复分解法生产硝酸钾新工艺研究

王恒磊，姜媛媛，刘亭，陈晓辉，钟世强

（山东天一化学股份有限公司，山东潍坊262737）

复分解法生产硝酸钾新工艺研究

王恒磊，姜媛媛，刘亭，陈晓辉，钟世强

（山东天一化学股份有限公司，山东潍坊262737）

介绍了以硝酸镁与氯化钾为原料，通过复分解法生产硝酸钾的工艺原理、特点及流程。新工艺具有工艺流程简单、设备操作费用低、操作安全方便等优点。在中试基础上对原料消耗做了分析，结果表明，使用该工艺生产1 t硝酸钾分别消耗氯化钾0.80 t、菱苦土0.26 t、硝酸1.21 t、工艺水5 t、蒸汽2 t。

硝酸钾；复分解；湿壁结晶器

硝酸钾是一种含有60%营养成分的优质复合肥料，所有元素均为水溶性养分，钾离子和硝酸根可以快速被作物吸收，施用后无任何残留［1］。硝酸钾还是忌氯作物（如烟草、咖啡、番茄、葡萄、柑橘、花卉、马铃薯、鳄梨、茶叶等）的首选复合肥料，可明显提高经济作物的产量和品质［2］。此外，硝酸钾作为一种重要的无机化工原料，也广泛应用于军事和火药等领域。

中国硝酸钾行业面临钾资源缺乏、工艺路线不合理、生产成本偏高等一系列问题，硝酸钾的潜在市场虽然很大，但由于受生产成本、大规模生产工艺技术不成熟等因素的制约发展缓慢，因此，开发硝酸钾生产新技术、新工艺是中国亟需解决的问题［3-7］。笔者采用氯化钾和硝酸镁通过复分解反应，经湿壁结晶器生产硝酸钾可大大降低生产成本，提高生产效率，是值得开发且具有工业化前景的方法。

1 工艺原理及特点

1.1 工艺原理

向有定量水的反应釜中投入菱苦土，缓慢加入硝酸溶液，不停搅拌至pH达6左右，确保菱苦土充分溶解。菱苦土与硝酸发生化学反应式：

向菱苦土与硝酸反应完成液中投入氯化钾，不断搅拌至溶解，随后冷却降温，因硝酸钾溶解度随温度下降而显著降低，氯化镁溶解度随温度下降变化缓慢，所以随着温度的下降，溶液中析出大量硝酸钾晶体，主要化学反应式：

因此，以硝酸、菱苦土、氯化钾为原料生产硝酸钾，其总反应方程式：

分离硝酸钾晶体后的母液1主要含有氯化镁与部分硝酸钾，故将其经蒸发浓缩和冷却结晶除去硝酸钾和少量氯化镁，分离得到的母液2中主要含有氯化镁，将其进一步蒸发浓缩，再经制片得到MgCl2·6H2O，主要化学反应式：

1.2 工艺特点

优点：工艺流程简单，投资小，能耗低，一次转化率高，操作安全、方便等，具有很好的工业化前景。

缺点：副产品氯化镁纯度不高，需要经2次蒸发浓缩，工序设备效率低，从而会影响整体工艺的规模化生产。

2 工艺流程

图1为用硝酸镁与氯化钾为原料生产硝酸钾的工艺流程示意图。

图1 复分解法生产硝酸钾工艺流程图

2.1 配镁与反应工序

在不断搅拌条件下向反应釜中加入定量的水，分批次投入所需菱苦土，再缓慢加入适量的硝酸溶液，反应过程中一定要控制好加酸速度，使反应温度保持在80～110℃，以防沸溢，调整反应溶液pH为6左右，经板框压滤机除去杂质后送入反应釜。

保持反应釜温度为95℃左右，在匀速搅拌条件下缓慢加入氯化钾并保温6～8 h，使氯化钾完全溶解后，送入结晶器结晶。

2.2 结晶与分离工序

将反应热料液从水平小管加入湿壁结晶器（见图2），冷空气通过风机并流吹入，高速气流将溶液散布到整个结晶管内壁上，一部分由于空气的冷却作用，一部分由于蒸发作用，溶液开始结晶。晶浆与空气共同从结晶管的末端排出至缓冲罐，将缓冲料液送入离心机分离，并用少量工艺水洗涤得到硝酸钾。分离硝酸钾晶体后的母液1送至蒸发工序，硝酸钾晶体则送至干燥设备烘干，所得产品即为硝酸钾，经实验统计，该法一次结晶效率可达90%以上。

