碳酸钾

碳酸钾用途与合成方法概述碳酸钾(化学式:K2CO3,英文Potassiumcarbonate)又称钾碱,外观为无色结晶或白色颗粒，极易溶于水，其溶液呈强碱性。冷却其饱和的水溶液，有玻璃状单斜晶体水合物2K2CO3·3H2O结晶分出，密度2.043，在100℃时即失去结晶水。不溶于乙醇、丙酮和乙醚。吸湿性强，暴露在空气中能吸收二氧化碳和水分，转变为碳酸氢钾。可由氢氧化钾与二氧化碳反应得到。也可以用氯化钾与碳酸镁，水、二氧化碳在压力下共热，或桐籽灰和草木灰经浸渍而得。主要用于合成气脱碳、电子管、玻璃、搪瓷、印染、电焊条、胶片显影、无机盐和显象管玻壳的原料，不纯的碳酸钾俗名草碱、桐碱或珠灰，早期的钾肥品种之一。参考质量标准项目优等品一等品合格品Ⅱ型碳酸钾(K2CO3)含量≥99.0%98.5%96.0%99.0%氯化物(以KCl计)含量≤0.01%0.10%0.20%0.03%硫化合物(以K2SO4计)含量≤0.01%0.10%0.15%0.04%铁(Fe)含量≤0.001%0.003%0.010%0.001%水不溶物含量≤0.02%0.05%0.10%0.04%燃烧失量≤0.60%1.00%1.00%0.80%含量分析在一带塞的已称重称量瓶中，精确称取按“干燥失重”测定法获得的干燥试样1g，溶于50ml水中。加甲基红试液(TS-149)2滴后，在不断搅拌下用1mol/L盐酸缓慢滴定至溶液变为浅粉红色。加热此溶液至沸后冷却，继续滴定至沸腾后浅粉红色不再消失为止。每Ml1mol/L盐酸相当于碳酸钾(K2CO3)69.10mg。碳酸钾在水中溶解度不同温度(℃)时每100克水中的溶解克数:107g/0℃;109g/10℃;111g/20℃;114g/30℃;117g/40℃;126g/60℃;139g/80℃;156g/100℃。毒性ADI不作特殊规定(FAO/WHO，2001)。LD5018.70mg/kg(大鼠，经口)。GRAS(FDA，§184．1619，2000)。使用限量GB2760—2001：面食制品，饮料、加工助剂，以GMP为限。FAO/WHO(1984)：低倍浓缩奶、甜炼乳、稀奶油(单用2g/kg，与其他稳定剂合用量3g/kg，以无水物计)；奶粉、稀奶油粉5g/kg(以无水物计)；果酱和果冻、橘皮果冻(使Ph值保持2.8～3.5)；婴儿配制食品(按GMP)；巧克力50g/kg(由可可豆、可可豆肉、可可液块、可可油饼等带入部分)；可可粉和含糖可可粉、可可豆肉、可可液块和可可油饼5g/kg(以无脂可可和K2CO3计，用于制造可可和巧克力制品)。食品添加剂允许使用量允许残留量标准▼▲添加剂中文名称允许使用该种添加剂的食品中文名称添加剂功能允许使用量（g/kg）允许残留量（g/kg）碳酸钾食品食品工业用加工助剂/一般应在制成最后成品之前出去，有规定食品中残留量的除外碳酸钾食品酸度调节剂按生产需要适量使用（有特别规定的除外）碳酸钾婴儿配方食品、较大婴儿和幼儿配方食品酸度调节剂按生产需要适量使用碳酸钾小麦粉制品酸度调节剂按生产需要适量使用四种生产方法草木灰法是最古老的方法，即从各种植物壳（如棉籽壳、茶子壳、桐子壳、葵花子壳）烧成的草木灰中提取。草木灰中含有碳酸钾、硫酸钾、氯化钾等可溶性盐，用浸取、蒸发、结晶的方法可加以分离。此法由于产品质量低、不经济，且受原料来源限制而很少采用。