閆建華，段正康，章澤成，謝　帆，李　晟，張　濤

(1.湘潭大學(xué)化工學(xué)院，湘潭　411105；2.湖南丹化農(nóng)資有限公司，湘潭　411134)

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氯化鉀質(zhì)量對(duì)復(fù)分解法生產(chǎn)光波級(jí)硝酸鉀化學(xué)強(qiáng)化玻璃的影響分析

閆建華1，段正康1，章澤成2，謝帆1，李晟1，張濤1

(1.湘潭大學(xué)化工學(xué)院，湘潭411105；2.湖南丹化農(nóng)資有限公司，湘潭411134)

玻璃化學(xué)強(qiáng)化過程中，KNO3熔鹽的活性對(duì)離子交換反應(yīng)起著關(guān)鍵的作用，高品質(zhì)的光波級(jí)KNO3是玻璃強(qiáng)化的現(xiàn)實(shí)需要。氯化鉀與硝酸銨復(fù)分解法生產(chǎn)光波級(jí)硝酸鉀技術(shù)中，氯化鉀質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)工藝及硝酸鉀的品質(zhì)有著重要的影響。根據(jù)文獻(xiàn)資料，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室研究與生產(chǎn)實(shí)踐，從氯化鉀的無機(jī)鹽雜質(zhì)含量、有機(jī)雜質(zhì)、晶態(tài)以及粒度大小等方面，系統(tǒng)地探討了氯化鉀質(zhì)量對(duì)復(fù)分解法生產(chǎn)光波級(jí)硝酸鉀工藝及產(chǎn)品的影響，并提出了提高光波級(jí)硝酸鉀品質(zhì)的可行性方法?？蔀楹侠磉x擇原料氯化鉀應(yīng)用于光波級(jí)硝酸鉀生產(chǎn)提供一定的指導(dǎo)作用，對(duì)進(jìn)一步提升硝酸鉀品質(zhì)及離子交換質(zhì)量具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

氯化鉀；質(zhì)量；復(fù)分解法；硝酸鉀；化學(xué)強(qiáng)化玻璃

1　引　言

玻璃化學(xué)強(qiáng)化工藝，由于其內(nèi)在的工藝特征，又稱之為離子交換工藝，是目前薄玻璃及異性玻璃最常用的化學(xué)增強(qiáng)工藝[1]。玻璃離子交換工藝的首次提出最早可追溯到1962年，Kistler[2]以硅酸鹽玻璃為原料進(jìn)行的K+與Na+交換的研究。經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的科研與技術(shù)工作者已經(jīng)逐漸掌握了化學(xué)強(qiáng)化技術(shù)[3,4]。

隨著玻璃化學(xué)強(qiáng)化技術(shù)的提升及高端玻璃制備產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)玻璃專用硝酸鉀的需求提出了更高的要求，尤其在硝酸鉀的質(zhì)量方面。一直以來，KNO3鹽浴的活性及使用壽命是企業(yè)家關(guān)注的問題之一，高品質(zhì)的KNO3是提高離子交換反應(yīng)活性、提升玻璃強(qiáng)化質(zhì)量及延長(zhǎng)熔鹽使用壽命的前提與保障。

長(zhǎng)期以來，我國(guó)硝酸鉀生產(chǎn)主要以氯化鉀-硝酸鈉轉(zhuǎn)化法、離子交換法、氯化鉀-硝酸銨復(fù)分解循環(huán)法三種方法為主[5-7]。近年來，氯化鉀-硝酸銨復(fù)分解循環(huán)法因同時(shí)具備蒸發(fā)能耗低、原料利用率高、基本無環(huán)境污染及工藝設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而備受企業(yè)家的青睞[8-10]。氯化鉀和硝酸銨復(fù)分解制備硝酸鉀的生產(chǎn)工藝在工業(yè)上又被稱之為Auby法[11]，其工藝原理是基于由氯化鉀、硝酸銨、硝酸鉀和氯化銨組成的四元相圖，通過選擇合理的操作條件依次完成硝酸鉀與氯化銨的結(jié)晶與分離[12,13]。

