硝酸钾总述
硝酸钾（KNO3），分子量101.10，为无色斜方晶条结晶或白色粉末，也可造粒加工成粒状。
在工业方面，硝酸钾是重要的无机化工原料，工业级硝酸钾与农业级硝酸钾性能完全一致，其不同表现在纯度上，硝酸钾是制造黑色、引火线、焰花等的原料；机械热处理作淬火的盐浴；陶瓷工业用于制造彩釉；用作玻璃澄清剂，制造汽车灯玻璃、光学玻璃和显像管玻壳等。生产青霉素钾盐、利福平等医药。还用作选矿药剂。食用硝酸钾用作肉制品的发色剂、防腐剂。
在农业方面，农业硝酸钾是无氯钾肥，含有13%以上的硝钛铵和44%以上的氧化钾。全部都是小溶性养分，钾离子和硝酸根离子可很快被农作物吸收，是化学性质的钾氮复合肥，可明提高烟草、甜菜、柑桔、茶树干等经济作物的产量和品质。随着农业经济的快速发展，我国成为农用硝酸钾的主要消费国，市场前景广阔，市场潜力很大。提出实施农用硝酸钾项目，综合国内市场的迫切需求，可替代进口，有良好的经济效益和显著的社会效益。
1、我国目前硝酸钾生产工艺：
1.1硝酸钠与氯化钾的复分解反应法，产品质量好，但副产品氯化钠经济价值小，主产品与副产品的综合价值偏低，制约了其工艺的发展。
1.2硝酸铵与氯化钾离子交换法，因蒸汽能耗高，且产生一定的废水需要排放，逐步将淘汰。
1.3硝酸铵与氯化钾复分解法无环境污染，且副产品氯化铵能够作为肥料，现在成为我国生产硝酸钾的主要方法。
1.4硝酸镁与氯化钾复分解生产法，产品质量好，综合能耗低，虽然氯化钾单耗比其他稍高，但总生产成本高于其他工艺，故该工艺具有较强的市场竞争力。
2、工艺选择：
3.2反应原理和过程
（1）HNO3转化KNO?3
该法以KCl和HNO3发生的复分解反应为基础，主要进行如下化学反应：
主反应：HNO3+KCl = KNO3+HCl
副反应：2Hcl+MgO = Mgcl2+H?2O
总反应：MgO+2HNO3+2KCL+5H2O=2KNO3+MgCL?6H2O
Kcl和HNO3的反应是可逆的，但当利用有机或无机添加剂分离除去反应产物中Hcl时，生成KNO3的反应便可进行完全。
本法通过加无机添加剂菱苦土与主要产物Hcl继续反应生成H2O，使制KNO3反应朝正方向推进。KNO3和Mgcl2在反应液中的质量的量比为2：1，且KNO3溶解度随温度变化较大，而Mgcl2溶解度随温度变化不大，故反应冷却工序首先生成一次晶相KNO3，再经120℃重溶解去杂质，冷却漂洗离心除氯化物，烘干除游离水分，包装得成品KNO3?。
（2）反应母液处理
反应母液中含Mgcl2约30%，通过冷冻机预处理，可回收部分KNO3后，液相用泵打入母液储存池销售或者制成固体氯化镁销售。
硝酸钠与氯化钾的复分解反应法
1、生产流程
用硝酸钠、氯化钾、硝酸钾与氯化钠的溶解度随温度变化不同的差异制得硝酸钾与氯化钠，硝酸钾在低温时有较大的结晶区，氯化钠在高温时有较大的结晶区, 析出硝酸钾后的母液再配以等摩尔的硝酸钠与氯化钾混合。
硝酸钠与氯化钾复分解生产硝酸钾工艺是新疆硝石( 主要成分为硝酸钠 ) 法，其工艺流程是氯化钾、硝石在循环母液中溶解后，经蒸发器蒸发、盐稠厚器增浓，再经离心洗涤机分离得氯化钠；分离母液及洗液加水调整浓度后，经真空冷却结晶、粗钾稠厚器增浓、粗钾离心洗涤机分离得粗硝酸钾；粗硝酸钾加水溶解，经真空冷却再结晶精钾稠厚器增浓、精钾离心洗涤机分离、干燥机干燥后即得工业硝酸钾产品。
2、工艺消耗定额
3、技术特点
