CN107792866B - 一种钾明矾混合溶剂复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钾明矾混合溶剂复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法，其以乙醇‑水混合溶液作为溶剂，加入一定比例的钾明矾与氯化钾进行溶解，经复分解反应后得到硫酸钾结晶和硫酸钾结晶母液，硫酸钾结晶经洗涤、干燥即为成品硫酸钾，硫酸钾结晶母液经蒸发浓缩结晶、固液分离、洗涤、干燥得到成品氯化铝。本发明利用硫酸钾与氯化铝在乙醇中溶解度不同的特点，直接利用钾明矾制取硫酸钾结晶和氯化铝结晶，其克服了传统以水作为溶剂进行生产时反应条件难以控制、硫酸钾难分离析出的问题，且钾铝收率高、产品纯度高、溶剂易回收、能耗低、投资小、全程封闭无三废排放、直接生产高附加值的铝盐经济效益好、装置易放大适用于工业化发展。

Description

一种钾明矾混合溶剂复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法
技术领域
本发明属于硫酸钾和氯化铝生产技术领域，具体涉及一种钾明矾混合溶剂复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法。
背景技术
钾作为植物所需的三大营养元素之一，是植物体内含量最高的阳离子，对植物体内多种酶的活化、光合作用、渗透压的调节、营养物质的合成和运转等方面起着不可替代的作用。但是我国大部分土壤普遍缺钾，且长期钾肥施肥不足，而对氯离子敏感的喜钾型农作物的生长只能施用无氯钾肥。硫酸钾含50%的氧化钾和18%的硫，作为一种优质的无氯钾肥需求量逐年增高。而我国硫酸钾产量不能满足需求，每年需进口大量的硫酸钾。
现有利用钾明矾制取硫酸钾的工艺主要是明矾热解法、常压复分解法。明矾热解法生产硫酸钾主要有高温焙烧、水浸取、固液分离、蒸发浓缩结晶等工段，在1000℃左右的高温下焙烧2h需要消耗大量的能量，且硫酸铝分解出来的SO2、SO3回收难度高、对设备要求高，易造成环境污染，蒸发浓缩结晶工段需蒸发大量的水，能耗高。而常压水体系复分解法由于反应体系中钾明矾、硫酸钾、氯化铝、氯化钾等各成分均易溶于水，操作范围很窄，硫酸钾不易析出，需要严格控制温度以及反应物的量才能使产物硫酸钾以结晶状态在体系中少量析出，且产品纯度不高，需二次提纯才能获得合格的硫酸钾产品，设备投入大且生产成本高。
发明内容
为解决现有技术不能简单、高效的利用钾明矾转化为硫酸钾和氯化铝的技术问题，本发明提供了一种钾明矾混合溶剂复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法，其利用硫酸钾和氯化铝在乙醇溶液中溶解度不同的特征，使得反应产生的硫酸钾直接以固体结晶的形式析出，而氯化铝溶解在乙醇溶液中，其具有工艺流程短、条件温和、蒸发水量少、溶剂易回收、产品纯度高、直接制备高附加值的氯化铝结晶、不产生三废、生产设备简单、能耗低、效益好的优点，因此更适宜于工业化生产。
为实现上述目的，本发明通过如下技术方案实施：
一种钾明矾混合溶剂复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法，其包括如下步骤：
1）将钾明矾、氯化钾按一定质量比加入到乙醇-水混合溶液中，搅拌使其混合均匀，然后在一定温度下反应一段时间使硫酸钾结晶析出，而氯化铝则溶解在乙醇溶液中；
2）在一定温度下固液分离，得到硫酸钾结晶和硫酸钾结晶母液，将硫酸钾结晶经洗涤、干燥获得硫酸钾产品；
