硝酸鉀生產工藝及原料技術路線

馬明德（青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，青海格爾木816000）

硝酸鉀生產工藝及原料技術路線

馬明德（青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，青海格爾木816000）

硝酸鉀作為無機化工原料的一種，其在工業(yè)生產中的應用十分廣泛，例如玻璃澄清劑、食品防腐劑、藥物等產品的制造都與硝酸鉀有著密切聯系。由于硝酸鉀的主要成分中含有植物生長所需的鉀與氮，所以其在農業(yè)生產中的應用前景也非常可觀。本文通過對硝酸鉀的性質及其作用進行分析，并對其生產工藝技術路線進行探討，以供相關研究工作者進行參考。

硝酸鉀；生產；概念；作用；工藝技術

1　硝酸鉀的概念及用途

硝酸鉀別名硝石、上硝，分子式KNO3，分子量101.10，為無色斜方晶系結晶或白色粉末，也可造粒加工成粒狀，硝酸鉀作為一種無機化工原料，具有很強的氧化性，是一種無色透明的固體，易溶于水，在空氣不易溶解，用途比較廣泛。根據其具體應用途徑可將其分為兩大類：工業(yè)級硝酸鉀和農業(yè)級硝酸鉀。

1.1工業(yè)級硝酸鉀

工業(yè)硝酸鉀是制造黑色火藥（如礦山火藥、引火線、爆竹等）的原料，也用于焰火以產生紫色火花。機械熱處理作淬火的鹽浴。陶瓷工業(yè)用于瓷彩釉彩藥。用作玻璃澄清劑，用于制造汽車燈玻璃、光學玻璃、顯像管玻殼等。尤其是隨著現代新興工業(yè)和高科技研究成果的迅猛發(fā)展，該產品的作用和地位日益重要。高純度、高質量的硝酸鉀是生產光學玻璃、車燈玻殼、高檔彩色顯像管玻殼的重要原料之一。

1.2農業(yè)級硝酸鉀

農用硝酸鉀（又稱肥料級硝酸鉀）是優(yōu)質無氯鉀肥，含有13%以上的硝態(tài)氮和44%以上的氧化鉀，全部都是水溶性氧分，鉀離子和硝酸根離子可很快被農作物吸收，是化學性質的氮鉀復合肥，可明顯提高煙草、甜菜、柑桔等經濟作物的產量和品質。近年來硝酸鉀也被用于無土栽培植物的營養(yǎng)液的配制。硝酸鉀在農業(yè)生產中的應用非常廣泛，并且利用率非常高，且應用方式多樣化，其所具備的優(yōu)點對推進農業(yè)生產發(fā)展有著重要意義。

2　硝酸鉀的生產工藝及技術路線

硝酸鉀的生產工藝與技術路線有許多種類，下面主要從以下幾點進行具體分析，離子交換法、低溫萃取法、高溫蒸餾法、復分解法等。

2.1離子交換法

該法以氯化鉀和硝酸銨溶液為原料，根據陽離子交換樹脂對鉀、銨離子吸附性很近的特點，利用陽離子交換樹脂的作用，使氯化鉀和硝酸銨溶液中的鉀、銨離子在離子交換樹脂上進行相互交換，從而得到硝酸鉀溶液和氯化銨溶液，交換過程如下：

NH4NO3+KR=RCl+KNO3

KCl+NH4R=KR+NH4Cl

R～～陽離子交換樹脂高分子骨架部分。

優(yōu)點：該法實現了生成鹽的分離，交換后硝酸鉀流出濃度高，經蒸發(fā)濃縮一次結晶可得到一級品，工藝流程短，成熟可靠，設備簡單可連續(xù)操作，原料成本低。

缺點：本法的是副產氯化銨溶液濃度低，回收加工能耗較高。

2.2低溫萃取法

該法利用有機溶劑除去氯化鉀和硝酸反應生成的HCl，再從溶液結晶析出硝酸鉀，所采用的有機溶劑是異戊醇等。這種方法是比較具有競爭力的生產硝酸鉀的工藝，但該工藝需要加熱和制冷兩套設備，流程比較復雜，需要投入一些復雜的設備，以及一些材料比如需要塑料、欽材、石墨等多種耐腐蝕材料。

