，在剩余母液中加入磷肥蒸发后还可得到含氮、磷、钾等含多种元素的复合肥料。复分解循环法则是由法国Auby公司最早开发，在工艺上又分为3步循环法和4步循环法。中国大部分企业采用4步循环法工艺生产硝酸钾。

综上所述，相比于转化法容易受到资源的限制、离子交换法设备成本比较高、溶剂萃取法存在工厂爆炸的风险，复分解法已经成为中国生产硝酸钾的主要方法，但该方法在生产上仍然存在硝酸钾分离效果差、冷却结晶率低、换热面结垢严重和除杂效果不理想等问题。

虽然现有技术能够制备得到品质较高的硝酸钾产品，但是制备的过程或多或少存在经济效益低、工艺复杂、污染等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种硝酸钾的制备系统及制备方法，采用本发明提供的系统和方法制备硝酸钾，工艺流程简单、可连续操作、投资费用低、能耗低、无二次污染。

本发明提供了一种硝酸钾的制备系统，包括：

电渗析膜堆、阳电极、阴电极、电解液进样装置、第一盐溶液生成装置、第二盐溶液进样装置、第三盐溶液生成装置、第四盐溶液进样装置、第一盐溶液存储装置、第二盐溶液存储装置、第三盐溶液存储装置、第四盐溶液存储装置、水存储装置和直流电源；

所述阴电极与所述直流电源的负极相连；所述阳电极与所述直流电源的正极相连；所述阴电极和所述阳电极分别设置于所述电渗析膜堆的两边；

所述电渗析膜堆内部形成阴极室、阳极室、第一盐室、第二盐室、第三盐室和第四盐室六个隔室；

所述电解液进样装置的出口与所述阳极室的进料口相连，所述阳极室的出料口与所述阴极室的进料口相连，所述电解液进样装置的进口与所述阴极室的出料口相连，构成电解液的循环回路；