3）将步骤2）所得硫酸钾结晶母液于闪蒸器蒸发浓缩后，降到一定温度获得氯化铝结晶，固液分离，得到氯化铝结晶和氯化铝结晶母液，将氯化铝结晶经洗涤、干燥获得氯化铝产品；
4）将硫酸钾结晶母液蒸发浓缩后的冷凝液与氯化铝结晶母液返回到步骤1）用作混合溶液。
步骤1）中钾明矾与氯化钾的质量比为1-3:1。
步骤1）中乙醇-水混合溶液中乙醇的含量为5-95wt%。
步骤1）中反应温度为50-90℃，反应时间为30-90min。
步骤2）中固液分离的温度以不低于复分解反应温度10℃为宜。
步骤3）中氯化铝结晶的温度控制在30-80℃，结晶时间为10-60min。
氯化铝结晶母液、洗涤结晶后的洗涤水与蒸发浓缩后的冷凝液循环用作步骤1）的混合溶液。
本发明与现有钾明矾制取硫酸钾的方法相比，其优点在于：
（1）本发明将钾明矾直接溶解于乙醇-水混合溶液中，使其以离子状态在溶液中进行硫酸钾结晶，避免了高温焙烧钾明矾使其脱水的过程，极大的降低了能耗。
（2）本发明利用硫酸钾在乙醇溶液中溶解度小而氯化铝在乙醇溶液中溶解度大的特性，使产生的硫酸钾能在较大温度范围内直接以固体结晶状态析出，而氯化铝仍溶解在乙醇溶液中，故使得硫酸钾产品单次产量较高，并可使获得的硫酸钾产品更加纯净，不需要经过二次提纯步骤，仅经固液分离即可获得高纯度硫酸钾，且乙醇易于蒸发回收循环利用，有利于促使氯化铝的结晶析出。
（3）本发明中的铝以氯化铝结晶的形式析出，避免了高温焙烧分解硫酸铝和SO2、SO3吸收的过程，且直接生成了附加值高的铝盐而不是氧化铝，降低了能耗，缩短了工艺流程，提高了经济效益、更加环保安全。
（4）相对于其他方法的蒸发浓缩结晶，本发明以调节温度的方式使氯化铝结晶从乙醇溶液中析出，乙醇溶液循环使用，从而大大降低了水蒸发量，有效的降低了能耗。
（5）本发明采用循环操作，使各元素在整个流程中循环，其原料利用率高、钾收率高。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
将25g钾明矾、15g氯化钾和100g混合溶剂（乙醇含量为90wt%）加入到密封反应器中，缓缓加热至50℃，搅拌速度为200r/min，使混合均匀，并在该温度下反应60min，然后固液分离，得到115g硫酸钾结晶母液和固体1，固体1经洗涤、干燥后得到20g硫酸钾结晶；将硫酸钾结晶母液于闪蒸器蒸发浓缩后，调节温度到40℃，在搅拌速度为200r/min的状态下结晶40min后，固液分离，得到100g氯化铝结晶母液和固体2，固体2经洗涤、干燥后得到14g氯化铝结晶；硫酸钾结晶母液蒸发浓缩后的冷凝液、洗涤结晶后的洗涤水与氯化铝结晶母液经蒸发到100g后返回用于盐的溶解。
所得硫酸钾含氧化钾50.3%、氯离子1.4%，符合农用硫酸钾一级标准，所得氯化铝纯度为93%满足工业品要求。
实施例2
将35g钾明矾、20g氯化钾和100g混合溶剂（乙醇含量为80wt%）加入到密封反应器中，缓缓加热至60℃，搅拌速度为200r/min，使混合均匀，并在该温度下反应90min，然后固液分离，得到125g硫酸钾结晶母液和固体1，固体1经洗涤、干燥后得到25g硫酸钾结晶；将硫酸钾结晶母液于闪蒸器蒸发浓缩后，调节温度到50℃，在搅拌速度为200r/min的状态下结晶40min后，固液分离，得到110g氯化铝结晶母液和固体2，固体2经洗涤、干燥后得到18g氯化铝结晶；硫酸钾结晶母液蒸发浓缩后的冷凝液、洗涤结晶后的洗涤水与氯化铝结晶母液经蒸发到100g后返回用于盐的溶解。
所得硫酸钾含氧化钾50.2%、氯离子1.4%，符合农用硫酸钾一级标准，所得氯化铝纯度为94%满足工业品要求。
