转化法制备氯化铵的条件优化

周德望，郭必豹，李祖略，李 芳

（台州学院医药化工学院， 浙江 椒江 318000）

转化法制备氯化铵的条件优化

周德望，郭必豹，李祖略，李 芳

（台州学院医药化工学院， 浙江 椒江 318000）

以氯化钠和硫酸铵为原料，采用正交设计法对氯化铵的制备条件进行了优化。实验结果表明：在物料比为2∶1，冰浴冷却时间为20 min，蒸发水量为45%，冷却温度为35 ℃的条件下，单次结晶氯化铵的产率和纯度明显提高。

氯化铵；转化法；正交设计

氯化铵(NH4Cl)属无色立方晶体或白色粉末，是一种重要的无机化工原料，国内工业化生产方法为纯碱联产氯化铵工艺[1]，而实验室制法为转化法[2]。目前，氯化铵除主要用作化学肥料[3]外，科技工作者还对其在浸取毒重石制备氯化钡[4]、固相分解法生产氨[5]、处理含钒废水[6]及医药和食品助剂[7]等方面的应用进行了研究。因此，优化实验室制备氯化铵的实验条件，强化方法学在水溶性无机盐制备方法中的应用，对于提高产品的纯度与产率，具有一定的参考价值。

按文献［2］转化法制备氯化铵时，由于Na2SO4和NH4Cl不易分离，因此，所得到的产品纯度差，产率低(有时甚至得不到NH4Cl)。因此，本文利用正交设计法对转化法制备NH4Cl的技术条件进行设计、优化与改进，以达到在保证NH4Cl纯度的前提下，进一步提高产品的产率。

1 实验部分

1.1 主要仪器及试剂

循环水式真空泵(台州市信力电子设备有限公司)；调温电热套(ZNCL-TS，河南爱博特科技发展有限公司)；Elix-5+Milli-QG纯水系统(美国Millipore公司)；滴定管，蒸发皿等。

硫酸铵，氯化钠，铬酸钾，硝酸银(0.01 mol/L)等均为分析纯；实验用水为蒸馏水。

1.2 实验方法

1.2.1 实验原理

本实验利用NaCl与(NH4)2SO4的复分解反应来制备NH4Cl。

NH4Cl、Na2SO4·10H2O和Na2SO4在水中的溶解度曲线如图1所示。

图1 溶解度曲线Fig.1 Curve of solubility

由图1可看出，NH4Cl和Na2SO4·10H2O的溶解度随温度的升高而增加，但当温度超过32.4 ℃时，Na2SO4·10H2O失去结晶水变成无水Na2SO4，同时，其溶解度会随温度的升高反而降低[1]。因此，将NaCl与(NH4)2SO4溶于水，再用冰浴冷却，在Na2SO4·10H2O结晶析出并过滤后，将滤液加热蒸发，Na2SO4又会结晶析出，再趁热过滤除去Na2SO4，最后再将滤液冷却，NH4Cl晶体随温度的下降逐渐析出，在35 ℃左右抽滤，即可得纯度较高的NH4Cl产品。

1.2.2 实验方法

称取适量的NaCl 和(NH4)2SO4放入小烧杯中加23 mL的蒸馏水，搅拌至完全溶解。然后将盛有溶液的小烧杯放入冰浴，当烧杯中溶液温度接近冰浴温度时(约需12 min)，加入Na2SO4晶种，放置适当时间，抽滤，除去Na2SO4·10H2O。将滤液转入蒸发皿，水浴加热蒸发到相应的一定体积，趁热过滤；滤液迅速倒入烧杯中，静置至35 ℃，抽滤，产品干燥后，称量。产品纯度(Cl-含量)按文献[2]的铬酸钾指示剂法测定。