图2 湿壁结晶器简图

2.3 蒸发与分离工序

母液1中主要含有氯化镁与部分硝酸钾，故将其送至蒸发器浓缩到1.26 g/cm3后，转入冷却结晶器，经冷却结晶后硝酸钾晶体析出，同时也会析出少量氯化镁。再经离心机分离，得到的固体可返回反应器重复利用。母液2中主要含有氯化镁，将其再次送至蒸发器中。

2.4 氯化镁制片工序

将分离得到的母液2通过蒸发浓缩至1.31 g/cm3后，浓缩液转入制片釜中保温，将制片机滚筒转动打开，向筒内持续注入冷却循环水，将制片釜料液缓慢放入制片槽内，制片包装即为氯化镁产品。

3 产品质量与效益分析

3.1 产品质量

中试制备得到的硝酸钾产品经多次检测，其质量组成见表1。由表1可见，产品符合GB 1918—2011《工业硝酸钾》一等品标准。所产六水氯化镁产品其质量组成详见表2。由表2可以看出，产品符合QB/T 2605—2003《工业氯化镁》轻工行业标准。

表1 硝酸钾产品质量检测结果%

表2 氯化镁产品质量检测结果

3.2 成本效益分析

根据中试结果，以生产1 t硝酸钾计，根椐实际测定数据，其原料吨产品消耗分别为氯化钾0.80 t、菱苦土0.26 t、硝酸1.21 t、工艺水5 t、蒸汽2 t，副产六水氯化镁0.9 t。

本文根据中试数据进行年产1万t硝酸钾项目设计与经济效益分析。预计本项目总投资1000万元，其中土建与厂房投资约600万元，设备等固定资产投资约400万元，生产管理人员30人，表3为该项目的经济效益分析。

表3 1万t/a硝酸钾项目的成本效益分析

由以上分析可知，按年产1万t硝酸钾可实现年销售收入4450万元，年生产成本为3876.2万元，实现年利税为573.8万元，年利润为410.5万元，投资回收期为2.43 a，投资利润率为41.05%。

4 结论

1）本项目与中国现有硝酸钾生产工艺相比，具有工艺流程简单、设备操作费用低、操作安全方便等优点；2）本工艺所用湿壁结晶器除了风机功率消耗外，其设备操作费用很低，大大降低了生产成本，该法冷却结晶过程中也伴有蒸发结晶，结晶效率可达90%以上；3）本项目对母液2进行分步蒸发浓缩，通过第一次浓缩得到钾镁复盐并将其循环利用，从而得到高纯度的氯化镁母液，克服了现存工艺中副产品纯度不高、经济价值偏低等问题；4）采用该工艺技术拟建一套年产1万t的硝酸钾装置，可副产0.9万t六水氯化镁，项目总投资1000万元，可实现年销售收入4450万元，年生产成本为3876.2万元，实现年利税573.8万元，年利润410.5万元，投资回收期为2.43 a，投资利润率为41.05%。

［1］张俊先.硝酸钾的技术现状和市场展望［J］.现代化工，1999，19（9）：34-36.

［2］汪家铭.我国硝酸钾发展概况与市场前景［J］.化工科技市场，2009，32（1）：23-28.

［3］王艳语.直接法硝酸钾母液的优化利用研究［D］.郑州：郑州大学，2010.

［4］李雅芙，刘素芹.硝酸钾生产工艺综述［J］.海湖盐与化工，2004，34（3）：27-30.

［5］王恒磊，朱丹，崔佳惠.等.蒸馏法制备硝酸钾工艺研究［J］.应用化工，2016，45（增刊）：182-184.

［6］段正康，谢帆，张涛，等.硝酸钾生产工艺概述及复分解法存在的问题与对策［J］.无机盐工业，2015，47（5）：4-8.

［7］马誉景，金央，李军，等.硝酸和氯化钾直接制备硝酸钾工艺研究及优化［J］.无机盐工业，2015，47（3）：31-34.

Study on preparation of potassium nitrate by double decomposition method

Wang Henglei，Jiang Yuanyuan，Liu Ting，Chen Xiaohui，Zhong Shiqiang
（Shandong Tianyi Chemicals Co.，Ltd.，W eifang 262737，China）

A new technology，including the principle，characteristics，and process，for the preparation of potassium nitrate by double decomposition method with magnesium nitrate and potassium chloride as the raw materials was introduced.It has the advantages，such as simple process，low cost，convenient，and safe operation.The raw material consumption analysis results by pilot scale indicated that 0.80 t of potassium chloride，0.26 t of magnesite，1.21 t of nitric acid，5 t of process water，2 t of steam were consumed respectively for 1 t of potassium nitrate′s production.

potassium nitrate；double decomposition；wet wall crystallizer

TQ131.13

A

1006-4990（2017）11-0048-02

2017-05-12

王恒磊（1988—），男，工程师，硕士，现从事钾盐生产工艺研发工作。

联系方式：wanghengleizn@126.com