复分解

在无机盐工业中,不同离子的两种盐(或碱和盐、酸和盐)在液相(或液-固相)中进行离子交换,生成另外两种盐(或碱和盐、酸和盐)的反应过程。碱和盐、酸和盐的复分解反应过程,通常分别称为碱解酸解

原理

在复分解反应中,反应物和生成物,被称为交互盐对,反应通式为:

公式 符号

式中A、B代表阳离子;X、Y代表阴离子。这种体系在相图中称为四元体系,可用AX-BY-H2O或A+、B+‖X-、Y--H2O表示。例如:

公式 符号

可写成:

K+、Na+‖Cl-、NO婣-H2O

利用四元体系相图(见相平衡)可对复分解过程中的溶解、结晶、加热、冷却以及蒸发和稀释等操作进行分析,确定合理生产流程和操作条件,以获得所需产品。四元体系相图由干盐图和水图组成,K+、Na+‖Cl-、NO婣-H2O四元交互盐对的相图(见图)是其中典型的一例。

图

干盐图表示出四种盐在不同温度下的结晶区,例如DEFCN为75℃下KNO3结晶区,LAEFB为75℃下NaCl结晶区。以摩尔%为单位,EF和E1F1分别为 75℃和25℃下KNO3、NaCl两盐共饱和线。E、F和E1、F1分别为75℃和25℃下相应的三盐共饱和点。水图纵坐标表示体系的水含量,以水/总盐量(摩尔比)为单位,纯水坐标在无穷远处。这实际上是以一个底面为正方形的长方体作为坐标空间,来表示盐的溶解度和水含量。

从干盐图上可知:75℃下三盐共饱和点E的溶液冷却到25℃时,析出KNO3结晶,溶液组成为b。从水图上可知:为了使b落在25℃E1F1线上,E溶液必需加水至组分为x,加水量为x-E。25℃下溶液b加入KCl:NaCl=1:1的混合物。其组成落在干盐图上的c点,加热至75℃,NaCl结晶析出,溶液落到E点。在水图上,为了满足循环过程水平衡,溶液b必须先蒸发至浓度为y,蒸去水量为b-y。上述循环过程在干盐图上以EbcE表示,在水图上以ExbycE表示。

应用

利用复分解反应制取所需产品,一般要求作为反应物的两种盐在水中溶解度比较大,作为生成物的盐溶解度比较小,且在一定温度范围内能成为固体析出。根据生成物状态也可有三种情况:

(1)析出的固体结晶就是所需产品。如氯化钾硝酸钠复分解时,在低温下即可析出硝酸钾固体结晶。

(2)复分解所得溶液需进一步加工才能得到产品。如碳酸铵硫酸钙复分解时,需将碳酸钙沉淀分离后的溶液进行蒸发,才能得到硫酸铵固体产品。

(3)生成物的两种盐都是沉淀,它们的混合物就是产品。如硫酸锌和硫化钡复分解时,生成硫化锌和硫酸钡两种盐的沉淀混合物,经过滤、洗涤和高温灼烧,而成为白色颜料锌钡白(立德粉)。

盐在水溶液中的饱和浓度与温度有关。除了生成物是溶解度很小的盐外,复分解反应过程中,原料盐的一次利用率(或称转化率)通常不会很高,需要将分离固体结晶后的母液循环使用,以提高总利用率。

采用复分解反应生成无机盐,一般是在带有机械搅拌的槽式反应器中进行,操作可以是间歇的,也可以是连续的。复分解反应生产无机盐的过程中,常用到过滤、结晶等化工单元操作