目前，我國(guó)光波級(jí)硝酸鉀生產(chǎn)過程中仍存在氯化鉀原料選擇盲目、產(chǎn)品除雜工序復(fù)雜、硝酸鉀純度有待提升等系列弊端。在我國(guó)光波級(jí)硝酸鉀生產(chǎn)技術(shù)尚未成熟、產(chǎn)品品質(zhì)不能完全滿足市場(chǎng)需求的嚴(yán)峻形勢(shì)下，如何合理選擇不同質(zhì)量的生產(chǎn)原料，盡可能的提升規(guī)模化生產(chǎn)的產(chǎn)量及產(chǎn)品品質(zhì)，以滿足日益增長(zhǎng)的玻璃專用硝酸鉀產(chǎn)品的市場(chǎng)需要，是目前國(guó)內(nèi)光波級(jí)硝酸鉀生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需要。

因此，根據(jù)不同質(zhì)量氯化鉀的差異，基于實(shí)驗(yàn)室探究及生產(chǎn)實(shí)踐，系統(tǒng)性地探討氯化鉀質(zhì)量對(duì)復(fù)分解法生產(chǎn)光波級(jí)硝酸鉀的工藝及產(chǎn)品質(zhì)量的影響顯得尤為必要。一方面，根據(jù)生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量要求的不同，對(duì)光波級(jí)硝酸鉀生產(chǎn)過程中如何合理選擇原料氯化鉀具有一定的指導(dǎo)作用；另一方面，基于原料氯化鉀質(zhì)量的不同，從生產(chǎn)源頭出發(fā)，為企業(yè)工藝優(yōu)化提供了可行性的理論參考，避免了盲目的工藝改造的現(xiàn)象，為節(jié)能減耗、提升硝酸鉀品質(zhì)及進(jìn)一步強(qiáng)化離子交換質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2　KCl質(zhì)量對(duì)光波級(jí)KNO3生產(chǎn)的影響

氯化鉀作為復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀的主要原料之一，氯化鉀的質(zhì)量對(duì)硝酸鉀的品質(zhì)起著決定性的影響。硝酸鉀規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，不同生產(chǎn)企業(yè)不同品牌的氯化鉀質(zhì)量存在很大的差異，主要體現(xiàn)在純度、晶態(tài)及粒度等諸多方面，這些方面的差異正是制約我國(guó)復(fù)分解生產(chǎn)工藝進(jìn)一步發(fā)展及KNO3品質(zhì)提升的諸多因素之一。

2.1無機(jī)鹽雜質(zhì)

從化學(xué)工程的角度講，原料氯化鉀中無機(jī)鹽雜質(zhì)的含量與提鉀工藝的選擇及富鉀礦礦物組成密切相關(guān)[14]，國(guó)內(nèi)外富鉀礦主要為含KCl、NaCl、MgCl2及少量CaCl2的鉀石鹽或光鹵石。在氯化鉀提取中，勢(shì)必會(huì)引起Na+、Mg2+及Ca2+等雜質(zhì)對(duì)氯化鉀質(zhì)量的影響，其中Ca2+大多以結(jié)晶CaSO4的形式存在[15]。在反應(yīng)與分離過程中，NaCl、MgCl2及CaSO4等雜質(zhì)都將會(huì)通過結(jié)晶的形式進(jìn)入硝酸鉀晶體中，降低了硝酸鉀的品質(zhì)。

光學(xué)玻璃專用硝酸鉀中Na+、Mg2+及Ca2+等雜質(zhì)離子的積累與富集將通過影響KNO3鹽浴的活性，進(jìn)而制約著離子交換質(zhì)量。Eisenman[16]、張向晨等[17,18]通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了熔鹽中的Ca2+、Sr2+、Ba2+等雜質(zhì)離子在積累到一定濃度后將對(duì)K+-Na+交換產(chǎn)生阻止效應(yīng)和抑制效應(yīng)。數(shù)據(jù)表明，當(dāng)熔鹽中相應(yīng)二價(jià)離子的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到0.05%～1% 時(shí)，便將對(duì)離子交換產(chǎn)生明顯的抑制作用。其中，Ca2+的含量對(duì)KNO3熔鹽活性影響最大。劉沈龍等[19]通過向熔鹽中添加不同濃度的Ca2+研究了Ca2+對(duì)K+-Na+交換的影響，結(jié)果表明當(dāng)熔鹽中Ca2+摩爾分?jǐn)?shù)增至0.02% 時(shí)，離子交換幾乎停止，KNO3熔鹽已經(jīng)完全失去活性。

