氨_醇盐析法分离钾钠制备硫酸钾_杨慧君
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第 43卷第 4 期 2011 年 4 月
无机盐工业 INORGAN I C CHEM ICALS I NDUSTRY
21
氨 - 醇盐析法分离钾钠制备硫酸钾
杨慧君, 王英滨 , 马鸿文, 王 丽
( 中国地质大学材料科学与工程学院 , 北京 100083)
*
摘
要 : 以陕西省洛南县富钾岩石烧结物的水浸滤液为研究对象 , 在通入二氧化 碳条件下加 入氨水和仲 丁醇 ,
* 基金项目 : 十一五 国家科技支撑计划课题 ( 2006BAD 10B04) 。
22
表 1 母液与钾钠混盐溶液的化学成分分析结果
样品号 S i O2 / (m g L LN - Y 1 LN - Y 2 50. 20 256. 15
- 1
无机盐工业
第 43 卷第 4 期
中 K2 CO 3、 N a2 CO3 质量比的影响。实验结 果表明,
3
止 , 冷却结晶, 真空抽滤 ( 负 压 0. 1 M Pa ) 分离得到 KHCO3晶体 ( LN- G1) 。将其溶解并加入硫酸制备 农用硫酸钾 ( LN- G2) 。
表 2 正交实验 1 方案及结果
实 验 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 均值 1 均值 2 均值 3 均值 4 极差 因 时间 / m in 60 60 60 60 70 70 70 70 80 80 80 80 90 90 90 90 3 . 180 3 . 848 3 . 292 4 . 515 1 . 335 醇浓 度 /% 40 50 60 70 40 50 60 70 40 50 60 70 40 50 60 70 3 . 112 3 . 040 3 . 538 5 . 145 2 . 105 素 氨水浓 CO2 流量 / 温度 / 度 /% ( L h- 1 ) 15 20 25 30 20 15 30 25 25 30 15 20 30 25 20 100 120 140 160 140 160 100 120 160 140 120 100 120 100 160 30 35 40 45 45 40 35 30 35 30 45 40 40 45 30 实验结果 m ( K 2 CO3 ) / m ( N a2 CO3 ) 2. 27 2. 91 4. 32 3. 22 3. 17 3. 51 3. 31 5. 40 3. 55 2. 71 2. 96 3. 95 3. 46 3. 03 3. 56 8. 01
3 实验结果与讨论
3 . 1 有机醇的选择 在一定的实验条件下 , 钾钠混盐溶液中加入有 机醇、 氨水, 分离除去碳酸氢钠 , 得到碳酸氢钾溶液。 考察不同醇在不同 浓度时对碳 酸氢钾溶 液 ( LN Y3) 中 K2 CO 3、 N a2 CO3质量比的影响 , 实验结果见图 1 。从图 1看出 , a 中乙醇、 正丙醇和异丙醇分离去 除碳 酸 氢 钠 的 效 果 不 理 想, LN - Y 3 中 K 2 CO3、 N a2 CO 3质量比较小, 最大为 2 . 83 。而 b 中甲醇、 正 丁醇、 仲 丁 醇浓 度 的 变 化对 LN - Y3 中 K2 CO3、 N a2 CO 3质量比影响较 显著, 分离钾钠 的效果较好。 当加入 80 % 的正丁醇或 50 % 的仲丁醇时, K 2 CO3、 N a2 CO 3质量比较高 , 分别为 3 . 74 、 3 . 54 。综合考虑 醇溶剂 的用 量、 价 格、 回 收 能 耗、 安 全、 环 保 等因 素
图 1 醇对 m ( K 2 CO3 ) /m ( N a2 CO3 ) 的影响
上 3 因素的水平值 , 采用 3 因素 3 水平进行正交实 验 2 , 并对实验结果进行直观分析。正 交实验 2 的 方案及结果如表 3 所示。从表 3中均值大小可以确 定, 反应时间为 90 m in 、 仲丁醇浓度为 70 %、 氨水浓 度为 15 % 是适宜的工艺条件, 与正交实验 1 得到的 结果相一致。
P reparation of potassium sulphate by separation of potassium and sod ium salt w ith a mm on ia- a lcohol salting ou tm ethod Yang H u ijun , W ang Y in gb in , M a H ongw en , W ang L i
- 1
) N a2 O / ( g L 69 . 07 125 . 00
- 1
)
K 2O / ( g L 15 . 54 134 . 36
)
反应时间为 80 m in , 仲丁醇浓度为 50 % , 氨水浓度 为 20 % , CO 2流量为 140 L / h , 反应 温度为 40 时 LN - Y3 中 K 2 CO3、 N a2 CO 3 质 量 比 较高 , 分 别 为 4 . 04 、 3 . 54 、 5 . 92 、 4 . 60 、 4. 66 。 根据以上各因素与 LN - Y3 中 K2 CO3、 Na2 CO 3 质量比的关系 , 确定其水平值 , 采用 5因素 4 水平进 行工艺条件的优化实验, 并对实验结果进行极差分 析。正交实验 1 的方案及结果如表 2 所示。由表 2 中极 差 大 小 可 以 判 断 出 , 各 因 素 对 LN - Y3 中 K2 CO 3、 N a2 CO3质量比的影响顺序为 : 醇浓度 > CO 2 流量 > 反应温度 > 反应时间 > 氨水浓度。并且由均 值大小可以确定该反应的适宜工艺条件 : 反应时间 为 90 m in 、 仲丁醇浓 度为 70 %、 氨水浓度为 15 %、 CO 2流量为 140 L / h 、 反应温度为 35 。
