氨—醇盐析法分离钾钠制备硫酸钾

论文摘要

硫酸钾是农业生产中主要的无氯钾肥,它可以给农作物提供钾和硫两种重要的营养元素。我国水溶性钾盐资源最为紧缺,而以钾长石为主要物相的非水溶性钾矿资源储量较大。因此开发利用非水溶性钾矿提取钾盐至关重要。以陕西省洛南县富钾岩石烧结物的水浸滤液（LN-Y1）为研究对象,经过初步蒸发除去部分碳酸钠,得到K2CO3、Na2CO3质量比为0.93的钾钠混盐溶液（LN-Y2）。此时在通入CO2条件下加入氨水和仲丁醇,产生盐析作用,分离去除碳酸氢钠,得到K2CO3、Na2CO3质量比为8.55的碳酸氢钾溶液（LN-Y3）。通过密度指标的控制,蒸发碳酸氢钾溶液得到碳酸氢钾晶体以制备农用硫酸钾。实验通过考察不同浓度的甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、乙二醇和氨混合对碳酸氢钾溶液中K2CO3、Na2CO3质量比的影响,确定正丁醇和仲丁醇为待选有机醇;综合考虑醇溶剂的用量、价格、回收能耗、安全、环保等因素,选择仲丁醇为适宜醇,并与氨水混合分离钾钠混盐。以氨水和仲丁醇为介质,通过单因素实验和正交实验研究氨-醇盐析法的工艺条件。单因素实验确定了反应时间80 min,仲丁醇浓度50%,氨水浓度20%,CO2流量140 L/h,反应温度40℃时K2CO3、Na2CO3质量比较高,分别为4.04、3.54、5.92、4.60、4.66。正交实验的进一步优化,得到氨-醇盐析法的优化工艺条件为:反应时间90 min、仲丁醇浓度70%、氨水浓度15%、CO2流量140 L/h、反应温度35℃。在此工艺条件下,可除去钾钠混盐溶液中92%的碳酸钠,得到K2CO3、Na2CO3质量比为8.55的碳酸氢钾溶液。仲丁醇和氨水分别采用静置分液和简单蒸馏、循环水吸收的方法回收待重复使用,其回收率分别为88%和80%。碳酸氢钾溶液在90℃下蒸发,当密度达到1.45 g/cm3时停止,分离得到质量分数为95.29%的碳酸氢钾晶体,将其溶解并加入硫酸制得硫酸钾产品。采用X射线粉末衍射分析、化学全分析等测试方法对碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾等副产品和硫酸钾制品的性能和结构进行了表征。结果表明,碳酸钠和碳酸氢钠可以作为钾长石烧结工序的配料循环使用;碳酸氢钾固体中氧化钾含量为44.79%,可用来制备合格的硫酸钾;硫酸钾产品中氧化钾含量为51.16%,达到了国家农业用硫酸钾优等品标准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 硫酸钾概述
• 1.1.1 硫酸钾的性质及用途
• 1.1.2 硫酸钾的生产方法
• 1.1.3 硫酸钾在农业中的重要作用
• 1.2 溶剂盐析法分离无机盐工艺
• 1.2.1 溶剂概述
• 1.2.2 溶剂盐析法工艺概述
• 1.2.3 溶剂盐析法工艺应用
• 1.3 选题意义和研究内容
• 1.3.1 选题意义
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 实验工艺流程及分析方法
• 2.1 实验方案与工艺流程
• 2.1.1 实验方案
• 2.1.2 工艺流程
• 2.2 实验原理
• 2.3 实验仪器与药品
• 2.3.1 实验药品和试剂
• 2.3.2 实验仪器
• 2.4 分析测试方法
• 2.4.1 液相密度的测定
• 2.4.2 化学全分析
• 20 和K₂0 含量测定'>2.4.3 Na₂0 和K₂0 含量测定
• 2.4.4 K+含量的测定
• 第3章 有机醇的选择
• 3.1 有机醇的物理性质
• 2C0₃、Na₂C0₃ 质量比的影响'>3.2 有机醇对K₂C0₃、Na₂C0₃质量比的影响
• 3.2.1 甲醇
• 3.2.2 乙醇
• 3.2.3 正丙醇
• 3.2.4 异丙醇
• 3.2.5 正丁醇
• 3.2.6 仲丁醇
• 3.2.7 乙二醇
• 3.3 有机醇选择原则
• 3.4 有机醇选择小结
• 第4章 氨-醇盐析法工艺条件研究
• 4.1 单因素实验
• 4.1.1 反应时间
• 4.1.2 仲丁醇浓度
• 4.1.3 氨水浓度
• 2 流量'>4.1.4 C0₂流量
• 4.1.5 反应温度
• 4.2 正交实验
• 4.2.1 正交实验1
• 4.2.2 正交试验2
• 4.3 氨与醇的回收
• 4.3.1 氨与醇回收原理和工艺
• 4.3.2 氨与醇回收结果
• 4.4 醇－氨盐析法分离钾钠机理探讨
• 第5章 富钾母液制备硫酸钾
• 5.1 原料概述
• 5.2 硫酸钾的制备
• 5.2.1 母液蒸发
• 5.2.2 氨-醇盐析法分离钾钠
• 5.2.3 硫酸钾的制备
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 碳酸钠
• 5.3.2 滤饼
• 5.3.3 碳酸氢钾制品
• 5.3.4 硫酸钾制品
• 主要结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录