硝酸鉀生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)反應(yīng)體系中的Na+積累到一定濃度后，一部分Na+會(huì)以NaNO3形式隨KNO3一同結(jié)晶而進(jìn)入粗品硝酸鉀中，剩余部分將在母液中繼續(xù)富集。硝酸鉀產(chǎn)品中少量Na+的存在不僅降低了產(chǎn)品純度，還會(huì)加速硝酸鉀吸潮而結(jié)塊。如果產(chǎn)品硝酸鉀中的雜質(zhì)Na+不予以去除，離子交換反應(yīng)時(shí)，KNO3熔鹽中的Na+將吸附于熔鹽與玻璃接觸表面，阻塞離子交換通道，進(jìn)而抑制K+-Na+的交換，當(dāng)聚集到一定濃度后便會(huì)導(dǎo)致KNO3熔鹽完全失活。數(shù)據(jù)表明，當(dāng)熔鹽中Na+的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5% 時(shí)，玻璃化學(xué)強(qiáng)化過程便開始受到很大程度上的制約[20]。

MgCl2溶解度變化趨勢(shì)基本與產(chǎn)品硝酸鉀一致，這就增大了反應(yīng)液中MgCl2結(jié)晶析出的可能性。長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，以國(guó)產(chǎn)某氯化鉀為原料連續(xù)化操作，產(chǎn)品未經(jīng)任何除鎂工藝處理時(shí)，Mg2+的質(zhì)量含量高達(dá)0.2%～0.5%。此外，當(dāng)硝酸鉀母液中MgCl2增至10 g/L時(shí)，母液蒸發(fā)槽加熱盤管上面便結(jié)上了一層清晰可見的MgCl2鹽層，降低了換熱效果，增加了加熱能耗[21]。

CaSO4為難溶性雜質(zhì)，在硝酸鉀反應(yīng)體系中主要以粉末、沉淀形態(tài)存在。結(jié)晶前，如果不對(duì)硝酸鉀反應(yīng)液予以過濾等操作，雜質(zhì)CaSO4將直接進(jìn)入產(chǎn)品硝酸鉀中。一方面，增加了后續(xù)精制過程的操作難度；另一方面，導(dǎo)致了粗鉀離心過濾時(shí)過濾孔的堵塞，需要定期不斷更換濾布以滿足生產(chǎn)需求，制約了過濾工序的正常運(yùn)行，降低了生產(chǎn)效率。殘留在KNO3中的Ca2+是制約離子交換反應(yīng)高效進(jìn)行的關(guān)鍵因素之一，嚴(yán)格控制玻璃專用KNO3中Ca2+含量對(duì)提升離子交換質(zhì)量具有實(shí)質(zhì)性的意義。

離子交換反應(yīng)所用鹽浴的活性及使用壽命，在很大程度上取決于KNO3的純度。然而，復(fù)分解法生產(chǎn)玻璃專用硝酸鉀工藝中，原料氯化鉀夾帶的少量NaCl、MgCl2及CaSO4等無機(jī)鹽雜質(zhì)是影響生產(chǎn)工藝及硝酸鉀品質(zhì)的最重要因素。確保原料氯化鉀中雜質(zhì)含量最低是維持復(fù)分解法循環(huán)工藝有條不紊進(jìn)行的基礎(chǔ)，更是提升光波級(jí)硝酸鉀品質(zhì)以及進(jìn)一步提升離子交換質(zhì)量的根本性保障。

2.2有機(jī)雜質(zhì)

氯化鉀中有機(jī)雜質(zhì)主要指由于浮選生產(chǎn)工藝的特殊性，吸附在氯化鉀表面的微量浮選劑。同樣地，部分或大部分浮選劑也會(huì)通過反應(yīng)等過程進(jìn)入硝酸鉀結(jié)晶體系而吸附在產(chǎn)品硝酸鉀表面，溶解過程存在的泡沫將制約著硝酸鉀的應(yīng)用。在高端玻璃制備過程中，硝酸鉀熔融時(shí)出現(xiàn)的泡沫均需要徹底清除，以提升玻璃化學(xué)強(qiáng)化質(zhì)量[22]。