该法是工业上采用的方法，优点是流程简单、操作方便、投资少、产品质量好、原料利用率高，生产过程中无废气、废水产生， 但由于硝酸钠价格远高于硝酸铵，而且副产品氯化钠母液市场价值不太，集中堆放对环境会造成污染，这成为制约该工艺发展的根本原因，因此国内基本淘汰了此生产方法。
3、技术特点
该法的优点是实现了盐的分离，交换液中硝酸钾纯度高，经蒸发浓缩一次就可得到工业品，工艺设备较简单，生产装置可连续运行，原料单耗相对较低。缺点是交换液中硝酸钾的浓度低，蒸发能耗高，设备制作需要钛材或钛钼镍合金，技术要求高，制造成本高，副产品氯化铵的售价低，但若排放又会造成污染，且浪费资源。硝酸铵与氯化钾离子交换法因蒸发能耗高，且有一定量废水产生与排放，将逐步被淘汰。
硝酸铵与氯化钾复分解法
1、生产流程
硝酸铵与氯化钾复分解法生产硝酸钾的工艺是将氯化钾在返回的母液中溶解， 经冷却结晶、增浓、离心分离与洗涤、干燥机干燥后得农业硝酸钾，分离所得钾母液经二效蒸发、冷却结晶、增浓、离心分离与洗涤得氯化铵产品，分离铵后的母液返回循环使用。农用硝酸钾经进一步重结晶处理后，制得工业硝酸钾。
2、工艺消耗定额
3、技术特点
该法蒸发能耗较低，原料利用率高，氯化铵回收容易，基本无环境污染，工艺设备简单，投资少。但产品外观、质量稍差，须重结晶以提高产品质量。副产品氯化铵可用作肥料，已成为我国生产硝酸钾的主要方法。
硝酸镁与氯化钾复分解生产法
该工艺采用硝酸镁与氯化钾复分解法，即利用硝酸、氯化钾和菱苦土（MgO）为原料，联合制取硝酸钾和氯化镁的新工艺，具有工艺流程简单，全封闭循环生产，操作安全、方便，无废水、废气、废渣的产生，且该工艺投资少、成本低、产品质量好，具有较好的前景。
产品质量达到以下质量指标：
1、工艺流程：
由HNO3、菱苦土及KCl按比例投入反应釜中，反应完全后经过滤除杂质预处理，冷却分离得一次晶相KNO3，再由二次精制、烘干、包装得成品KNO3；反应母液液相经预处理后进入母液池，然后销售给当地企业。
2、反应原理和过程
⑴HNO3转化KNO?3
该法以KCl和HNO3发生的复分解反应为基础，主要进行如下化学反应：
主反应：HNO3+KCl = KNO3+HCl
副反应：2Hcl+MgO = Mgcl2+H?2O
总反应：MgO+2HNO3+2KCL+5H2O=2KNO3+MgCL?6H2O
Kcl和HNO3的反应是可逆的，但当利用有机或无机添加剂分离除去反应产物中Hcl时，生成KNO3的反应便可进行完全。
本法通过加无机添加剂菱苦土与主要产物Hcl继续反应生成H2O，使制KNO3反应朝正方向推进。KNO3和Mgcl2在反应液中的质量的量比为2：1，且KNO3溶解度随温度变化较大，而Mgcl2溶解度随温度变化不大，故反应冷却工序首先生成一次晶相KNO3，再经120℃重溶解去杂质，冷却漂洗离心除氯化物，烘干除游离水分，包装得成品KNO3?。
3、反应母液处理
反应母液中含Mgcl2约30%，通过冷冻机预处理，可回收部分KNO3后，液相用泵打入母液储存池销售或者制成固体氯化镁销售。
硝酸-氯化钾溶剂萃取法
在一定温度下，将氯化钾溶于一定浓度的硝酸中，冷却至晶体析出，然后将母液中加入一定量的有机溶剂，搅拌均匀后静置分层，利用有机溶剂比重轻的原理进行分离。在这么多年的实验中，主要瓶颈是对副产盐酸的处理和设备的腐蚀。
如果能将盐酸妥善处理或充分利用，并对设备的腐蚀进行改造，该生产工艺将潜力巨大。