KCl+HNO3=KNO3+HCl

優(yōu)點：適合于大規(guī)模生產，能耗比較低。

缺點：萃取劑價格昂貴，副產物對設備腐蝕嚴重，故生產設備需優(yōu)質防腐材料，投資大，收率低且在低溫下HCl所呈形態(tài)難以回收加工。

2.3高溫蒸餾法

該法生成的亞硝酰氯用硝酸氧化成氯氣，硝酸鉀則溶解在過量的硝酸水溶液中，蒸發(fā)結晶出硝酸鉀。這個生產工藝比較復雜，操作條件比較苛刻，工作環(huán)境也比較惡劣。由于需要使用濃硝酸進行反應，而過程中有有毒氣體及液體的產生所以需要用到高級防腐材料。

4HNO3+3KCl=Cl2+3KNO3+NOCl+2H2O

缺點：反應生成的混合氣體具有很強的腐蝕性，故而設備需優(yōu)質防腐材料，投資大，能耗高。

2.4復分解法

此法利用氯化鉀和硝酸鈉復分解轉化換出硝酸鉀和氯化鈉，隨著溫度升高，硝酸鉀溶解度顯著增大，而氯化鈉溶解度卻變化不大，所以將反應溫度控制在119～122℃可除去氯化鈉，母液經過濾，水洗，重結晶，干燥而得產品。

KCl+NaNO3=KNO3+NaCl

優(yōu)點：此法工藝技術成熟，質量及純度好，工藝簡單易操作。

缺點：原料硝酸鈉天然儲量少，價格昂貴，副產品氯化鈉銷路不好，經濟上不合算。

2.5復分解循環(huán)法

此法利用氯化鉀和硝酸銨進行反應，根據不同溫度下處物質溶解度之間差異進行分離提純。

KCl+NH4NO3=KNO3+NH4Cl

優(yōu)點：此法工藝成熟簡單易操作，鉀回收率高，無污染。原料氯化鉀，硝酸銨來源廣，價格低，副產品銷路好。

缺點：冷卻工序及蒸發(fā)工序設備效率低，從而影響了整體工藝的規(guī)模大型化。

綜上所述，離子交換法，生產工藝投資少，占地面積小，國內工藝技術成熟，操作簡單易掌握，有利于人員的培訓，保證了產品的質量，在有條件的地區(qū)利用太陽能攤曬副產品氯化銨，節(jié)約了生產成本，也是一種較普遍采用的生產工藝。復分解循環(huán)法，原料來源可靠，工藝技術成熟，而且這種方法能耗較低，它實行的是全封閉系統(tǒng)循環(huán)，沒有“三廢”排出可見，也是最直接的方法。目前每年全國硝酸鉀需求量約為50～60萬噸，由于硝酸鉀具有愈來愈廣的工業(yè)用途和農用價值，加之未來光熱電站熔鹽的應用，硝酸鉀的市場前景非常廣闊，優(yōu)化硝酸鉀的生產工藝十分必要。

［1］張罡，易健民，沈晃宏.復分解法生產硝酸鉀技術存在的問題與建議［J］.化肥設計，2006，03：39～41.

［2］閆建華，段正康，章澤成，謝帆，張濤，李晟.玻璃化學強化用硝酸鉀鹽浴失活原因分析［J］.硅酸鹽通報，2015，02：438～443.

［3］段正康，謝帆，張濤，李晟，閆建華.硝酸鉀生產工藝概述及復分解法存在的問題與對策［J］.無機鹽工業(yè)，2015，05：4～8.

［4］張麗靖.球孢白僵菌孢子粉生產、制劑和貯存技術的改進及其淀粉酶特性測定［D］.浙江大學，2003.

［5］張罡.防結塊工業(yè)硝酸鉀新工藝的應用研究［J］.化工科技市場，2010，05：22～24+32.