在全球范圍內(nèi)，以浮選方式生產(chǎn)的氯化鉀占總產(chǎn)量的90%[23]。浮選生產(chǎn)工藝的基本原理，就是根據(jù)氯化鉀或者氯化鈉表面特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，通過使用不同類型的浮選藥劑而改變氯化鉀或者氯化鈉表面的疏水性，從而完成浮選分離[24,25]。不管是正浮選工藝還是反浮選工藝，均出現(xiàn)了氯化鉀表面對(duì)浮選藥劑不同程度的吸附現(xiàn)象[26,27]。

近年來，化鉀工序中多會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)液浮有白色泡沫的現(xiàn)象。進(jìn)一步的分析及文獻(xiàn)研究確定，白色泡沫系氯化鉀表面所帶微量浮選藥劑所致[28]。生產(chǎn)過程中需要人工用鋼砂網(wǎng)將泡沫打撈除掉，不僅增加了勞動(dòng)力，還會(huì)污染環(huán)境。如果對(duì)泡沫不及時(shí)清理，這些泡沫將扮演“隔膜”的角色阻礙著反應(yīng)液與空氣的熱交換，延長(zhǎng)了結(jié)晶時(shí)間，降低了結(jié)晶率。更關(guān)鍵地，結(jié)晶后，部分泡沫將不同程度的吸附在硝酸鉀表面，降低了強(qiáng)化玻璃的光學(xué)性能。

實(shí)驗(yàn)室探究發(fā)現(xiàn)，以青海某企業(yè)通過熱熔-結(jié)晶法生產(chǎn)的氯化鉀制備硝酸鉀時(shí)，反應(yīng)體系不存在泡沫的影響。另外，根據(jù)熱熔-結(jié)晶法的工藝原理[29,30]基本可以確定，以熱熔-結(jié)晶法生產(chǎn)的氯化鉀表面不存在具有起泡效果的有機(jī)雜質(zhì)。

2.3KCl晶態(tài)

從氯化鉀種類分析，氯化鉀晶態(tài)是影響光波級(jí)硝酸鉀晶型的最主要因素，不同晶型的KCl及生產(chǎn)工藝將得到不同晶態(tài)的KNO3。不同晶態(tài)的KNO3化學(xué)結(jié)構(gòu)存在一定的差異，化學(xué)結(jié)構(gòu)的特殊性勢(shì)必會(huì)引起物化性能的不同。研究表明，KNO3晶態(tài)是影響強(qiáng)化玻璃熔鹽活性很關(guān)鍵的一個(gè)因素。

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的KNO3有α，β，γ等7種不同的晶態(tài)[31,32]，并且伴有正交、三斜等晶系。我們研究發(fā)現(xiàn)，不同晶態(tài)以及晶系的KNO3用于玻璃強(qiáng)化離子交換源時(shí)，會(huì)在玻璃中的Na+與熔鹽中的K+定向置換的過程中表現(xiàn)出不同的反應(yīng)傾向，即反應(yīng)活性。同時(shí)，在熔鹽使用壽命方面，不同晶態(tài)KNO3在強(qiáng)化過程中使用周期不同，也就是在相同的離子交換工藝條件下受離子交換污染而引起熔鹽失活的速率存在很大的差異。其中，正交晶系的α-KNO3相對(duì)于其它晶態(tài)的KNO3具有更高的反應(yīng)活性及較長(zhǎng)的使用壽命[33]。這就引導(dǎo)我們?cè)谏a(chǎn)光波級(jí)硝酸鉀時(shí)，盡量選擇一定晶態(tài)的原料KCl，以獲得具有高離子交換活性α-KNO3。

KCl具備多種晶體形態(tài)，主要有B1(NaCl-type)、B2(CsCl-type)、B3(Zincblende)及T1(tetragonal structure) 四種[34]，并且這四種晶態(tài)可以在不同外界條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)化[35，36]。特別地，XRD測(cè)試分析結(jié)果顯示，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)所售工業(yè)氯化鉀主要為B1(a=b=c，α=β=γ=90°，Z=4)與B2(a=b=c，α=β=γ=90°，Z=1)兩種不同晶態(tài)。在用于復(fù)分解反應(yīng)生產(chǎn)硝酸鉀時(shí)，原料KCl形態(tài)與產(chǎn)品KNO3形態(tài)存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。連續(xù)循環(huán)探究發(fā)現(xiàn)，常壓下，以B1晶態(tài)KCl作為原料制備KNO3時(shí)，產(chǎn)品硝酸鉀為單一晶態(tài)的α-KNO3；以B2晶態(tài)的KCl作為原料時(shí)，硝酸鉀為單一晶態(tài)的β-KNO3。將B1晶態(tài)KCl與B2晶態(tài)KCl按照一定比例混合后作為原料，則制備的硝酸鉀為α-KNO3與β-KNO3的混合晶態(tài)，且二者的比例與不同晶態(tài)KCl的配比幾乎一致。但是，當(dāng)反應(yīng)壓力達(dá)到0.1GPa時(shí)，以B1晶態(tài)KCl作為原料制備的KNO3大部分為β晶態(tài)，僅有質(zhì)量含量小于10%的KNO3為α晶態(tài)。

