硝酸钾提纯系统及方法与流程

本发明涉及硝酸钾提纯技术领域，特别是涉及一种以农用级硝酸钾、工业级硝酸钾或光学玻璃盐浴失活硝酸钾为原料提纯硝酸钾的方法。

背景技术：

随着信息产业以及光电产业的不断发展，国际市场对光学玻璃的需求日益上升，使高纯级硝酸钾需求量逐年增长。普通玻璃的强度随厚度减小而明显降低，不能满足电子显示器触摸屏技术发展的要求，为适应社会进步与科技发展的需求，通过低温离子交换工艺将普通平板薄玻璃化学强化以改善玻璃机械性能显得尤为有必要。

工业化连续生产表明，离子交换质量受硝酸钾的质量、不同的生产工艺参数等因素的影响，这些因素影响kno3盐浴活性降低甚至最终完全失活的现象。kno3盐浴活性的降低将直接影响着产品(光学玻璃)的质量，kno3作为玻璃化学强化的离子交换源，其活性对离子交换过程起着决定性的影响。(1)原料kno3纯度，工业级kno3主要含有杂质na⁺、ca²⁺、mg²⁺、ba²⁺、cl^-等离子。据生产实践，化学强化玻璃所用kno3原料，在kno3熔盐中的ca²⁺、sr²⁺、ba²⁺等杂质离子在积累到一定浓度后将对k⁺—na⁺交换产生阻止效应和抑制效应。(2)高温kno3分解，文献记载，kno3熔点337～339℃，在400℃环境中会分解释放出氧气并生成kno2，继续加热将生成k2o。在离子交换过程中，kno3熔盐长期置于高温环境中，势必会发生部分分解生成kno2甚至k2o，一方面生成的no2^-将在熔盐中不断积累，抑制离子交换反应活性；另一方面，分解产生的o2以及其他的气体将吸附于玻璃的表面，阻碍k⁺与na⁺的交换。(3)离子交换污染，普通玻璃含有相当数量的cao、nao及mgo等氧化物，离子交换过程中，玻璃与熔盐槽在高温盐浴中长时间浸泡析出na⁺、ca²⁺、mg²⁺等杂质离子，引起kno3熔盐活性的降低甚至完全失活，最终影响产品质量。

目前我国生产光学玻璃的企业，在kno3盐浴失活后停机更换新的硝酸钾原料，使失活后的kno3未进行回收利用。国内光学玻璃用硝酸钾市场长处于进口硝酸钾为主，而进口高纯级硝酸钾市面售价18000～20000元/吨，国内高纯级硝酸钾约11000～12000元/吨。本发明主要解决两个方面的问题，一方面针对kno3失活原因，找出停机清理出的硝酸钾经处理使再次复活的新方法，提高原料的重复利用率，节约生产成本；另一方面，本发明采用农用级硝酸钾或工业级硝酸钾生产高纯级硝酸钾，解决了我国长期依赖高价进口高纯级硝酸钾问题。

技术实现要素：

为解决上述缺陷，本发明提供一种硝酸钾的制备方法，包括如下步骤：s1：将原料充分洗涤后，固液分离得到滤饼和滤液；s2：溶解所述滤饼形成饱和溶液，然后将koh溶液加入所述饱和溶液中充分反应，滤除反应后的沉淀物后，对溶液进行重结晶，固液分离得到滤饼和滤液，最后洗涤、干燥所述滤饼。

根据本发明的一实施方式，所述原料为农用级硝酸钾、工业级硝酸钾或强化光学玻璃盐浴失活硝酸钾。

根据本发明的另一实施方式，在所述s1步骤中，于洗涤之前将所述原料破碎至8-50目。

根据本发明的另一实施方式，所述s2步骤中在95～110℃条件下，加入koh溶液，调节ph至9～11。

根据本发明的另一实施方式，所述s2步骤中洗涤为多次洗涤，其中后一次的洗涤后的滤液用于前一次的洗涤。

根据本发明的另一实施方式，还包括：s3：将s1步骤中的滤液升温蒸发，将蒸发后的母液进行冷却结晶，得到结晶料浆，经固液分离，得到滤饼和滤液；所述滤饼返回至s1步骤作为原料。

根据本发明的另一实施方式，还包括：s4：将s2步骤中的滤液用离子交换树脂除去金属离子，然后加入hno3溶液调整ph值至中性后，返回至s1步骤用于原料的洗涤。

本发明还提供一种硝酸钾的提纯系统，包括：前洗涤单元，用于洗涤原料，并进行固液分离形成滤饼和滤液；化学除杂单元，用于将koh溶液与所述前洗涤单元分离出来的滤饼的饱和溶液反应，滤出沉淀物后对溶液进行重结晶，固液分离得到滤饼和滤液；以及后洗涤单元，用于洗涤所述化学除杂单元分离出来的滤饼；其中所述提纯系统中固液混合物物料依赖重力从在所述系统中流动。

根据本发明的一实施方式，所述的硝酸提纯系统，还包括：蒸发结晶单元，用于蒸发所述前洗涤单元分离出来的滤液形成结晶。

根据本发明的另一实施方式，所述的硝酸提纯系统，还包括：物理除杂系统，用离子交换树脂除去所述化学除杂单元分离出来的滤液中的金属离子，然后加入hno3溶液调整ph值至中性后将其返回至所述前洗涤单元。