实施例3
将40g钾明矾、20g氯化钾和100g混合溶剂（乙醇含量为70wt%）加入到密封反应器中，缓缓加热至70℃，搅拌速度为200r/min，使混合均匀，并在该温度下反应60min，然后固液分离，得到123g硫酸钾结晶母液和固体1，固体1经洗涤、干燥后得到22g硫酸钾结晶；将硫酸钾结晶母液于闪蒸器蒸发浓缩后，调节温度到55℃，在搅拌速度为200r/min的状态下结晶40min后，固液分离，得到102g氯化铝结晶母液和固体2，固体2经洗涤、干燥后得到23g氯化铝结晶；硫酸钾结晶母液蒸发浓缩后的冷凝液、洗涤结晶后的洗涤水与氯化铝结晶母液经蒸发到100g后返回用于盐的溶解。
所得硫酸钾含氧化钾50.3%、氯离子1.2%，符合农用硫酸钾一级标准，所得氯化铝纯度为93%满足工业品要求。
实施例4
将30g钾明矾、10g氯化钾和100g混合溶剂（乙醇含量为85wt%）加入到密封反应器中，缓缓加热至70℃，搅拌速度为200r/min，使混合均匀，并在该温度下反应30min，然后固液分离，得到128g硫酸钾结晶母液和固体1，固体1经洗涤、干燥后得到15g硫酸钾结晶；将硫酸钾结晶母液于闪蒸器蒸发浓缩后，调节温度到60℃，在搅拌速度为200r/min的状态下结晶40min后，固液分离，得到107g氯化铝结晶母液和固体2，固体2经洗涤、干燥后得到20g氯化铝结晶；硫酸钾结晶母液蒸发浓缩后的冷凝液、洗涤结晶后的洗涤水与氯化铝结晶母液经蒸发到100g后返回用于盐的溶解。
所得硫酸钾含氧化钾50.5%、氯离子1.4%，符合农用硫酸钾一级标准，所得氯化铝纯度为95%满足工业品要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种钾明矾混合溶剂复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）将钾明矾、氯化钾按一定质量比加入到乙醇-水混合溶液中，搅拌使其混合均匀，然后在一定温度下反应一段时间使硫酸钾结晶析出；
2）在一定温度下固液分离，得到硫酸钾结晶和硫酸钾结晶母液，硫酸钾结晶经洗涤、干燥获得硫酸钾产品；
3）将步骤2）所得硫酸钾结晶母液于闪蒸器蒸发浓缩后，降到一定温度获得氯化铝结晶，固液分离，得到氯化铝结晶和氯化铝结晶母液，将氯化铝结晶经洗涤、干燥获得氯化铝产品；
步骤1）中乙醇-水混合溶液中乙醇的含量为70-90wt%；
步骤3）中氯化铝结晶的温度控制在30-80℃，结晶时间为10-60min。
2.根据权利要求1所述的钾明矾混合溶剂复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法，其特征在于：步骤1）中钾明矾与氯化钾的质量比为1-3:1。
3.根据权利要求1所述的钾明矾混合溶剂复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法，其特征在于：步骤1）中反应温度为50-90℃，反应时间为30-90min。
4.根据权利要求1所述的钾明矾混合溶剂复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法，其特征在于：步骤2）中固液分离的温度以不低于复分解反应温度10℃为宜。
5.根据权利要求1所述的钾明矾混合溶剂复分解生产硫酸钾和氯化铝的方法，其特征在于：将硫酸钾结晶母液蒸发浓缩后的冷凝液、洗涤结晶后的洗涤水与氯化铝结晶母液循环用作步骤1）的混合溶液。
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