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硝酸鉀,分子式為KNO3,一種強氧化劑。白色粉末,易溶於水,加熱到334°C即分解放出氧。農業上作為氮鉀複合肥料用。與有機物接觸能燃燒爆炸。工業上是製造火柴、煙火藥、黑火藥、玻璃的原料和食品防腐劑等。在智利等地有一些硝酸鉀天然礦物稱(鉀)硝石或火硝,經開採和富集可直接製得硝酸鉀。

1 硝酸鉀 -理化性質

硝酸鉀硝酸鉀
硝酸鉀,分子式為KNO3。無色透明稜柱晶體或粉末,溶於水、稀乙醇、甘油,不溶於無水乙醇和乙醚。無嗅無毒,味咸辣有清涼感。空氣中不潮解。在334℃分解放出氧,400℃時分解放出氧氣,生成亞硝酸鉀,繼續加熱則生成氧化鉀。是強氧化劑,與易燃物,有機物接觸能引起燃燒爆炸,併發生有毒和刺激性氣體。與炭或硫一起加熱時,能發強光而燃燒。

2 硝酸鉀 -主要用途

醫藥工業主要用於生產青霉素鉀鹽、利福平和利尿、發汗、清涼的藥劑。食品工業用於配肉,並在午餐肉中起防腐劑作用。機械工業用於熱處理(金屬淬火)作淬火之鹽浴。玻璃工業用於玻璃器皿生產,起耐溫硬化玻料的作用,還用作玻璃澄清劑。農業上用作農作物和花卉的複合肥料。
分析試劑,用於錳、鈉的微量分析。

3 硝酸鉀 -生產方法

合成法 氯化鉀在濃度為65%的硝酸中於75℃下反應,生成硝酸鉀、氯氣、亞硝醯氯。用硝酸氧化亞硝醯氯時,逸出氯氣和二氧化氮,後者用空氣氧化,並用水吸收,復得硝酸。

3KCl+4HNO3─→3KNO3+Cl2+NOCl+2H2O

NOCl+2HNO3─→½Cl2+3NO2+H2O

2NO2+H2O+½O2─→2HNO3

溶劑萃取法

在 5~10℃,氯化鉀溶於濃度60%~70%硝酸中,用有機溶劑萃取,分離得硝酸鉀和鹽酸。

複分解法 硝酸鈉與氯化鉀經複分解反應得硝酸鉀和氯化鈉。利用它們的不同溶解度可將其分離。此法工業上應用較多。先把硝酸鈉溶於熱水中,在攪拌下按硝酸鈉:氯化鉀=100:85的配料比逐漸加入氯化鉀,經蒸發濃縮,當溫度為119°C時,氯化鈉結晶析出。將分離氯化鈉后的母液緩慢冷卻,硝酸鉀即結晶析出。經過濾、洗滌和乾燥即得產品。

中和法 用氫氧化鉀或碳酸鉀中和硝酸,經蒸髮結晶製得硝酸鉀;或用氫氧化鉀或碳酸鉀溶液吸收硝酸生產中的尾氣並加工製得硝酸鉀。

硝土製取法 原理:
硝酸鉀俗稱火硝或土硝。它是黑火藥的重要原料和複合化肥。製取硝酸鉀可以用硝土和草木灰作原料。土壤里的有機物腐敗后,經亞硝酸細菌和硝酸細菌的作用,生成硝酸。硝酸根跟土壤里的鉀、鈉、鎂等離子結合,形成硝酸鹽。硝土中的硝酸鹽就是這樣來的。硝土一般存在於廁所、豬、牛欄屋,庭院的老牆腳,崖邊,岩洞以及不易被雨水沖洗的地面。硝土潮濕,不易晒乾,經太陽曝晒后略變紫紅色。好的硝土放在灼紅的木炭上會爆出火花。
從硝土中提取硝酸鉀,主要原理是利用草木灰中的鉀離子取代硝土中的鈉離子,從而生成硝酸鉀。另外,草木灰里的碳酸根離子和硫酸根離子跟硝土裡的鈣、鎂離子結合,生成難溶性的鹽而沉澱,從而去掉鈣、鎂等雜質。