所述的KCl晶態(tài)與KNO3晶態(tài)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為生產(chǎn)玻璃專用高活性的α-KNO3提供了一定的指導(dǎo)作用。目前，雖已宏觀確定B1晶態(tài)及B2晶態(tài)KCl與復(fù)分解反應(yīng)后KNO3晶態(tài)的關(guān)系，但是對(duì)于以不常見的B3晶態(tài)及T1晶態(tài)KCl制備的硝酸鉀所屬晶型尚不能確定，并且反應(yīng)過程中KCl與KNO3晶型的內(nèi)在轉(zhuǎn)換機(jī)制尚不清晰，還需進(jìn)一步的研究。

2.4粒度

氯化鉀粒度的大小是氯化鉀生產(chǎn)過程必須嚴(yán)格控制的重要參數(shù)之一，也是影響硝酸鉀生產(chǎn)工藝操作的關(guān)鍵因素。我國(guó)施行的工業(yè)級(jí)氯化鉀國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中未對(duì)氯化鉀粒度做明確的要求，而氯化鉀第二生產(chǎn)大國(guó)俄羅斯在其施行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ГОСТ 4568-95中就氯化鉀粒度作了規(guī)范性約束。根據(jù)約束要求，氯化鉀粒度可以分為I≤0.1 mm，0.1 mm≤I≤0.4 mm及I≥0.4 mm等不同的等級(jí)。

氯化鉀粒度直接影響著硝酸鉀的粒度大小。生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在結(jié)晶時(shí)間及冷卻速度等其它工藝參數(shù)均一致的條件下，硝酸鉀的粒度在一定程度上取決于氯化鉀的粒度。具體來講，氯化鉀粒徑小于0.15 mm時(shí)，所生產(chǎn)的硝酸鉀顆粒均勻、細(xì)膩，平均粒徑在0.2 mm左右；氯化鉀粒度增加至0.4 mm時(shí)，所生產(chǎn)的硝酸鉀顆粒較大，平均粒徑大于0.6 mm。硝酸鉀粒度大小不僅關(guān)系到硝酸鉀的儲(chǔ)存及運(yùn)輸，還將影響著其應(yīng)用。在儲(chǔ)存與吸潮方面，硝酸鉀晶體粒度越小，比表面積越大，越易吸潮，反應(yīng)活性低；相反，硝酸鉀結(jié)晶顆粒大，單位體積的接觸點(diǎn)少，比表面積小，不易吸潮、結(jié)塊[37]。在應(yīng)用于玻璃化學(xué)強(qiáng)化方面，顆粒太小的硝酸鉀容易造成顆粒飛揚(yáng)，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)操作環(huán)境惡劣；顆粒大的硝酸鉀熔融需要的能耗高。

總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，比較硝酸鉀生產(chǎn)中化鉀能耗、產(chǎn)品硝酸鉀顆粒及玻璃強(qiáng)化車間環(huán)境等因素，確定原料氯化鉀平均粒徑穩(wěn)定在0.25 mm左右為最佳。