产生盐析作用 , 分离碳酸氢钠和碳酸氢钾 , 以制备农用硫 酸钾。对氨 - 醇盐 析法分 离钾钠 混合溶液 的工艺 进行了 研究。实验结果表明 , 最佳工艺条件下 , 分 离后得到的碳酸氢钾质 量分数为 95. 29% , 将其 溶解并加 入硫酸 制得硫 酸钾产品 , 产品达到了国家农业用硫酸钾优等品标准。 关键词 : 氨水 ; 有机醇 ; 碳酸氢钠 ; 碳酸 氢钾 ; 硫酸钾 中图分类号 : TQ131. 13 文献标识码 : A 文章编号 : 1006- 4990( 2011) 04- 0021- 03
[ 2]
钾, 制备农用硫酸钾。研究表明
[ 3- 5]
, 某些有机溶剂
加入无机盐体系后 , 能强烈地改变体系的性质, 产生 盐析作用 , 从而促进混合盐类的分离和纯化, 如氨、 醇类、 有机胺等。该工艺在 NaHCO3 - KHCO3 - H 2 O 体系中加入氨和醇 , 其分子优先与水分子结合, 聚集 在水分 子 周 围, 使 得 自 由 水 比 例 下 降。 此 时 NaHCO3、 KH CO3的溶解度下降 , NaHCO3的下降更快 而饱和析出, 从而达到了分离碳酸氢钠和碳酸氢钾 的效果。有机溶剂经静置分液、 蒸发回收, 可重复使 用。
将一定量钾钠混盐溶液、 氨水、 有机醇移入塑料 烧杯中 , 把烧杯放入恒温水浴锅 , 通入 CO2气体 , 开 动搅拌器进行反应。反应一定时间后 , 停止搅拌, 将 固液 混合 物 抽滤 分 离。 得到 的 滤 饼主 要 成 分为 Na H CO3, 作为钾长石烧结工序的配料循环利用
[ 6]
。
将滤液静置分液 , 蒸馏 , 以回收有机醇、 氨水待重复 使用; 剩余无机部分为碳酸氢钾溶液 ( LN - Y3) , 在 90 条件下蒸发 , 当溶液密度达到 1 . 45 g / cm 时停
3 . 2 工艺条件的确定 以氨水、 仲丁醇为介质 , 通过单因素实验研究反 应时间、 仲丁醇浓度 ( 体积分数 )、 氨水浓度 ( 体积分 数 )、 CO2流量、 反应温度对碳酸氢钾溶液 ( LN - Y3)
2 实验方法
量取一定体积的洛南富钾岩石水浸滤液, 即含 + + 2有大量 Na 、 K 、 CO3 及 少量 杂质 的母 液 ( LN Y1), 在 90 条件下蒸发 , 除去部分碳酸钠, 得到钾 钠混盐溶液 ( LN - Y2) 。母液与钾钠混盐溶液的主 要化学成分见表 1 。
1 实验原理
中的钾、 钠盐 , 得到纯度较高的碳酸氢
( S chool of M ater ials Science and T echnology, China University of Geosciences , B eijing 100083 , Ch ina) Abstrac t : T ake the filte red leach ing - liqu id of the s inter of the po tassium - r ich rocks fro m L uonan, Shaanx i as the ob ject o f the study . By inlet CO 2 gas, amm on ia and sec - butano lw ere added into the liqu id , then N a HCO3 and KHCO3 were separa ted under the action o f sa lting out to produce the ag ricu ltura l po tassium sulpha te . T echno logy o f separating N a- K m ixed so lu tion by a mmon ia- a lcoho l salting outm ethod was stud ied. Exper i m ent results ind icated tha t the m ass frac tion o f separated KH CO3 was up to 95. 29% under the opti m um process conditions . Su lfur ic ac id w as added to the so lution of KHCO3 to pre pare potassium su lphate . P repared K2 SO4 reached the first - ra te of N ationa lA g ricu lture P otassium Su lphate Standard. K ey word s : amm on ia ; a lcoho ; l sod ium b icarbona te ; po tass ium bicarbonate ; po tassium sulpha te
无机盐工业 INORGAN I C CHEM ICALS I NDUSTRY
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氨 - 醇盐析法分离钾钠制备硫酸钾
杨慧君, 王英滨 , 马鸿文, 王 丽
( 中国地质大学材料科学与工程学院 , 北京 100083)