主要反應式是
Ca(NO3)2+K2SO4=2KNO3+CaSO4
Ca(NO3)2+K2CO3=2KNO3+CaCO3
Mg(NO3)2+K2CO3=2KNO3+MgCO3
硝土本身也含有硝酸鉀,最後利用各種鹽溶解度的差異,控制溫度和濃度,使硝酸鉀從混合液中結晶出來。

操作:
(1)把硝土和草木灰分別研細碾碎。按硝土和草木灰8∶1的質量比稱取原料(原料比因來源不同而有所變化),混合後放在一隻大燒杯中,加入約75℃的熱水到浸沒混合物為止。
(2)用玻棒不斷攪拌約15分鐘,再進行抽濾。料渣再一次放在燒杯里,加適量熱水並攪拌15分鐘,再次抽濾,把兩次的濾液合併在一起(原料較多時也可只抽濾一次),得到的濾液常稱為硝水。
(3)把硝水傾入一隻大蒸發皿中,加熱蒸發(這一步叫做熬硝),加熱時要不斷攪拌,防止粘底和飛濺。
(4)當蒸發掉2/3~3/4體積的水時停止加熱。這時溶液比較粘,蒸發皿底部已析出少量固體。用玻棒取一滴溶液滴在紙上,溶液如果立即凝結成團狀,說明已達到要求,立即趁熱抽濾。這時溫度很高,硝酸鉀的溶解度較大不會析出,而氯化鈉、氯化鉀等由於溶解度較小而析出。
(5)讓濾液自然冷卻到30℃,這時硝酸鉀的溶解度受溫度的影響變化最大,溶解度急劇下降而大量析出。氯化鈉等鹽的溶解度變化小,基本上不再析出。再次抽濾,即得硝酸鉀晶體。如果要進一步提純,可再次重結晶。

說明:
(1)草木灰以蕎麥桿、棉花殼、棉桿、蠶豆桿、菜子桿、番茄桿、高粱桿、玉米桿等植物燃燒后得到的灰為最好,它們鉀的含量可達10~15%。當然其他草木灰也可以使用。
(2)以上原理也適用於土法生產土硝。

其他生產方法 1、美國離子交換法;
2、以色列IMI法;
3、美國西南鉀鹼公司法;
4、智利SQM硝鈉轉化法。

4 硝酸鉀 -安全性

危害性
爆炸物危險特性: 與有機物、硫磷等混合可爆  
儲運特性: 庫房通風; 輕裝輕卸; 與有機物、還原劑、木炭、硫磷易燃物分開存放  
可燃性危險特性: 高熱放出氧氣; 遇有機物、還原劑、木炭、硫、磷等易燃物可燃; 燃燒產生有毒氮氧化物煙霧

防護措施
工程式控制制: 生產過程密閉,加強通風。提供安全淋浴和洗眼設備。
呼吸系統防護: 可能接觸其粉塵時,建議佩戴頭罩型電動送風過濾式防塵呼吸器。
眼睛防護: 呼吸系統防護中已作防護。
身體防護: 穿聚乙烯防毒服。
手防護: 戴氯丁橡膠手套。
其他防護: 工作現場禁止吸煙、進食和飲水。工作完畢,淋浴更衣。保持良好的衛生習慣。 

5 硝酸鉀 -存儲運輸

儲存注意事項
兩層塑料袋或一層塑料袋外麻袋、塑料編織袋、乳膠布袋;塑料袋外複合塑料編織袋(聚丙烯三合一袋、聚乙烯三合一袋、聚丙烯二合一袋、聚乙烯二合一袋);螺紋口玻璃瓶、塑料瓶或塑料袋外普通木箱;螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑料瓶或金屬桶(罐)外普通木箱。

運輸注意事項 鐵路運輸時應嚴格按照鐵道部《危險貨物運輸規則》中的危險貨物配裝表進行配裝。運輸時單獨裝運,運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。運輸時運輸車輛應配備相應品種和數量的消防器材。嚴禁與酸類、易燃物、有機物、還原劑、自燃物品、遇濕易燃物品等並車混運。運輸時車速不宜過快,不得強行超車。運輸車輛裝卸前後,均應徹底清掃、洗凈,嚴禁混入有機物、易燃物等雜質。


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