3　提高光波級(jí)硝酸鉀品質(zhì)方法的探討

復(fù)分解法生產(chǎn)光波級(jí)硝酸鉀工藝中，原料氯化鉀的質(zhì)量對(duì)硝酸鉀的品質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。一般地，高質(zhì)量的氯化鉀可以從根本上降低反應(yīng)體系中的雜質(zhì)含量，且生產(chǎn)的硝酸鉀產(chǎn)品粒度均勻、顏色亮白；相反，低品位的氯化鉀將會(huì)通過溶解、反應(yīng)等過程向體系中引入大量的雜質(zhì)，增加了過濾等除雜單元操作強(qiáng)度的同時(shí)，降低了硝酸鉀的結(jié)晶率與純度，限制了硝酸鉀在玻璃化學(xué)強(qiáng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用。因此，基于目前硝酸鉀生產(chǎn)工藝及不同質(zhì)量氯化鉀對(duì)硝酸鉀生產(chǎn)的影響，提出提高光波級(jí)硝酸鉀品質(zhì)的方法，將為“低能耗 高質(zhì)量”的工業(yè)化生產(chǎn)提供良好的指導(dǎo)作用。秉承從降低生產(chǎn)能耗、減小投資成本及最大限度的提升硝酸鉀品質(zhì)的目的出發(fā)，提高復(fù)分解法生產(chǎn)光波級(jí)硝酸鉀品質(zhì)的方法包括幾個(gè)方面：

(1)從提高KNO3活性及提升離子交換質(zhì)量角度出發(fā)，盡量選擇B1單晶的KCl為原料。這樣一來，在常壓下，便可獲得玻璃專用高活性的α-KNO3，對(duì)加快離子交換速率及延長(zhǎng)熔鹽使用壽命具有重要的意義。

(2)氯化鉀中的離子雜質(zhì)是影響硝酸鉀生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品的決定性因素，這就引導(dǎo)我們?cè)谶B續(xù)化生產(chǎn)中，要根據(jù)所用氯化鉀中離子雜質(zhì)種類及含量的不同，“因雜提純”，建立與之相統(tǒng)一的除雜工序。避免了盲目工藝改進(jìn)的現(xiàn)象，提高了硝酸鉀產(chǎn)品的純度。

(3)氯化鉀中的微量有機(jī)雜質(zhì)可以在化鉀工序中通過物理吸附等方式處理，以避免有機(jī)物對(duì)后續(xù)工序的影響。氯化鉀溶于水時(shí)，這些有機(jī)雜質(zhì)多以泡沫的形態(tài)存在，通過物理吸附后集中處理，操作簡(jiǎn)單，避免了化學(xué)除雜對(duì)反應(yīng)體系可能造成的二次污染。

(4)硝酸鉀粒度也是制約其應(yīng)用的一個(gè)重要因素，生產(chǎn)中可以通過控制硝酸鉀冷卻速度及結(jié)晶時(shí)間，盡量獲得粒度均勻的硝酸鉀產(chǎn)品。

4　結(jié)語與展望

復(fù)分解法生產(chǎn)光波級(jí)硝酸鉀的工藝及產(chǎn)品的質(zhì)量受多方面因素的影響，其中氯化鉀的質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)起著舉足輕重的作用。氯化鉀在純度、晶態(tài)及粒度等方面的差異，將不同程度的影響著硝酸鉀產(chǎn)品的品質(zhì)。目前，在復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀技術(shù)日趨成熟的趨勢(shì)下，選擇高質(zhì)量的氯化鉀是提升硝酸鉀品質(zhì)的前提，也是硝酸鉀生產(chǎn)企業(yè)與玻璃化學(xué)強(qiáng)化企業(yè)節(jié)能降耗、創(chuàng)造效益的關(guān)鍵。基于實(shí)驗(yàn)室小試及生產(chǎn)等實(shí)踐，通過研究探討氯化鉀質(zhì)量對(duì)硝酸鉀生產(chǎn)的影響以促進(jìn)我國(guó)玻璃專用硝酸鉀生產(chǎn)技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，是目前我國(guó)光波級(jí)硝酸鉀生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需要。

盡管本文已就氯化鉀質(zhì)量對(duì)光波級(jí)硝酸鉀生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品品質(zhì)的影響做了一定研究與分析，并且針對(duì)影響規(guī)律提出了提高光波級(jí)硝酸鉀品質(zhì)的方法，但是在工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)中還要根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀，及時(shí)總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)力爭(zhēng)不斷提升硝酸鉀品質(zhì)。經(jīng)過眾多相應(yīng)技術(shù)工作者的不懈努力，必將促使我國(guó)光波級(jí)硝酸鉀生產(chǎn)的工藝技術(shù)達(dá)到一個(gè)更高的水平，確保高品質(zhì)的硝酸鉀產(chǎn)品能夠滿足自我需要，引導(dǎo)著我國(guó)玻璃化學(xué)強(qiáng)化技術(shù)的不斷提升。

[1]René G.Ion exchange for glass strengthening[J].Materials Science and Engineering:B,2008,149(2):159-165．

[2]Kistler S S.Stresses in glass produced by nonuniform exchange of monovalent ions[J].J.Am.Ceram.Soc,1962,45(2):59-68.

