一种高堆积密度大比表面积碳酸钾的生产方法与流程

本发明属于无机化工领域，具体涉及碳酸钾生产技术，特别是涉及一种高堆积密度大比表面积碳酸钾的生产方法。

背景技术：

1、碳酸钾是无机盐基础化工原料，是生产醋酸钾、氟化钾、亚砷酸钾和山梨酸钾的原料，也常用于化工、医药、农药和化肥，随着科技的发展，碳酸钾的用途越来越广。随着农药和建材等行业需求减少，碳酸钾主要集在医药、新材料和新能源等高端行业。高端需求近年来快速增长，但是对产品质量也提出更高的要求。除对化学指标提出要求之外，还对如比表面积、堆积密度和沉降速度等提出更严格的要求。

2、在有机合成领域，随着环保、安全和质量方面的要求提高，碳酸钾的化学指标和物理性能提升是帮助它们实现目标的助推剂，因此提升碳酸钾的物理性能是本行业迫切希望解决的问题。

3、目前商业化碳酸钾生产工艺有：离子交换法和离子膜电解碳化法两种方法。

4、离子膜电解碳化法：在生产碳酸钾过程中，原料氯化钾经过精制处理、电解、蒸发浓缩、碳酸化和干燥过程。由于需要电解，能耗非常高，加上副产液氯市场需求波动大，造成离子膜电解法生产碳酸钾成本不具备优势。同时离子膜电解碳化法得到的是重质碳酸钾，在化工、医药、农药和新材料领域的应用受限，主要体现在以下几个方面的缺点：堆积密度太高(达到1.2～1.5g/ml)、比表面积小(常规粒径的比表面积仅为0.05～0.10m2/g，粉碎300目的时候仅为0.2～0.3m2/g)、而且还存在沉降速度快的问题。

5、离子交换法：离子交换法以氯化钾和碳酸氢铵为原料，通过离子交换塔，分别得到碳酸氢钾和氯化铵溶液。碳酸氢钾溶液通过蒸发结晶、离心分离、高温煅烧，得到碳酸钾产品。离子交换法所得常规的碳酸钾堆积密度为0.75～0.85g/ml、比表面积0.45～0.6m2/g。虽然经过粉碎后比表面积可以提高到1.0～1.2m2/g，但堆积密度更低(约为0.45～0.55g/ml)，影响在有机溶剂中的分布和沉降，比表面积和堆积密度成为一对难以调和的矛盾。

6、比如有农药精奎禾灵合成过成中，需要碳酸钾的比表面积大，但同时也需要堆积密度也高，否则对其生产会造成负面影响。对于如何提高产品比表面积，公知的报道和专利也不少，但关于如何提高碳酸钾的比表面积还未查到相关文献或专利，更没有查到如何提高比表面积又要保证更高的堆积密度相关的公知技术。

7、中国科学院过程工程研究所刘海弟等开发的一种具有高比表面积的碳酸钙的生产方法(cn202410031099.8)，在氧化钙溶液中添加腐植酸或腐植酸钠或顺丁烯二酸酐和丙烯酰胺的共聚物，再通过碳酸化、过滤和烘干(80-100℃)，得到具有高比表面积的碳酸钙(比表面积高达33.52-54.83m2/g)，且其粒度有所细化，在烟气脱硫和钢水脱硫操作中都有好的捕硫效果。

8、中国石油天然气股份有限公司的郭巧霞等公开的一种高比表面积有机膨润土的制备方法(cn201310187451.6)，将钠基膨润土与有机改性剂进行反应，之后冷却至室温，再进行分离，得到高比表面积有机膨润土的粗产物，再经洗涤、真空抽滤、干燥、研磨和过筛，得到最终高比表面的有机膨润土，比表面积提高了30-90m2/g。

9、天津赫维科技有限公司叶丽光等公开的一种高比表面积磷酸亚铁锂/c复合材料的制备方法，把高比面积的活性炭和磷酸亚铁锂正极材料进行混合，加入分析纯无水乙醇，研磨，把混合物倒入小型分散盘式搅拌机，再加入2％聚乙烯醇水溶液，制得均匀的浆体，再把浆体在100℃鼓风干燥箱中干燥3-5h成块状固体，再把块状固体在氮气保下以2℃/min的加热速度加热到580℃烧结，研磨并过325目筛得到高比表面积的磷酸亚铁锂/c复材料。

10、肇庆金三硅材料有限公司的洪清华等公开一种洗衣粉用高比表面积二氧化硅及其制备方法应用(201510452397.2)，以甘油为助剂进行制备高比表面积洗衣粉用二氧化硅。

11、邓金营公开的一种高反应性和高比表面积氢氧化钙粉体的制备方法(201910522758.4)，将粉碎后的生石灰加入到含化学添加剂的水中进行消化，经烘干、粉碎和分级，得到高反应活性和高比表面积的氢氧化钙粉体。