吕布兰法是将硫酸钾与煤粉、石灰混合，还原焙烧，得黑灰（含碳酸钾、硫化钙等烧成物），经浸取、过滤、蒸发、碳化，得碳酸氢钾，再经过滤、煅烧得产品。此法由于工艺流程长等原因已被其他方法所取代。电解法是将氯化钾电解后得到的氢氧化钾溶液，在碳化塔中以二氧化碳碳化。经多效蒸发器蒸发、过滤得碳酸氢钾，再经煅烧制得产品。此法因原料易得、钾利用率高、无三废产生而得到广泛应用，但耗电较多。离子交换法是用阳离子交换树脂与氯化钾交换。再用碳酸氢铵洗脱成碳酸氢钾稀溶液，经多效蒸发、碳化、结晶、分离、煅烧得产品。此法产品质量好，工艺流程短、适用于小规模生产。化学性质单斜晶系，白色粉末状或细颗粒状结晶。易溶于水，不溶于乙醇和醚。用途用于玻璃、印染、制皂、搪瓷、制备钾盐、制药等，用作气体吸附剂、干粉灭火剂、橡胶防老剂等用途用于已曝光的感光材料的冲洗加工。用途主要用于电子工业显像管玻壳的制造、化肥生产脱碳、钾盐制造用途用作分析试剂、助熔剂，也用于各种钾盐的制备用途用于分析试剂、基准试剂及熔融硅酸盐和不溶性硫酸盐的助熔剂用途用作食品添加剂用途可用于食品中作膨松剂；还可用于用于玻璃、印染、肥皂、搪瓷、制备钾盐、合成氨脱羰，也用于彩色电视机工业。用途用于玻璃、印染、肥皂、搪瓷、制备钾盐、合成氨脱羰，也用于彩色电视机工业,主要用于食品中作膨松剂用途分析试剂。高纯分析。发射光谱分析。硅酸盐和不溶性硫酸盐的助熔剂。有机液体的吸水剂。电镀。化肥。照相用。用途作碱性剂和面团改良剂，且可抑制面条发酸，可用于面制食品，按生产需要适量使用。用途用于生产光学玻璃，可提高玻璃透明度、强度和折光系数。也用于生产电焊条，可防止焊接时的断弧现象。用于生产还原染料及其印染及冰染的拔白。用作清除硫化氢及二氧化碳的吸附剂。与纯碱相混合可作干粉灭火剂。也可用作丙酮、酒精生产的辅助原料和橡胶生产中的防老剂。水溶液可用于棉布的煮炼、羊毛的脱脂。此外，还用于油墨、照像药品、聚酯、药、电镀、制革、陶瓷、建材、水晶、钾肥皂及医药的生产。重质碳酸钾主要用作显像管玻壳原料，广泛用于玻璃和特殊玻璃原料，用于大化肥脱碳。生产方法离子交换法将氯化钾配成250g/L溶液，加入少量碳酸钾以除去钙、镁离子。碳酸氢铵也用水配成200g/L溶液。将氯化钾溶液逆流通入离子交换柱，使钠型树脂R-Na变成钾型R-K，用软水洗掉树脂间隙中残留的氯离子，洗净后，将碳酸氢铵溶液顺流通过树脂交换柱，使树脂变为铵型R-NH4，得到碳酸氢钾和碳酸氢铵的混合稀溶液，经一次蒸发，使碳酸氢铵分解，再经二次蒸发使碳酸氢钾大部分分解为碳酸钾，冷却析出的氯化钾结晶过滤除去，然后三次蒸发至54°Bé过滤除去钾钠复盐。溶液经碳化，使碳酸钾成为碳酸氢钾，再经结晶、分离、水洗、煅烧，制得成品。其R-Na+KCl→R-K+NaClR-K+NH4HCO3→R-NH4+KHCO32KHCO3→K2CO3+CO2↑+H2O电解法将氯化钾溶解，浓度达270～300g/L，加适量碳酸钾及氢氧化钾除去其中的钙、镁离子，溶液澄清后，用盐酸调至Ph8～10，在槽电压为2.8～3.5V、槽温60～70℃下电解得浓度为10%～15%的氢氧化钾溶液，蒸发浓缩至氢氧化钾浓度为50%时，冷却至30～35℃，析出的氯化钾回收再用。浓碱液稀释至44%左右，进行预碳化，当氢氧化钾达30g/L以下时，过滤除去氢氧化镁沉淀，再经浓缩除钠后，进行碳化，得粗碳酸钾，继续碳化得碳酸氢钾结晶，结晶经水洗、离心分离、煅烧，制得精制碳酸钾成品。