一种硝酸钾和硝酸钠的制备方法 本发明属于硝酸钾和硝酸钠的制备方法。
硝酸钾传统的生产方法是由硝酸钠与氯化钾复分解反应制备，因该方法生产成本高逐渐被其它方法取代。公知的生产方法还有由硝酸钙同硫酸钾复分解反应制备，如《化肥工业大全》中所述，硫酸钾同硝酸钙在水溶液中于65℃温度下反应，反应完全后过滤分离固体石膏，母液冷却到20℃析出硝酸钾晶体。该方法生产硝酸钾主要缺点是有固体废物二水硫酸钙排放。另外，“硝酸钾和氯化铵的联产上艺”(中国专利CN86101635)中所述采用硝酸铵和氯化钾为原料，利用同离子效应防止了复分解反应逆反应的发生。反应温度为70-100℃，硝酸钾的结晶温度为10-30℃。该工艺制备硝酸钾联产氯化铵，氯化铵分离不彻底，因而氯化铵回收率低并且纯度也较低。
硝酸钠传统的生产方法是用碱液与硝酸或硝酸尾气作用而制得，近年来国内外开发了各种新的生产方法。如“离子交换法生产硝酸钠中试报告”(《无机盐工业》杂志1988年2期23页)中报导采用氯化钠和硝酸铵为原料，通过阳离子交换制备硝酸钠，该工艺采用3.38N的硝酸铵浓度和3.26N的氯化钠浓度。此类工艺的缺点在于交换得到的产品溶液浓度较低，副产的氯化铵溶液浓度也很低，不易回收，并且回收的氯化铵纯度也较低。又如中国专利CN1036936(“硝酸钠的生产方法”)中报导，以石灰、硝酸及硫酸钠为原料生产硝酸钠，该工艺是将中和反应和复分解反应同时逐步进行，用石灰调节反应溶液的PH值，使逐渐形成颗粒较大的二水硫酸钙沉淀。本工艺的缺点在于副产二水硫酸钙固体废物。
本发明的目的是开发一种无三废排放且副产高纯度氯化铵的硝酸钾和硝酸钠地制备方法。
本发明是这样实现的，先由CaSO4.2H2O和NH4HCO3水溶液反应制备(NH4)2SO4，反应方程式如下：
把制得的(NH4)2SO4溶液浓缩、结晶、分离、干燥后与固态的KCl或NaCl在高温下干法反应制备固态的K2SO4或Na2SO4，并副产纯度大于99.5％的高纯度NH4Cl，主要的反应方程式如下：
再把制备的固态的K2SO4或Na2SO4同Ca(NO3)2水溶液复分解反应制备KNO3或NaNO3，其主要反应方程式如下：
为了不排放固体废物，把副产石膏CaSO4.2H2O循环利用于(NH4)2SO4的制备，而副产CaCO3同硝酸反应生成Ca(NO3)2，用于制备KNO3或NaNO3，其主要反应方程式为：
本发明的制备方法如下：(下述中的X代表K或Na)
1.将CaSO4.2H2O与NH4HCO3按摩尔比为1∶1.9～2.0加入常温饱和的(NH4)2SO4循环母液中，再加入水配制成悬浮液，在50-70℃温度下，搅拌反应3-6小时。
2.反应结束后过滤，滤饼为CaCO3，滤液蒸发浓缩到115-120℃温度，得到饱和溶液后冷却，结晶出(NH4)2SO4晶体。
3.经过滤得到(NH4)2SO4晶体，把(NH4)2SO4晶体干燥，得到固态的(NH4)2SO4，(NH4)2SO4母液循环用于第1步反应。
4.按固态(NH4)2SO4与固态XCl配比(摩尔比)1∶1.8～2.2，最好为1∶2，配料后混合粉碎，使其粒度小于3mm，最好小于0.5mm。
5.将上述混合物送入干法反应器中，在常压下380-600℃温度下，最好为360-480℃反应0.5-8小时，最好为1.0-3.0小时，得到固态的X2SO4。