12、九江中船化学科技有限公司的韩亚军等公司了一种高比表面积氧化钙干燥剂及其制备方法(201910902066.2)，将钙盐和螯合剂配合混合液，调节ph到2-5，60-100℃进行蒸发浓缩，然后在100-120℃下进行干燥，在氮气保护下于200-270℃下焙烧0.5-1h，压制成型后于270-400℃下焙烧3-7h，制得具有高比面积、多孔的氧化钙干燥剂。

13、从上述的多项专利公开的技术可以看出，想得到高比表面积的产品，基本都是通过添加有机或无机助剂，再通过煅烧或烘干、粉碎等途径得到目标产品。

14、但对于碳酸钾来说，人为的添加入有机或无机的助剂来提高比表面积显然不可行，因为碳酸钾的用户主要是集中在医药、化工或新材料行业，他们对外来杂质的控制要求非常严苛。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种不需要添加有机或无机助剂来生产高堆积密度大比表面积(比表面积为1.0～1.2m2/g，堆积密度0.82～0.86g/ml)的碳酸钾的生产技术。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种高堆积密度大比表面积碳酸钾的生产方法，所需生产装置包括转窑炉，转窑炉依次分为作为投料端的转窑炉头、作为工作部分的炉工作段、作为出料端的转窑炉尾，在炉工作段设有换热器，换热器管道内通入高温高压蒸汽(高压过热蒸汽)作为转窑炉的炉工作段的加热热源；投料装置(碳酸氢钾投料口)与转窑炉头相连通，转窑炉尾处设置有出料阀门，出料阀门通过碳酸钾返料管道(循环管路)与转窑炉头相连通；

3、生产方法包括以下步骤：

4、1)、通过投料装置将碳酸氢钾投入转窑炉头，随着转窑炉的转动与煅烧后返回至转窑炉头的高温碳酸钾进行混合，得高温碳酸氢钾和碳酸钾的混合物，该混合物的温度为160～165℃，以此作为反应物料；

5、2)、步骤1)所得的反应物料(即，高温碳酸氢钾和碳酸钾的混合物)随着转窑炉的转动，进入炉工作段内进行煅烧，得煅烧后的碳酸钾；

6、3)、步骤2)煅烧后所得的碳酸钾命名为高温碳酸钾，所述高温碳酸钾进入转窑炉尾后通过控制出料阀门分成两路，其中一部分作为碳酸钾成品(经冷却后、筛分、包装和称重，得碳酸钾成品)；另一部分通过碳酸钾返料管道返回至转窑炉头内，从而与通过投料装置进入转窑炉头的碳酸氢钾进行混合，得高温的碳酸氢钾和碳酸钾的混合物。从而实现循环生产。

7、作为本发明的一种高堆积密度大比表面积碳酸钾的生产方法的改进，步骤1)：通过控制碳酸氢钾的进料速度和煅烧后返回的高温碳酸钾的数量，控制所得高温碳酸氢钾和碳酸钾的混合物的温度为160～165℃(位于转窑炉头内的温度)。

8、作为本发明的一种高堆积密度大比表面积碳酸钾的生产方法的进一步改进：换热器管道内流通的高温高压蒸汽(高压过热蒸汽)的压力3.2～3.5mpa，温度在255～265℃。

9、作为本发明的一种高堆积密度大比表面积碳酸钾的生产方法的进一步改进：步骤2)中，控制高温碳酸氢钾和碳酸钾的混合物(温度为160～165℃)进入炉工作段中的升温速率为4～6℃/min。

10、说明：可通过调整蒸汽压力、温度和转窑炉的转动转速等，控制升温速率进行煅烧。

11、作为本发明的一种高堆积密度大比表面积碳酸钾的生产方法的进一步改进：控制高温碳酸钾(即，控制步骤2)煅烧后所得碳酸钾)温度为205～220℃。

12、作为本发明的一种高堆积密度大比表面积碳酸钾的生产方法的进一步改进：控制炉工作段内的反应物料的流动速度为1.8～2.2m/min。

13、作为本发明的一种高堆积密度大比表面积碳酸钾的生产方法的进一步改进：步骤2)煅烧后所得碳酸钾的比表面积为1.0～1.2m2/g，堆积密度0.82～0.86g/ml。

14、本发明具有工艺简单、控制容易、产品质量优的技术优势，而且不需要人为添加其它化学药剂来进行改性，所得碳酸钾具有比表面积大、堆积密度高的优点。采用本发明的方法能解决行业中比表面积大和堆积密度高的一对难以兼顾的矛盾。

15、本发明通过巧妙的利用煅烧后的碳酸钾进行返料，对转窑炉内的煅烧起始温度进行快速和精准控制，并提高物料的流动性，减少碳酸氢钾因高温煅烧物造成料粘结的难题。

16、综上，本发明是提供一种不需要添加有机或无机助剂来提高碳酸钾比表面积的技术，并且要保证碳酸钾的堆积密度要大，纯粹通过煅烧参数的控制来实现上述目标。