成功案例
硝酸钾（KNO3），分子量101.10，为无色斜方晶条结晶或白色粉末，也可造粒加工成粒状。
在工业方面，硝酸钾是重要的无机化工原料，工业级硝酸钾与农业级硝酸钾性能完全一致，其不同表现在纯度上，硝酸钾是制造黑色、引火线、焰花等的原料；机械热处理作淬火的盐浴；陶瓷工业用于制造彩釉；用作玻璃澄清剂，制造汽车灯玻璃、光学玻璃和显像管玻壳等。生产青霉素钾盐、利福平等医药。还用作选矿药剂。食用硝酸钾用作肉制品的发色剂、防腐剂。
在农业方面，农业硝酸钾是无氯钾肥，含有13%以上的硝钛铵和44%以上的氧化钾。全部都是小溶性养分，钾离子和硝酸根离子可很快被农作物吸收，是化学性质的钾氮复合肥，可明提高烟草、甜菜、柑桔、茶树干等经济作物的产量和品质。随着农业经济的快速发展，我国成为农用硝酸钾的主要消费国，市场前景广阔，市场潜力很大。提出实施农用硝酸钾项目，综合国内市场的迫切需求，可替代进口，有良好的经济效益和显著的社会效益。
1、我国目前硝酸钾生产工艺：
1.1硝酸钠与氯化钾的复分解反应法，产品质量好，但副产品氯化钠经济价值小，主产品与副产品的综合价值偏低，制约了其工艺的发展。
1.2硝酸铵与氯化钾离子交换法，因蒸汽能耗高，且产生一定的废水需要排放，逐步将淘汰。
1.3硝酸铵与氯化钾复分解法无环境污染，且副产品氯化铵能够作为肥料，现在成为我国生产硝酸钾的主要方法。
1.4硝酸镁与氯化钾复分解生产法，产品质量好，综合能耗低，虽然氯化钾单耗比其他稍高，但总生产成本高于其他工艺，故该工艺具有较强的市场竞争力。
2、工艺选择：
我们工艺采用硝酸镁与氯化钾复分解法，即利用硝酸、氯化钾和菱苦土（MgO）为原料，联合制取硝酸钾和氯化镁的新工艺，具有工艺流程简单，全封闭循环生产，操作安全、方便，无废水、废气、废渣的产生，且该工艺投资少、成本低、产品质量好，具有较好的前景。
产品质量达到以下质量指标：
指标名称 一级品 实验结果
硝酸钾/≧ 99.4 99.6
水分/% 0.30 0.0028
氯化物/以Nacl计，%≦ 0.1 0.07
不溶物/%≦ 0.05 0.03
3、工艺技术方案选择
3.1HNO3法制KNO3工艺流程框图如下：
由HNO3、菱苦土及KCl按比例投入反应釜中，反应完全后经过滤除杂质预处理，冷却分离得一次晶相KNO3，再由二次精制、烘干、包装得成品KNO3；反应母液液相经预处理后进入母液池，然后销售给当地企业。3.2反应原理和过程
（1）HNO3转化KNO?3
该法以KCl和HNO3发生的复分解反应为基础，主要进行如下化学反应：
主反应：HNO3+KCl = KNO3+HCl
副反应：2Hcl+MgO = Mgcl2+H?2O
总反应：MgO+2HNO3+2KCL+5H2O=2KNO3+MgCL?6H2O
Kcl和HNO3的反应是可逆的，但当利用有机或无机添加剂分离除去反应产物中Hcl时，生成KNO3的反应便可进行完全。
本法通过加无机添加剂菱苦土与主要产物Hcl继续反应生成H2O，使制KNO3反应朝正方向推进。KNO3和Mgcl2在反应液中的质量的量比为2：1，且KNO3溶解度随温度变化较大，而Mgcl2溶解度随温度变化不大，故反应冷却工序首先生成一次晶相KNO3，再经120℃重溶解去杂质，冷却漂洗离心除氯化物，烘干除游离水分，包装得成品KNO3?。
（2）反应母液处理