其2KCl+2H2O[电解]→2KOH+Cl2↑+H2↑2KOH+CO2→K2CO3+H2OK2CO3+CO2+H2O→2KHCO32KHCO3→K2CO3+CO2↑+H2O草木灰法主要利用各种植物壳，如桐子壳、棉子壳、茶子壳和葵花子壳等，烧制成草木灰，草木灰是碳酸钾、硫酸钾、氯化钾的混合物。用浸取、蒸发和结晶的方法，分别加以分离。净化方法有许多种，或加碳酸镁除磷，或通入二氧化碳预碳化除杂．或加石灰乳除磷、铝、硅等。需经二次蒸发、冷却、分离，再经干燥制得碳酸钾成品。因受原料来源的限制，此法不宜大规模生产，已被淘汰。路布兰法将硫酸钾、煤粉、石灰石按一定配比混合，加水搅拌。其中氯化钾控制在6%～8%，钠盐控制在8%～10%，然后在900～1000℃温度下进行焙烧得黑灰。将黑灰粉碎，用热水浸取，浸液蒸发使部分未转化的硫酸钾析出，经分离后清液送碳化塔预碳化。碳化液加高锰酸钾使铝、硅、铁等杂质沉淀，滤液蒸发至碳酸钾、钠复盐及杂质沉淀析出，清液经二次碳化得粗制碳酸钾结晶，再经过滤、水洗，然后于500～600℃下在煅烧炉中进行煅烧成碳酸钾成品。其K2SO4+2C+CaCO3→K2CO3+CaS+2CO2↑K2CO3+CO2+H2O→2KHCO32KHCO3→K2CO3+CO2↑+H2O生产方法1离子交换法精制氯化钾溶液(250g/L)经阳离子树脂(732)柱吸附，并用蒸馏水洗涤至无氯离子流出为止。然后用200g/L的碳酸氢铵洗脱至流出液中钾离子低于2g/L为止。加热洗脱液至150℃，再将溶液浓缩至相对密度1.593左右，然后通入CO2气体进行碳化，析出碳酸氢钾结晶，离心分离后用400℃左右热风使碳酸氢钾分解为碳酸钾。KCl+NH4HCO3→KHCO3+NH4Cl2KHCO3→K2CO3+CO2↑+H2O↑2电解法氯化钾溶于水(280g/L)，然后于精制槽中加入适量的碳酸钾和氢氧化钾，以除去Ca2+、Mg2+，澄清后用盐酸调Ph值至8～10，送隔膜电解槽电解。槽电压2.8～3.5V，槽温60~70℃。电解液中KOH含量10%～15%，蒸发浓缩至50%，冷却至30~50℃析出KCL分离了氯化钾后的溶液，进行预碳化，当KOH浓度低于30g/L时，过滤除去Fe(OH)3沉淀。然后继续浓缩至50%，进行二次碳化，析出碳酸氢钾。分离后于300℃下热风干燥(分解)得碳酸钾。食品级碳酸钾还需将上述工业品溶于水，加入还原剂除去重金属和砷。再经浓缩、结晶、离心、干燥、粉碎，得食品级碳酸钾。2KCl+2H2O→2KOH+Cl2↑+H2↑KOH+CO2→KHCO32KHCO3→K2CO3+CO2↑+H2O↑3草木灰法利用各种植物果壳(如棉子壳、茶子壳、葵花子壳等)，煅烧制成草木灰，其主要成分有碳酸钾、硫酸钾和氯化钾。先用温水溶解浸提，浸提液中加入少量的石灰乳，经过滤、澄清后蒸发浓缩至相对密度1.318，冷却结晶、过滤以除去硫酸钾。母液浓缩至相对密度1.526，冷却结晶、过滤以除去氯化钾。母液浓缩至刚有晶体析出，冷却结晶、过滤得碳酸钾。也可再将其用水刚好全部溶解，通入CO2气体，使全部碳酸钾转变为碳酸氢钾晶体析出，碳酸氢钾经煅烧得碳酸钾。2KHCO3→K2CO3+CO2↑+H2O↑生产方法重结晶法将工业级碳酸钾溶于蒸馏水中，进行溶液提纯，过滤除去杂质，把滤液经蒸发浓缩，冷却结晶，离心分离，干燥，制得无水碳酸钾成品。