离子交换法生产硝酸钾工艺 本发明涉及化工原料或者化肥生产方法及工艺。
硝酸钾是一种重要的无机化工原料和农用高效二元无氯复合钾肥国内紧缺。在本发明以前，制取硝酸钾通常有四种生产方法：
一、转化法：系将硝酸钠和氯化钾复分解而得，此法工艺流程简单，产品质量较高，工业上广泛采用，但由于硝酸钠货紧价高，用该法生产成本较高，且副产品氯化钠回收价值低。
二、烷基叔胺缔合置换法(专利申请号：88105115.2，公开号：CN1040562A)或用硝酸和氯化钾为原料，利用有机溶剂萃取副产物氯化氢和未反应的硝酸(《化工生产流程图解》，化学工业出版社，1984年6月)。该类方法副产物为氯化铵，但原料部分又增加了氨或液氨(后者为稀盐酸)，设备腐蚀严重，工艺流程长，产品质量低(KNO3含量为93.0～97.0％)。
三、吸收法：系采用碳酸钾或苛性钾溶液吸收硝酸尾气而得，此法由于碳酸钾或苛性钾比较昂贵，生产成本高，很少采用。
四、硝酸铵复分解法：系将硝酸铵与氯化钾复分解而得，此法虽可得到农用级的硝酸钾和氯化铵两种产品，但要制工业级硝酸钾和氯化铵须经过重结晶，消耗高。且含硝酸铵、氯化铵等混合母液蒸发时，设备腐蚀严重，因此大规模工业化生产的较少。
本发明的目的是提供一种原料价廉易得，工艺先进，流程短，消耗低，能耗低，产品质量高且稳定，又能基本实现无“三废”排出，可大规模工业化生产的离子交换法生产硝酸钾工艺。
本发明是用离子交换树脂为交换载体，以工业或农用硝酸铵和氯化钾为原料，通过下述技术方案进行钾、铵盐的离子交换生产硝酸钾的工艺。即：
1、离子交换树脂的转型；采用强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂为最佳。用氯化钾等钾盐水溶液通过钠型阳离子交换树脂层，使其转化为钾型树脂，至流出液中K+浓度不变时，离子交换树脂为K+所饱和，转型完毕。用水洗涤残留在交换柱中的钾、钠盐溶液。其反应式为：
(式中R代表离子交换树脂，下同)
2、顺流上铵：用一定量、-10～100℃、浓度为5～90％的硝酸铵溶液，控制线速度在0.3～6厘米/分钟之内，顺流流入交换柱淋洗钾型离子交换树脂，待硝酸铵溶液流完后，用水以同样的线速度淋洗钾型离子交换树脂，至钾型树脂变为铵型树脂。收集浓度30g/l以上的硝酸钾交换液；浓度小于30g/l的硝酸钾交换液用于硝酸铵化料。
3、逆流上钾：用与硝酸铵等当量的0～100℃、浓度为5～36.2％的氯化钾溶液，控制线速度在0.3～6厘米/分钟之内，逆流送入交换柱中，再生铵型离子交换树脂，待氯化钾流完后，用水以同样的线速度再生铵型离子交换树脂，至铵型离子交换树脂又变为钾型树脂。收集浓度15g/l以上氯化铵交换液；浓度小于15g/l的氯化铵交换液用于部分氯化钾化料。其反应式为：
上述顺流上铵和逆流上钾不断反复进行，便可陆续得到硝酸钾和氯化铵溶液。
本发明与现有工艺相比具有如下优点：
1、工艺先进，流程短，产品质量高且稳定。
2、原料价廉易得，反应完全，消耗低，原料利用率提高5％，成本低。
3、采用多效蒸发器和高效结晶器等设备，大幅度降低能耗，节能20％以上。
4、基本实现无“三废”排放。
在离子交换过程中，因将顺流上铵后水洗得到的低浓度硝酸钾用于硝酸铵化料，将逆流上钾后水洗得到的低浓度氯化铵用于部分氯化钾化料，这部分氯化钾在上钾前先通过铵型离子交换树脂层，实现工艺的闭路循环。因此基本上无“三废”排放。
5、经济效益显著。
图1为离子交换法生产硝酸钾工艺流程图。
本发明的实施例：
一、化钾
1、按配方要求向化钾池内投入400Kg/批的氯化钾，加入1372.3Kg水，搅拌使之完全溶解配制成22.57％的溶液，(上钾溶液也可采用含等当量数钾离子的其它可溶性无机钾盐溶液，如硝酸钾、硫酸钾等钾盐溶液)。
2、称取2.5Kg碳酸钾(K2CO3)和1Kg氢氧化钾(KOH)用适量水溶解，并逐渐注入化钾池内搅拌，控制溶液PH值达10～11，以除去钙、镁离子，澄清，过滤。
3、静置澄清。检测钙、镁离子含量是否合格。
4、将澄清透明的氯化钾滤液泵入氯化钾高位槽，备用。
二、化铵
1、称取429.4Kg/批硝酸铵投入化铵池中，加入1522.4Kg水，搅拌溶解成22％的溶液。
2、静置澄清并过滤。
3、将滤液泵入硝酸铵高位槽，备用。
三、离子交换
1、逆流上钾
(1)氯化钾溶液逆流送入交换柱，控制线速度为1～2厘米/分钟之内。
(2)上氯化钾溶液结束后，以同样地线速度逆流送水，直至出口流出液浓度为0止，收集浓度15g/l以上的氯化铵交换液；浓度小于15g/l的氯化铵交换液用于部分氯化钾化料。
(3)用无离子水顺流淋洗树脂床层约1h，用硝酸银(AgNO3)检测CL-是否合格。
2、顺流上铵
(1)硝酸铵溶液顺流流入交换柱，控制线速度为2～3厘米/分钟之内。
(2)上硝酸铵溶液结速后，用水以同样的线速度顺流淋洗钾型离子交换树脂，至流出液浓度为0止，收集浓度30g/l以上的硝酸钾交换液；浓度小于30g/l的硝酸钾交换液用于硝酸铵化料。
四、蒸发与浓缩
蒸发浓缩过程中，采用常压或真空法，液体温度控制在40～116℃的范围内，直至浓缩至45°Be为止。
五、结晶与离心
1、用冷却水冷却，使浓缩液得以冷却结晶，当结晶母液温度降为35℃以下时，即可进行离心分离。
2、经离心机脱液后，待无母液流出后，再继续离心2～3分钟后停机。
六、干燥
离心分离后的结晶，经干燥机干燥后即可包装成产品。
七、硝酸钾产品
将交换制得的硝酸钾交换液，在40～120℃，-0.09～1MPa下，经多效蒸发浓缩至比重1.4g/cm2时，冷却至-15～40℃，一次结晶，分离，干燥可得99.6％工业一级品硝酸钾或99.8％军工用硝酸钾产品。
八、氯化铵产品
将交换制的氯化铵交换液，在40～116℃，-0.09～1MPa下，经多效蒸发浓缩至比重1.2g/cm2时，冷却至-15～40℃，一次结晶，分离，干燥可得99.3％工业一级品氯化铵产品。
九、利用离子交换法生产工艺还可生产碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钠、磷酸二氢钾、硫酸钾等产品。