反应母液中含Mgcl2约30%，通过冷冻机预处理，可回收部分KNO3后，液相用泵打入母液储存池销售或者制成固体氯化镁销售。
硝酸钠与氯化钾的复分解反应法
1、生产流程
用硝酸钠、氯化钾、硝酸钾与氯化钠的溶解度随温度变化不同的差异制得硝酸钾与氯化钠，硝酸钾在低温时有较大的结晶区，氯化钠在高温时有较大的结晶区, 析出硝酸钾后的母液再配以等摩尔的硝酸钠与氯化钾混合。
硝酸钠与氯化钾复分解生产硝酸钾工艺是新疆硝石( 主要成分为硝酸钠 ) 法，其工艺流程是氯化钾、硝石在循环母液中溶解后，经蒸发器蒸发、盐稠厚器增浓，再经离心洗涤机分离得氯化钠；分离母液及洗液加水调整浓度后，经真空冷却结晶、粗钾稠厚器增浓、粗钾离心洗涤机分离得粗硝酸钾；粗硝酸钾加水溶解，经真空冷却再结晶精钾稠厚器增浓、精钾离心洗涤机分离、干燥机干燥后即得工业硝酸钾产品。
2、工艺消耗定额
|
项目 |
规格要求 |
单耗定额(t/t) |
|
硝酸钠 |
主含≥98% |
0.89 |
|
氯化钾 |
主含≥95%，水分≤2% |
0.86 |
|
冷却及工艺水 |
|
250 |
|
电 |
|
280 |
|
蒸汽 |
0.5-0.6MPa |
该法是工业上采用的方法，优点是流程简单、操作方便、投资少、产品质量好、原料利用率高，生产过程中无废气、废水产生， 但由于硝酸钠价格远高于硝酸铵，而且副产品氯化钠母液市场价值不太，集中堆放对环境会造成污染，这成为制约该工艺发展的根本原因，因此国内基本淘汰了此生产方法。
硝酸铵与氯化钾离子交换法
1、生产流程
离子交换法生产硝酸钾一般选用0 0 1×7型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂为交换剂。氯化钾溶液通过离子交换器中的铵型离子交换树脂时，溶液中的钾离子与树脂中的铵离子发生交换反应生成氯化铵溶液，树脂由铵型转变成钾型，此过程为吸附反应，硝酸铵溶液通过离子交换器中的钾型树脂时，溶液中的铵离子与树脂中的钾离子发生交换反应生成硝酸钾溶液，树脂由钾型转变成铵型，此过程为洗脱反应。
硝酸铵与氯化钾离子交换法生产硝酸钾工艺氯化钾溶解后打人离子交换柱内进行吸附反应，制得的氯化铵溶液经三效蒸发后，再经冷却结晶、增浓、 离心分离得氯化铵产品；硝酸钾溶液打入离子交换柱内进行洗脱反应并加入少量的碳酸钾，除去多余的氯化铵，制得的硝酸钾溶液经三效蒸发后，再经冷却结晶、增浓、离心分离、干燥即得硝酸钾产品。
2、工艺消耗定额
|
项目 |
规格要求 |
单耗定额(t/t) |
|
硝酸铵 |
主含≥99% |
1.12 |
|
氯化钾 |
主含≥95%，水分≤2% |
0.95 |
|
冷却及工艺水 |
|
220 |
|
电 |
|
190 |
|
蒸汽 |
0.5-0.6MPa |
11 |
该法的优点是实现了盐的分离，交换液中硝酸钾纯度高，经蒸发浓缩一次就可得到工业品，工艺设备较简单，生产装置可连续运行，原料单耗相对较低。缺点是交换液中硝酸钾的浓度低，蒸发能耗高，设备制作需要钛材或钛钼镍合金，技术要求高，制造成本高，副产品氯化铵的售价低，但若排放又会造成污染，且浪费资源。硝酸铵与氯化钾离子交换法因蒸发能耗高，且有一定量废水产生与排放，将逐步被淘汰。
硝酸铵与氯化钾复分解法
1、生产流程