[3]張峙琪,李偉捷,楊修春,等.超薄玻璃化學(xué)鋼化的研究進(jìn)展[J].玻璃與陶瓷,2009,37(4):40-49．

[4]Karlsson S,Jonson B.The technology of chemical glass strengthening-a review[J].Glass Technol.:Eur.J.Glass Sci.Technol.A,2010,51(2):41-54.

[5]李雅芙,劉素芹.硝酸鉀生產(chǎn)工藝綜述[J].海湖鹽與化工,2005,34(3):27-30.

[6]汪家明.硝酸鉀生產(chǎn)現(xiàn)狀與市場(chǎng)前景[J].西部煤化工，2011,(1):64-69.

[7]張罡.我國(guó)硝酸鉀生產(chǎn)工藝及裝置概述[J].化肥工業(yè)，2011,38(2):7-12.

[8]岳陽市鉀鹽科學(xué)研究所.復(fù)分解空氣冷卻結(jié)晶法生產(chǎn)硝酸鉀工藝[P].中國(guó),CN 104118891,2014-10-29.

[9]湖南丹化農(nóng)資有限公司.復(fù)分解反應(yīng)生產(chǎn)硝酸鉀和氯化銨的方法[P].中國(guó),CN 101628723A,2010-1-20.

[10]段正康,謝帆,李晟,等.硝酸鉀生產(chǎn)工藝概述及復(fù)分解法存在的問題與對(duì)策[J].無機(jī)鹽工業(yè),2015,47(5):4-8.

[11]羅建軍,肖斌,康仕芳.氯化鉀轉(zhuǎn)化生產(chǎn)工藝研究[J].海湖鹽與化工,2001,30(6):1-8.

[12]牛自得,程芳琴,李寶存,等.水鹽體系相圖及其應(yīng)用[M].天津:天津大學(xué)出版社,2002.

[13]李天文,張?zhí)焐?曹永生,等.復(fù)分解法硝酸鉀生產(chǎn)中的相圖分析[J].海湖鹽與化工,2001,30(2):7-11.

[14]刁祥瑞,朱翠琴,程芳琴.氯化鉀生產(chǎn)中分解工序?qū)︹浭章实挠绊懷芯縖J].無機(jī)鹽工業(yè),2008,40(10):31-35.

[15]陳曲仙,楊柳春,陳敏,等.二水硫酸鈣結(jié)晶的影響因素研究[J].湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào),2014,36(3):60-66.

[16]Eisenma G．Cation selective glass electrodes and their mode of operation[J].Biophysical Jornal，1962,2(3):259-323．

[17]張向晨,何歐里,徐曾祚,等.KNO3熔鹽中雜質(zhì)離子對(duì)玻璃離子交換和增強(qiáng)的影響[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),1985,(1):19-28．

[18]Zhang X C,He O L,Xu Z Z,et al.The effect of impurity ions in molten salt KNO3on ion-exchange and strengthening of glass[J].J Non-Cryst Solids,1986,80(1-3):313-318.

[19]劉沈龍,張保軍,黃友奇.離子交換增強(qiáng)熔鹽添加劑除雜機(jī)理的研究[J].材料導(dǎo)報(bào)B:研究篇,2013,27(5):120-123.

[20]趙國(guó)華,馬婧,田純祥.影響化學(xué)鋼化玻璃強(qiáng)度的因素[J].玻璃深加工,2009,(04):1-34.

[21]閻天太.復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀的除雜質(zhì)[J].無機(jī)鹽工業(yè),1985,(01):30.

[22]中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院.化學(xué)鋼化玻璃生產(chǎn)用硝酸鉀的提純方法[P].中國(guó),CN 1559904A,2005-1-5.

[23]薛寧,程文婷,程芳琴.KCl浮選生產(chǎn)中捕收劑的利用研究現(xiàn)狀[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2011,21(34):171-172.

