用天然沸石交换制取硝酸钾的方法

一种用天然沸石交换制取硝酸钾的方法。

在本发明以前，制取硝酸钾通常有四种方法进行生产：一、转化法：系将硝酸钠和氯化钾复分解而得，此法工艺流程简单，产品质量较高，工业上广泛采用，但我国鉴于硝酸钠缺乏，用该法生产成本较高。二、合成法：系将硝酸与氯化钾作用，生成硝酸钾、氯气及亚硝酰氯用硝酸氧化而得到氯气，故本法可副产氯气，但设备腐蚀严重。三、吸收法：系采用碳酸钾或苛性钾溶液吸收硝酸尾气而得，此法由于苛性钾或碳酸钾比较昂贵，很少采用。四、硝酸铵复分解法：系将硝酸铵与氯化钾复分解而得，此法可得到硝酸钾和氯化铵两种产品，由于氯化铵母液蒸发时，设备腐蚀严重，进入工业化生产的较少。

本发明为了解决已有技术的不足，提出了新的技术方案。本发明是用天然沸石为交换载体，以含钾离子的制盐母液和硝酸铵为原料制取硝酸钾的新工艺。其方法是先用铵盐水溶液将天然沸石由钙型基转化为NH+4进行离子交换，继而再用硝酸铵水溶液将K+从沸石上洗脱下来，得到含K+＞35克/升和NH+4＜20克/升的富硝酸钾溶液，洗脱液经蒸发、分离、精制得到高纯度的硝酸钾。本发明所采用的沸石多为交换容量较大的天然斜发沸石，其化学组成为：Ca（Na.K）4Al6Si50O72·24H2O，天然斜发沸石对K+的有效交换量大于25毫克K+/克沸石，K+的回收率大于95%。

本发明的要点是用天然沸石交换制取硝酸钾的方法。它是按照下述步骤进行的：（1）天然沸石的改型：原始状态的沸石为钙基型，它与 钾离子的交换量只有2-3毫克/克，但将钙基型改变为NH+4基型后，对钾离子的交换量将达到40-50毫克/克，故以2-5N的铵溶液为改型剂，以1-5米/小时的空塔速度通过交换柱内的沸石床层，当流出液中NH+4不变时，即改型完毕，用水置换出交换柱内残留的NH+4溶液后，即可用于对制盐母液中钾离子的交换;（2）上钾：制盐母液中，其离子组分一般为K+5-23克/升，Mg++30-85克/升，Na+20-30克/升，SO--460-90克/升，Cl-190-230克/升，在-5-60℃下，将上述制盐母液以0.5-5米/小时的空塔速度送入交换柱，制盐母液中的钾离子将与沸石上的铵离子交换而保留在沸石（R）上，铵离子则进入液相：

R-NH4+K+→R-K+NH+4

当流出液中钾的含量与制盐母液中钾的含量相近时，即沸石已被钾离子所饱和，用水洗涤残留在交换柱中的制盐母液，即可用硝酸铵溶液洗脱钾离子，流出液中钾离子含量是逐步减少的，将钾离子含量少于4.0克/升的流出液称为贫钾液，可用于其它方面的综合利用，当流出液中含钾量大于4.0克/升时，可再次返回交换柱以回收钾;（3）上铵：在-10-70℃下，将浓度为2-5N的硝酸铵溶液，以0.5-4米/小时的空塔速度流入被钾离子饱和的交换柱中，沸石上的钾离子则被洗脱下来进入液相，铵离子则被交换在沸石（R）上：

R-K+NH+4→R-NH4+K+

当流出的洗脱液中，NH+4含量与原硝酸铵溶液中的NH+4含量相近时，对钾的洗脱即完毕，再用水洗出交换柱内的硝酸铵溶液，待下次再上钾。收集到的洗脱液含钾一般大于或等于30克/升，称为富钾液，这种富钾液含钾在35-40克/升、NH+4约为16-20 克/升，其比重在1.10-1.14克/（厘米）3，这种富钾液为待制取硝酸钾用，当K+≤30克/升时的洗脱液可以返回循环利用;（4）富钾液的加工：将含K+＞30克/升的富钾液蒸发到比重达1.40克/（厘米）3时，冷却，在-10-70℃下加入与浓缩液等体积的盐析剂，经固、液分离后，可得到固体的粗硝酸钾，将粗硝酸钾净化、精制，即可得到纯度大于99%的硝酸钾成品，粗钾母液在经回收盐析剂后，返回步骤（3）上铵系统循环使用。

本发明所采用的制盐母液，主要是取其钾离子进行应用，属于制盐行业的综合利用，该制盐母液也可用含钾离子大于5克/升的溶液代替，其制取的方法、步骤相同。本发明所采用的天然沸石为加工成粒度不等的颗粒状，任何方式放置于交换柱内，以增加交换面积，便于操作和维修保养。

本发明与已有技术相比，其原材料都是价廉易取的，有天然的斜发沸石，有制盐副产品的综合利用，成本较低，有较显著的经济效益和社会效益;本发明与已有技术相比的另一个特点是，生产中可以副产生成2-3个产品，生产过程中，对环境不造成污染，对设备腐蚀较轻，操作工艺简单易行。

本发明的实施例：

常温下，将4N的氯化铵溶液，以2米/小时的空塔速度流经内径为20毫米，长10米内装3公斤天然斜发沸石的交换柱，该沸石柱中沸石是粒状分层放置，当流出液中铵离子含量等同于进入液的铵离子含量时，沸石改型完毕，用水置换出交换柱内残留的NH+4，而后，将含K+13.0克/升，Mg+83.0克/升，Na+20.5克/升，SO--490.0克/升，Cl-222.4克/升的制盐母液13升，以1.5米/小