本发明的硝酸钾提出方法生产工艺简单，生产得到的硝酸钾产品纯度达到99.99％以上，符合高纯级硝酸钾标准(工业硝酸钾gb1918-2011)，满足光学玻璃用的硝酸钾产品要求。特别是，本发明的硝酸钾的提纯方法可以采用农用级硝酸钾、工业级硝酸钾以及强化光学玻璃盐浴失活硝酸钾为原料，降低了生产成本。本发明按物料走向布置，方便生产操作；物料利用势能自流进入下一设备，减少中间输送环节，节省动力消耗，缩短料浆管道输送距离、克服管道堵塞、磨损、噪音等问题；本发明生产得到产品中na⁺含量≤100ppm，ca²⁺、mg²⁺总量≤1ppm。kno3母液蒸发，本发明采用新型导热材料进行三效蒸发，冷凝水回收利用，节约水资源同时节约电耗。

附图说明

图1是本发明的硝酸钾提纯方法的工艺流程示意图。

图2是本发明的硝酸钾提纯系统的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1-破碎设备；2-原料洗涤罐；3a,3b,3c,3d,3e-分离设备；4-化学除杂设备；5a,5b-过滤设备；6-kno3重结晶设备；7-一次洗涤设备；8-二次洗涤设备；9-干燥设备；10-物理除杂设备；11-蒸发设备；12-结晶设备。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

实施例1

如图1和图2所示，首先取一定数量的强化光学玻璃盐浴失活硝酸钾(na⁺含量3500～5500ppm)用破碎设备1破碎至20目。

将破碎产物送至前洗涤单元，前洗涤系统包括原料洗涤罐2和分离设备3a。破碎产物进入洗涤罐2，用去离子水在常温洗涤0.5小时，然后进入分离设备3a在常温条件下固液分离，得到滤饼和滤液。

分离设备3a分离出来的滤饼进入化学除杂单元，化学除杂系统包括化学除杂设备4、过滤设备5a、kno3重结晶设备6和分离设备3b。在100℃加热保温条件下，将滤饼在化学除杂设备4中形成饱和溶解。在100℃保温条件下，在化学除杂设备4中加入koh溶液，ph调至10，经过过滤设备5a过滤ca(oh)2、mg(oh)2沉淀，最后得到合格的饱和溶解液(ca²⁺+mg²⁺≤10ppm)。将溶液引入kno3重结晶设备6进行5级冷却结晶，温度由100℃降至25℃，得到结晶料浆，经分离设备3b固液分离后，得到滤饼和滤液。

将分离设备3b分离出来的滤饼送入后洗涤单元，后洗涤单元包括一次洗涤设备7、分离设备3c,3d和二次洗涤设备8。滤饼在一次洗涤设备7中进行充分洗涤，洗涤时间0.5小时后，在分离设备3c中进行固液分离，得到滤饼和滤液。滤液返回至化学除杂设备4用于形成饱和溶液。滤饼进入二次洗涤设备8中，用去离子水对滤饼进行二次洗涤洗涤时间0.5小时后，在分离设备3d中进行固液分离，得到滤饼和滤液。滤液回到一次洗涤设备7中用于洗涤滤饼。本实施例以两次洗涤为例，并不意在限定本发明，本领域技术人员可以根据需要确定具体的洗涤的次数，控制洗涤后滤饼中na⁺含量≤100ppm。从分离设备3d分离出来的滤饼进入干燥单元进行干燥，得到高纯级硝酸钾，硝酸钾纯度为99.99％。

从分离设备3b分离出来的滤液进入物理除杂系统，物理除杂系统包括过滤设备5b和物理除杂设备10。分离设备3b分离出来的滤液保持在温度25℃下，经过滤设备5b过滤后，进入物理除杂设备10用离子交换树脂进一步除去ca²⁺、mg²⁺离子，然后加入hno3溶液将ph值调回中性，得到ca²⁺+mg²⁺≤20ppb的kno3饱和清液。饱和清夜回至原料洗涤罐2用于原料的洗涤。

从分离设备3a分离出来的滤液进入蒸发单元，蒸发单元包括蒸发设备11、结晶设备12和分离设备3e。从分离设备3a分离出来的滤液送入蒸发设备11，在100℃下蒸发。然后在结晶设备12中对蒸发后的母液进行5级冷却结晶，温度由100℃降至25℃，得到结晶料浆，经分离设备3e分离，得到滤饼和滤液，滤饼送至原料洗涤槽2。

蒸发设备11中的滤液在100℃下继续蒸发。蒸发后的母液进行5级冷却结晶，温度由100℃降至25℃，得到结晶料浆，经固液分离，得到滤饼和滤液，滤饼按混盐处理，滤液用于混盐蒸发系统调浆。

本实施例中，每次固液分离前料浆需加调浆液调节固含量(质量含量)为45％，调浆液是各分离设备自身分离出来的滤液。蒸发过程中的回收冷凝水，用于原料的洗涤和溶解。

本实施例中各设备合理设置，使得固液混合浆料的流动依赖于重力势能自流进入下一设备。因此，可以减少中间输送环节，节省动力消耗，缩短料浆管道输送距离、克服管道堵塞、磨损、噪音等问题。同时，由于固液混合浆料依赖于重力势能流动，即设备之间需要立体设置，从而节约了系统的占地空间，提供了厂房的利用率。

实施例2

除了将强化光学玻璃盐浴失活硝酸钾改为工业级硝酸钾外，其他步骤与实施例1相同。

得到的硝酸钾纯度为99.99％。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。