[24]Janusz S.Laskowski.From amine molecules adsorption to amine precipitate transport by bubbles:A potash ore flotation mechanism[J].Minerals Engineering,2013,45:170-179.

[25]Orhan O,Hao D,Stoyan I,et al.Understanding the role of ion interactions in soluble saltfl otation with alkylammonium and alkylsulfate collectors[J].Advances in Colloid and Interface Science,2011,(163):1-22.

[26]宋興福,顧啟東,汪瑾,等.烷基嗎啉在氯化鈉和氯化鉀表面的吸附[J].化工學(xué)報(bào),2011,62(2):439-443.

[27]Cao Q B,Du H,Jan D M,et al.Surface chemistry features in the flotation of KCl[J].Minerals Engineering,2010,23(5):365-373.

[28]劉志遠(yuǎn),孫蔓莉.中國(guó)產(chǎn)氯化鉀在農(nóng)用硝酸鉀生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[J].無機(jī)鹽工業(yè),2005,37(2):50-54.

[29]張建義.用熱溶結(jié)晶法制取鉀石鹽中的氯化鉀[J].石河子科技,2010,(1):35.

[30]張守斌.利用熱熔結(jié)晶技術(shù)生產(chǎn)鉀肥的新工藝[J].鹽業(yè)與化工,2009,38(6):51-53.

[31]Worlton T G,Decker D L,Jorgensen J D,et al.Structure of high-pressure KNO3-IV[J].Physica B+C,1986,136(1-3):503-506.

[32]Joan F,Joaquim M.Thermobarometric study of KNO3phase transtions[J].Thermochimica Acta,1997,293:167-170.

[33]湖南丹化農(nóng)資有限公司.含添加劑的單一晶態(tài)硝酸鉀玻璃強(qiáng)化熔鹽及玻璃強(qiáng)化工藝[P].中國(guó),CN 104129906A,2014-11-5.

[34]Al'tshuler L V,Pavlovskii M N,Kuleshova L V,et al.An investigation of alkali metal halides at high shock compression pressures and temperatures[J].Fizika tverdogo tela,1963,5(1):203.

[35]Chen Z J,Xiao H Y,Zu X T.First principles study of structural,electronic and optical properties of KCl crystal[J].Chemical Physics,2006,330(1-2):1-8.

[36]Zhang S,Chen N C.Atomistic simulations of B1-B2 phase transition in KCl based on inversion pair potentials[J].Acta Materialia,2003,51(20):6151-6161.

[37]宋海香,孫保平,茹宗玲.防結(jié)塊劑的研究方法和進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2011,(6):50-52.

Analysis on Influence of KCl Grades on Production Technology of KNO3by Metathetical Reaction Used for Chemical Strengthening Glass

YAN Jian-hua1,DUAN Zheng-kang1,ZHANG Ze-cheng2,XIE Fan1,LI Sheng1,ZHANG Tao1

(1.College of Chemical Engineering,Xiangtan University,Xiangtan 411105,China；2.Hu’nan Danhua Agricultural Co.Ltd.,Xiangtan 411134,China)

In the process of chemical strengthening,the activity of KNO3molten salt baths plays a vitally important role in improving mechanical properties of chemical strengthening glass. Nowadays,KNO3used for chemical strengthening glass with high quality is needed in glass reinforced industry. In production technology of KNO3by complex decomposition method with potassium chloride and ammonium chloride,grades of potassium chloride has a significant effect on improving the process and quality of KNO3. Based on plenty of literatures and practical practice,the influence of potassium chloride grades on process and quality in production technology of KNO3by complex decomposition method were analyzed in different aspects in a systematic way,including inorganic impurities,organic impurities,different polymorphs and granularity. Based the law referred above,feasible suggestions on promoting quality of KNO3used for chemical strengthening were put forward. The analysis and discussion would provide some guidance for selection of potassium chloride used as raw material in metathesis efficiently,meanwhile,it would be of great theoretical and practical significance in enhancing quality of KNO3and chemical strengthening quality.

potassium chloride;grade;metathetical reaction;potassium chloride;chemical strengthening glass

湖南省科技廳工業(yè)支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2014GK4013)

閆建華(1990-)，男，碩士研究生.主要從事玻璃化學(xué)強(qiáng)化用高品質(zhì)KNO3及添加劑制備方面的研究.

TQ171

A

1001-1625(2016)02-0468-06