2 结果与讨论

2.1 实验方案设计

初步实验结果表明，影响NH4Cl收率与纯度的主要因素有NaCl和(NH4)2SO4的物料比、加入晶种后静置时间(静置时间)和水的蒸发量等。因此，按照正交实验设计方法，以物料比(A)、冰浴冷却时间(B)和水的蒸发量(C)三个因素(每个因素考察四个水平变量)优化NH4Cl的制备条件。选择L16(45)正交表进行表头设计[3]，各因子与水平的对应关系如表1。按正交表所组成的各因子不同水平的实验方案如表2，实验考量指标为NH4Cl收率与纯度。

表1 因子与水平的对应关系Table 1 List of factors and its levels

2.2 实验结果

根据表2的16组方案进行实验，计算产品的收率，并测定其纯度，结果见表2右侧。

2.3 极差分析

由各因素不同水平下收率与纯度的平均值(ki(r)/ki(Cl-))及极差值(R)的数据可以看出，静置时间和水的蒸发量是影响指标的主要因素，物料比是次要因素。按照实验对指标的要求，选取的最佳实验条件为物料比(mol/mol)2∶1，加入晶种后的冰浴冷却静置时间20 min，水的蒸发量45%，即A3B2C1作为NH4Cl的优化制备条件，最佳条件下重复4次实验，NH4Cl的平均收率为26%，平均纯度92%。

表 2 实验方案、结果及极差分析Table 2 The scheme, results and range analysis of orthogonal experiments

3 结束语

以氯化钠和硫酸铵为原料，用转化法制备NH4Cl，实验操作的关键是静置时间和水的蒸发量控制及Na2SO4杂质的分离技术。本文利用Na2SO4·10H2O失去结晶水的拐点温度之后，Na2SO4溶解度随温度升高而降低的特点，通过控制温度并进行两次分离的方法，有效地去除了Na2SO4杂质，同时，加入Na2SO4晶种后在冰浴中静置冷却20 min，控制水的蒸发量为45%，即可有效地保证产品的纯度，提高NH4Cl的产率。

［1］ 王延峰，刘吉祥，肖光. 氯化铵生产工艺的研究[J]. 氮肥技术，2014，34(4): 45-46.

［2］ 梁华定，陈素青，赵松林，等. 基础实验Ι(无机化学实验)[M]. 杭州：浙江大学出版社, 2012.

［3］ 汪德春. 氯化铵产品应用拓展展望[J]. 纯碱工业，2012，1:23-24.

［4］ 孙大贵，王冰青，刘作华，等. 电场强化氯化铵法浸取毒重石的实验研究[J]. 无机盐工业，2014，46(1): 17-20.

［5］ 刘润静，赵晓凤. 氯化铵固相分解法生产氨新工艺的研究[J]. 纯碱工业，2012，3: 3-5.

［6］ 关洪亮， 王杏林， 张璐，等. 氯化铵处理含钒废水的研究[J]. 环境科学与技术，2014，37(5)：122-125.

［7］ 贾文平，韩得满，李芳，等. 基础实验Ⅲ(分析化学实验)[M] .杭州：浙江大学出版社, 2012.

［8］ 郑用熙. 分析化学中的数理统计方法[M] .北京：科学出版社, 1991.

Optimization of Conditions for Preparation of Ammonium Chloride Based Transformation Method

ZHOU De-wang, GUO Bi-bao, LI Zu-xian, LI Fang
（School of Pharmaceutical and Chemical Engineering, Taizhou University, Zhejiang Jiaojiang 318000, China）

An experimental program was designed for preparing ammonium chloride from sodium chloride and ammonium sulfate based on the orthogonal design. The optimum conditions were determined as follows: material ratio 2:1, cooling time 20 min and temperature 35 ℃,water evaporation 45%. Under above conditions, the productivity and pure of ammonium chloride could be improved dramatically.

Ammonium chloride; Transformation; Orthogonal design

TQ 113.7

： B

： 1671-0460（2015）01-0039-03

2014-06-03

周德望（1992-），男，浙江温州人，台州学院医药化工学院生物制药工程专业。E-mail：1670317594@qq.com。

李芳(1963-)，女，山西大同人，副教授，主要从事无机化学科研与教学工作。Email: tzclifang@tzc.edu.cn。