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584-08-7 / 碳酸鉀的制備及應用

背景及概述[1]

碳酸鉀也稱為鉀堿、堿砂,不純物稱草堿、珠灰等。無色結晶或白色顆粒。由于碳酸根水解其水溶液呈堿性,不溶于乙醇、乙醚。有潮解性。碳酸鉀的熱穩定性很高,在1000℃時也不分解。將其飽和水溶液冷卻可析出玻璃狀的晶體水合物 K2CO3·3H2O,相對密度為2.043,100℃時失結晶水,遇酸時分解放出二氧化碳。碳酸鉀主要用于玻璃工業,還可用做分析試劑、助熔劑、鉀肥,以及制備其他鉀的化合物的原料。碳酸鉀是一種重要的無機化工基礎原料,主要用于生產玻璃、電焊條、還原染料的印染及冰染的拔白、氮肥工業脫硫、工業氣體脫除硫化氫及二氧化碳、滅火劑,還在油墨、炸藥、電鍍、制革、醫藥、陶瓷、建材、水晶等工業領域有重要的用途。工業上多采用在氫氧化鉀溶液中通入二氧化碳的方法制備碳酸鉀。

碳酸鉀的制備及應用

制備[2]

已報道的碳酸鉀生產工藝主要有草木灰法、路布蘭法、有機胺法、恩格爾鹽法、鎳氨絡合物法、離子交換法和離子膜-流化床法。其中,草木灰法和路布蘭法已經淘汰,有機胺法、恩格爾鹽法和鎳氨絡合物法還處于研究開發階段,技術成熟度遠遠不夠。目前,國內外工業上生產碳酸鉀的方法主要是離子交換法和離子膜-流化床法兩種。在當前市場行情下,采用這兩種方法生產碳酸鉀,原料氯化鉀的價格占碳酸鉀總成本的50%以上。因此,碳酸鉀工業的發展完全受制于上游氯化鉀市場。尋找廉價的含鉀資源生產碳酸鉀,對于整個碳酸鉀行業和延伸下游行業的可持續發展具有重要意義。以鉀長石為代表的不溶性鉀資源儲量極其豐富、分布非常廣泛,一直以來被認為是生產鉀鹽最重要的廉價替代原料。以不溶性鉀資源為原料生產碳酸鉀的工藝方法國內外時有報道,主要有酸法、純堿燒結法和石灰石燒結法三種。

石灰石燒結法是前蘇聯利用霞石原料綜合生產氧化鋁、碳酸鈉、碳酸鉀和水泥采用的工藝方法,該方法是國內外開發利用不溶性鉀資源唯一實現工業化的技術。該方法的工藝過程是,礦石原料和配料石灰石在高溫下燒結,生成主要物相為原硅酸鈣和鋁酸鈉(鉀)的熟料;用稀氫氧化鈉溶液溶出熟料中的鋁酸鈉(鉀),原硅酸鈣作為濾渣分離用于生產水泥;鋁酸鈉(鉀)溶液通入CO2酸化,沉淀出氫氧化鋁制取氧化鋁;碳酸鈉(鉀)溶液通過蒸發濃縮,依次結晶出碳酸鈉和碳酸鉀,碳酸鉀的純度最高可達到98.5%。

CN201210557765.6提供一種采用鉀長石粉制備碳酸鉀的方法,包括以下步驟:

(1)化學選礦:將鉀長石粉與堿母液按1kg:1.5~7.5L的比例混合制成原礦漿,原礦漿在200~300℃溫度下反應5~240min,降溫后得到料漿,過濾,制得脫硅液和脫硅精礦;向脫硅液中加入石灰乳,在70~90℃溫度下苛化反應2h,過濾、洗滌得到的濾液經蒸發濃縮至預定濃度后,即可作為堿母液循環使用;

所述堿母液為含KOH和NaOH的混合液;

(2)配料燒結:脫硅精礦和石灰石按1kg:0.5~2kg比例混合磨制生料,生料在1200~1350℃溫度下反應30~180min,冷卻后得到燒結熟料;

(3)熟料溶出:燒結熟料經破碎、磨細得到燒結熟料粉,熟料粉與溶出液按1kg:2~5L的比例混合,在60~95℃溫度下反應15~120min,反應結束后過濾,分別得到溶出粗液和硅鈣渣,硅鈣渣可作為生產水泥和新型建筑材料的原材料;

所述溶出液為KOH和K2CO3的混合液;

(4)碳分分解:向溶出粗液中通入酸化氣CO2,反應過程中設計取樣點監測溶液的pH值變化,每隔30min監測溶液的pH值變化,待溶液pH值小于10開始,每隔15min取一次樣,過濾沉淀后檢測溶液中Al2O3和SiO2的含量;當溶液中Al2O3和SiO2的含量之和小于5g/L時結束反應,然后過濾得到碳酸鉀粗液和氫氧化鋁;氫氧化鋁可生產耐火材料或進入拜爾法生產氧化鋁系統生產冶金級氧化鋁;所述酸化氣是指CO2濃度大于10%的氣體;

(5)制取碳酸鉀:將碳酸鉀粗液一次蒸發濃縮后送至一次碳酸化塔,加入高錳酸鉀溶液,通入酸化氣進行一次碳酸化使雜質沉淀,過濾,得到碳酸鉀精制液;碳酸鉀精制液經二次蒸發濃縮后送至二次碳酸化塔中,通入酸化氣進行二次碳酸化使碳酸氫鉀從溶液中結晶析出,離心分離,得到的碳酸氫鉀晶體在270~300℃下煅燒,即得到產品碳酸鉀。

應用 [3]

稀土配合物,作為一種發光材料,由于具有發射峰窄、量子效率高、發射峰位不隨配體的變化而移動的特點而被廣泛應用在發光顯示、熒光探針、防偽等領域。CN201510358890.8以特定粒徑的碳酸鉀為核材料,將稀土配合物作為殼層材料包覆于碳酸鉀表面形成核殼型熒光材料,所述核殼型熒光材料中不存在第二配體,其熒光發射性能優異,同時,以價廉的碳酸鉀作為核材料也降低了熒光材料的成本,在制備所述核殼型復合發光材料時,體系中用常規方法難以沉淀的稀土二元配合物最大程度地包覆于納米碳酸鉀表面,有效地使其沉淀出來,從而完成了本發明。制備方法包括以下步驟:

(1)將碳酸鉀粉碎,得到納米碳酸鉀;

(2)將步驟1得到的納米碳酸鉀加入到極性有機溶劑中,分散;

(3)加入稀土鹽和配體,攪拌下反應;

(4)過濾,任選地進行干燥,得到碳酸鉀基熒光材料。

主要參考資料

[1] 中國中學教學百科全書·化學卷

[2] CN201210557765.6 一種采用鉀長石粉制備碳酸鉀的方法

[3] CN201510358890.8 一種碳酸鉀基熒光材料及其制備方法