*
摘
要 : 以陕西省洛南县富钾岩石烧结物的水浸滤液为研究对象 , 在通入二氧化 碳条件下加 入氨水和仲 丁醇 ,
* 基金项目 : 十一五 国家科技支撑计划课题 ( 2006BAD 10B04) 。
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表 1 母液与钾钠混盐溶液的化学成分分析结果
样品号 S i O2 / (m g L LN - Y 1 LN - Y 2 50. 20 256. 15
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无机盐工业
第 43 卷第 4 期
中 K2 CO 3、 N a2 CO3 质量比的影响。实验结 果表明,
3
止 , 冷却结晶, 真空抽滤 ( 负 压 0. 1 M Pa ) 分离得到 KHCO3晶体 ( LN- G1) 。将其溶解并加入硫酸制备 农用硫酸钾 ( LN- G2) 。
表 2 正交实验 1 方案及结果
实 验 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 均值 1 均值 2 均值 3 均值 4 极差 因 时间 / m in 60 60 60 60 70 70 70 70 80 80 80 80 90 90 90 90 3 . 180 3 . 848 3 . 292 4 . 515 1 . 335 醇浓 度 /% 40 50 60 70 40 50 60 70 40 50 60 70 40 50 60 70 3 . 112 3 . 040 3 . 538 5 . 145 2 . 105 素 氨水浓 CO2 流量 / 温度 / 度 /% ( L h- 1 ) 15 20 25 30 20 15 30 25 25 30 15 20 30 25 20 100 120 140 160 140 160 100 120 160 140 120 100 120 100 160 30 35 40 45 45 40 35 30 35 30 45 40 40 45 30 实验结果 m ( K 2 CO3 ) / m ( N a2 CO3 ) 2. 27 2. 91 4. 32 3. 22 3. 17 3. 51 3. 31 5. 40 3. 55 2. 71 2. 96 3. 95 3. 46 3. 03 3. 56 8. 01
3 实验结果与讨论
3 . 1 有机醇的选择 在一定的实验条件下 , 钾钠混盐溶液中加入有 机醇、 氨水, 分离除去碳酸氢钠 , 得到碳酸氢钾溶液。 考察不同醇在不同 浓度时对碳 酸氢钾溶 液 ( LN Y3) 中 K2 CO 3、 N a2 CO3质量比的影响 , 实验结果见图 1 。从图 1看出 , a 中乙醇、 正丙醇和异丙醇分离去 除碳 酸 氢 钠 的 效 果 不 理 想, LN - Y 3 中 K 2 CO3、 N a2 CO 3质量比较小, 最大为 2 . 83 。而 b 中甲醇、 正 丁醇、 仲 丁 醇浓 度 的 变 化对 LN - Y3 中 K2 CO3、 N a2 CO 3质量比影响较 显著, 分离钾钠 的效果较好。 当加入 80 % 的正丁醇或 50 % 的仲丁醇时, K 2 CO3、 N a2 CO 3质量比较高 , 分别为 3 . 74 、 3 . 54 。综合考虑 醇溶剂 的用 量、 价 格、 回 收 能 耗、 安 全、 环 保 等因 素
图 1 醇对 m ( K 2 CO3 ) /m ( N a2 CO3 ) 的影响
上 3 因素的水平值 , 采用 3 因素 3 水平进行正交实 验 2 , 并对实验结果进行直观分析。正 交实验 2 的 方案及结果如表 3 所示。从表 3中均值大小可以确 定, 反应时间为 90 m in 、 仲丁醇浓度为 70 %、 氨水浓 度为 15 % 是适宜的工艺条件, 与正交实验 1 得到的 结果相一致。
P reparation of potassium sulphate by separation of potassium and sod ium salt w ith a mm on ia- a lcohol salting ou tm ethod Yang H u ijun , W ang Y in gb in , M a H ongw en , W ang L i
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) N a2 O / ( g L 69 . 07 125 . 00
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K 2O / ( g L 15 . 54 134 . 36
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反应时间为 80 m in , 仲丁醇浓度为 50 % , 氨水浓度 为 20 % , CO 2流量为 140 L / h , 反应 温度为 40 时 LN - Y3 中 K 2 CO3、 N a2 CO 3 质 量 比 较高 , 分 别 为 4 . 04 、 3 . 54 、 5 . 92 、 4 . 60 、 4. 66 。 根据以上各因素与 LN - Y3 中 K2 CO3、 Na2 CO 3 质量比的关系 , 确定其水平值 , 采用 5因素 4 水平进 行工艺条件的优化实验, 并对实验结果进行极差分 析。正交实验 1 的方案及结果如表 2 所示。由表 2 中极 差 大 小 可 以 判 断 出 , 各 因 素 对 LN - Y3 中 K2 CO 3、 N a2 CO3质量比的影响顺序为 : 醇浓度 > CO 2 流量 > 反应温度 > 反应时间 > 氨水浓度。并且由均 值大小可以确定该反应的适宜工艺条件 : 反应时间 为 90 m in 、 仲丁醇浓 度为 70 %、 氨水浓度为 15 %、 CO 2流量为 140 L / h 、 反应温度为 35 。