硝酸铵与氯化钾复分解法生产硝酸钾的工艺是将氯化钾在返回的母液中溶解， 经冷却结晶、增浓、离心分离与洗涤、干燥机干燥后得农业硝酸钾，分离所得钾母液经二效蒸发、冷却结晶、增浓、离心分离与洗涤得氯化铵产品，分离铵后的母液返回循环使用。农用硝酸钾经进一步重结晶处理后，制得工业硝酸钾。
2、工艺消耗定额
|
项目 |
规格要求 |
单耗定额(t/t) |
|
硝酸铵 |
主含≥99% |
0.85 |
|
氯化钾 |
主含≥95%，水分≤2% |
0.78 |
|
冷却及工艺水 |
|
40 |
|
电 |
|
128 |
|
蒸汽 |
0.5-0.6MPa |
2.5 |
该法蒸发能耗较低，原料利用率高，氯化铵回收容易，基本无环境污染，工艺设备简单，投资少。但产品外观、质量稍差，须重结晶以提高产品质量。副产品氯化铵可用作肥料，已成为我国生产硝酸钾的主要方法。
硝酸镁与氯化钾复分解生产法
该工艺采用硝酸镁与氯化钾复分解法，即利用硝酸、氯化钾和菱苦土（MgO）为原料，联合制取硝酸钾和氯化镁的新工艺，具有工艺流程简单，全封闭循环生产，操作安全、方便，无废水、废气、废渣的产生，且该工艺投资少、成本低、产品质量好，具有较好的前景。
产品质量达到以下质量指标：
|
指标名称 |
一级品 |
实验结果 |
|
硝酸钾/≧ |
99.4 |
99.6 |
|
水分/% |
0.30 |
0.23 |
|
氯化物/以Nacl计，%≦ |
0.1 |
0.07 |
|
不溶物/%≦ |
0.05 |
0.03 |
工艺消耗定额
|
项目 |
规格要求 |
单耗定额(t/t) |
|
硝酸镁 |
主含≥98% |
0.88 |
|
氯化钾 |
主含≥95%，水分≤2% |
0.86 |
|
冷却及工艺水 |
|
10 |
|
电 |
|
160 |
|
蒸汽 |
0.5-0.6MPa |
1.0 |
由HNO3、菱苦土及KCl按比例投入反应釜中，反应完全后经过滤除杂质预处理，冷却分离得一次晶相KNO3，再由二次精制、烘干、包装得成品KNO3；反应母液液相经预处理后进入母液池，然后销售给当地企业。
2、反应原理和过程
⑴HNO3转化KNO?3
该法以KCl和HNO3发生的复分解反应为基础，主要进行如下化学反应：
主反应：HNO3+KCl = KNO3+HCl
副反应：2Hcl+MgO = Mgcl2+H?2O
总反应：MgO+2HNO3+2KCL+5H2O=2KNO3+MgCL?6H2O
Kcl和HNO3的反应是可逆的，但当利用有机或无机添加剂分离除去反应产物中Hcl时，生成KNO3的反应便可进行完全。
本法通过加无机添加剂菱苦土与主要产物Hcl继续反应生成H2O，使制KNO3反应朝正方向推进。KNO3和Mgcl2在反应液中的质量的量比为2：1，且KNO3溶解度随温度变化较大，而Mgcl2溶解度随温度变化不大，故反应冷却工序首先生成一次晶相KNO3，再经120℃重溶解去杂质，冷却漂洗离心除氯化物，烘干除游离水分，包装得成品KNO3?。
3、反应母液处理
反应母液中含Mgcl2约30%，通过冷冻机预处理，可回收部分KNO3后，液相用泵打入母液储存池销售或者制成固体氯化镁销售。
硝酸-氯化钾溶剂萃取法
在一定温度下，将氯化钾溶于一定浓度的硝酸中，冷却至晶体析出，然后将母液中加入一定量的有机溶剂，搅拌均匀后静置分层，利用有机溶剂比重轻的原理进行分离。在这么多年的实验中，主要瓶颈是对副产盐酸的处理和设备的腐蚀。
如果能将盐酸妥善处理或充分利用，并对设备的腐蚀进行改造，该生产工艺将潜力巨大。
成功案例