6.干法反应生成的NH4Cl升华并进入以水为冷却介质的夹层冷凝器中冷却，得到粉状的纯度大于99.5％的高纯度NH4Cl副产品。
7.将第2步反应得到的CaCO3与浓度为30-60％的硝酸溶液反应，直到CaCO3完全反应，控制反应终点PH值为6-7，得到Ca(NO3)2水溶液。
8.将第5步得到的X2SO4与第7步得到的Ca(NO3)2水溶液，在常压下及100-110℃温度下，搅拌反应0.5-2小时。
9.将第8步得到的反应物热过滤，滤饼CaSO4.2H2O用于第1步反应，滤液冷却到常温结晶，析出XNO3晶体。
10.将第9步得到的含有XNO3晶体的物料过滤，滤液用于第8步循环利用，滤饼XNO3晶体在80-130℃温度下干燥得到最终产品。
附图为本发明的一种硝酸钾和硝酸钠的制备方法的流程图。
如图所示：1为反应器，2为抽滤槽，3为蒸发结晶器，4为抽滤槽，5为干燥器，6为粉碎机，7为干法反应器，8为冷凝器，9为反应器，10为反应器，11为抽滤槽，12为结晶器，13为抽滤槽，14为干燥器。
本发明的优点如下：
1.无三废排放。
2.副产的氯化铵纯度高，回收率也较高。
3.产品生产成本低。
4.生产效率较高。
实施例1
首先配制300ml 43％的硫酸铵溶液作为循环母液，加入1.0mol二水硫酸钙固体粉未制成悬浮液，然后加入2.0mol碳酸氢铵，在50℃温度下搅拌反应3.0小时，然后过滤分离出碳酸钙沉淀，滤液浓缩到120℃，再冷却到20℃结晶2小时，将硫酸铵晶体过滤分离，经干燥得到硫酸铵固体，母液用于配制石膏悬浮液。将硫酸铵同2.00mol氯化钠混合粉碎，使其粒度小于0.5mm在360℃的温度下反应3小时，干法反应制得硫酸钠，从冷凝器中收集到氯化铵粉状固体1.87mol，纯度为99.8％。将上步得到的热的硫酸钠固体投入硝酸钙溶液中，于100-110℃温度下反应1.5小时，然后经热过滤分离出二水硫酸钙固体循环用于硫酸铵制备，滤液经冷却结晶，分离、干燥得到硝酸钠产品。硝酸钙溶液由30％的硝酸2.0mol同制备硫酸铵分离出的碳酸钙沉淀反应制得。
实施例2
采用实施例1一样的原料及步骤，仅将干法制备硫酸钠过程反应温度提高到400℃，最终得到硝酸钠产品，副产出氯化铵1.85mol，纯度为99.8％。
实施例3
采用实施例1一样的原料及步骤，仅将干法制备硫酸钠过程反应温度提高到450℃，最终得到硝酸钠产品，副产出氯化铵1.81mol，纯度为99.9％。
实施例4
采用实施例1一样的原料及步骤，仅将干法制备硫酸钠过程反应温度提高到550℃，最终得到硝酸钠产品，副产出氯化铵1.81mol，纯度为99.9％。
实施例5
采用实施例1一样的原料及步骤，仅将干法制备硫酸钠过程反应温度提高到600℃，最终得到硝酸钠产品，副产出氯化铵1.74mol，纯度为99.9％。
实施例6
采用同实施例1的原料及步骤，仅将干法制备硫酸钠过程反应时间缩短为0.5小时，最终得到硝酸钠产品，副产出氯化铵1.74mol，纯度为99.8％。
实施例7
采用同实施例1的原料及步骤，仅将干法制备硫酸钠过程，混合物粒度控制在3mm以下，最终得到硝酸钠产品，副产出氯化铵1.80mol，纯度99.8％。
实施例8
采用同实施例1的原料及步骤，将干法制备硫酸钠过程氯化钠用调整为1.8mol，最终得到硝酸钠产品，副产出氯化铵1.63mol，纯度为99.8％。实施例9
同例1-8类似的条件，仅将氯化钠改用氯化钾，结果得到硝酸钾产品，并产出高纯度的氯化铵。