产生盐析作用 , 分离碳酸氢钠和碳酸氢钾 , 以制备农用硫 酸钾。对氨 - 醇盐 析法分 离钾钠 混合溶液 的工艺 进行了 研究。实验结果表明 , 最佳工艺条件下 , 分 离后得到的碳酸氢钾质 量分数为 95. 29% , 将其 溶解并加 入硫酸 制得硫 酸钾产品 , 产品达到了国家农业用硫酸钾优等品标准。 关键词 : 氨水 ; 有机醇 ; 碳酸氢钠 ; 碳酸 氢钾 ; 硫酸钾 中图分类号 : TQ131. 13 文献标识码 : A 文章编号 : 1006- 4990( 2011) 04- 0021- 03
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钾, 制备农用硫酸钾。研究表明
[ 3- 5]
, 某些有机溶剂
加入无机盐体系后 , 能强烈地改变体系的性质, 产生 盐析作用 , 从而促进混合盐类的分离和纯化, 如氨、 醇类、 有机胺等。该工艺在 NaHCO3 - KHCO3 - H 2 O 体系中加入氨和醇 , 其分子优先与水分子结合, 聚集 在水分 子 周 围, 使 得 自 由 水 比 例 下 降。 此 时 NaHCO3、 KH CO3的溶解度下降 , NaHCO3的下降更快 而饱和析出, 从而达到了分离碳酸氢钠和碳酸氢钾 的效果。有机溶剂经静置分液、 蒸发回收, 可重复使 用。
将一定量钾钠混盐溶液、 氨水、 有机醇移入塑料 烧杯中 , 把烧杯放入恒温水浴锅 , 通入 CO2气体 , 开 动搅拌器进行反应。反应一定时间后 , 停止搅拌, 将 固液 混合 物 抽滤 分 离。 得到 的 滤 饼主 要 成 分为 Na H CO3, 作为钾长石烧结工序的配料循环利用
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将滤液静置分液 , 蒸馏 , 以回收有机醇、 氨水待重复 使用; 剩余无机部分为碳酸氢钾溶液 ( LN - Y3) , 在 90 条件下蒸发 , 当溶液密度达到 1 . 45 g / cm 时停
3 . 2 工艺条件的确定 以氨水、 仲丁醇为介质 , 通过单因素实验研究反 应时间、 仲丁醇浓度 ( 体积分数 )、 氨水浓度 ( 体积分 数 )、 CO2流量、 反应温度对碳酸氢钾溶液 ( LN - Y3)
2 实验方法
量取一定体积的洛南富钾岩石水浸滤液, 即含 + + 2有大量 Na 、 K 、 CO3 及 少量 杂质 的母 液 ( LN Y1), 在 90 条件下蒸发 , 除去部分碳酸钠, 得到钾 钠混盐溶液 ( LN - Y2) 。母液与钾钠混盐溶液的主 要化学成分见表 1 。
1 实验原理
中的钾、 钠盐 , 得到纯度较高的碳酸氢
( S chool of M ater ials Science and T echnology, China University of Geosciences , B eijing 100083 , Ch ina) Abstrac t : T ake the filte red leach ing - liqu id of the s inter of the po tassium - r ich rocks fro m L uonan, Shaanx i as the ob ject o f the study . By inlet CO 2 gas, amm on ia and sec - butano lw ere added into the liqu id , then N a HCO3 and KHCO3 were separa ted under the action o f sa lting out to produce the ag ricu ltura l po tassium sulpha te . T echno logy o f separating N a- K m ixed so lu tion by a mmon ia- a lcoho l salting outm ethod was stud ied. Exper i m ent results ind icated tha t the m ass frac tion o f separated KH CO3 was up to 95. 29% under the opti m um process conditions . Su lfur ic ac id w as added to the so lution of KHCO3 to pre pare potassium su lphate . P repared K2 SO4 reached the first - ra te of N ationa lA g ricu lture P otassium Su lphate Standard. K ey word s : amm on ia ; a lcoho ; l sod ium b icarbona te ; po tass ium bicarbonate ; po tassium sulpha te
