CN102432036A - 用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工领域，具体涉及一种用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的处理方法，该方法将废硝酸熔盐充分溶解于水中，然后加入双氧水，以氯化铜为催化剂，使亚硝酸钠氧化成硝酸钠；再加入氯化钾，由硝酸钠和氯化钾复反应制备硝酸钾。本发明为废熔盐处理进而制备硝酸钾用于生产钾肥提供了一种新的方法，能充分利用废硝酸熔盐，以成本不高的双氧水、氯化钾制备用于钾肥的硝酸钾。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体涉及一种用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的处理方法。
背景技术
近几年来，随着全球经济的发展，煤、石油、天然气供需出现矛盾，能源危机显得十分突出，于是人们把关注的重点转移至可再生能源方面，因此氢能、风能、太阳能越来越受到人们的重视。世界各地都加大了对太阳能的支持，太阳能光热发电必定会成为未来能源的发展方向。热传输技术是太阳能高温热发电的关键技术。熔盐作为传热介质可以达到较高的温度，同时具有较好的储热功能，因此熔盐是目前应用较多、较为成熟的传热蓄热介质。
目前国内外太阳能热发电站所使用的熔盐传热蓄热介质主要为二元硝酸盐体系(40％KNO3-60％NaNO3)和三元硝酸盐体系(53％KNO3-7％NaNO3-40％NaNO2)。2009年6月，西班牙Andasol 2商业太阳能热发电站投入运行，其发电能力为50MW，采用28500吨混合硝酸盐作为蓄热介质(40％KNO3-60％NaNO3)；如果一个槽式太阳能发电厂需要安装一个1000MWh容量的储热系统，为了满足热储存容量要求，这个蓄热系统需要24000吨的熔盐混合物，因此如此大规模运用熔盐也给我们提出了一个问题：当30年的使用寿命结束后，电站中所使用的大量硝酸熔盐应啊如何处理？硝酸熔盐虽然不属于危险废物，但是如果直接弃于荒地中，则会存在潜在的污染，如盐化土地、污染地下水等。高温熔盐冷却后其硬度较硬，难于粉碎，温度降低后让其在大型容器或直接流至地面后则会成为坚硬的一整块，那么处理更加复杂。所以，我们必须考虑熔盐的处理问题。
硝酸盐的主要成分是硝酸钾、硝酸钠和亚硝酸钠，硝酸钾是一种重要的无机化工产品。硝酸钾最重要的用途就是作为钾肥使用，硝酸钾被誉为继硫酸钾之后的“第三代钾肥”，因为硝酸钾的钾、氮的总含量达到60％，且易于被植物吸收，施用之后无残留，因此是一种优质的无氯钾、氮复合肥料。
用于太阳能热发电的二元硝酸盐成分是硝酸钾和硝酸钠，三元硝酸盐的成分是亚硝酸钠、硝酸钠和硝酸钾，本专利的思路是将亚硝酸钠氧化成硝酸钠，再由硝酸钠制取硝酸钾，进而用于制备钾肥。硝酸钾的制备方法主要有合成法、溶剂萃取法、复分解法、中和法、硝土制取法等，其中比较常见的是由硝酸铵和氯化钾复分解循环得到。由于硝酸熔盐中含有大量的硝酸钠，因此采用硝酸钠和氯化钾来制备硝酸钾。
本领域目前未见有能很好的综合处理废硝酸熔盐方法的报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种处理方法简单、可操作性强，能有效解决废硝酸熔盐的处理方法。本发明充分利用废硝酸熔盐，以成本不高的双氧水、氯化钾处理废硝酸熔盐，进而制备用于钾肥的硝酸钾。
本发明所采用的技术方案为：一种用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的处理方法，包括以下步骤：
1.将废硝酸熔盐充分溶解于水中，搅拌，使其充分溶解，将溶液过滤；
2.将步骤1所得废硝酸熔盐溶液加热至40℃-60℃，加入双氧水、氯化铜，充分搅拌反应1.5-3小时；
3.将步骤2所得废硝酸熔盐溶液进一步升温至60℃-90℃，加入氯化钾，充分搅拌反应1.5-3小时；
4.将步骤3所得废硝酸熔盐溶液结晶，先析出氯化钠，滤液结晶得到硝酸钾。然后将硝酸钾晶体重结晶提纯。
其中，上述步骤1中硝酸熔盐为降温后未全部凝固结块之前的熔盐，温度为100℃-150℃。用于溶解硝酸熔盐的水的用量和硝酸熔盐的重量比为2～4∶1，搅拌使其充分溶解。将硝酸盐溶液过滤，滤去不溶物等废渣。
步骤2中，熔盐溶液的温度为40℃～60℃，双氧水的浓度为30％～50％，双氧水的用量和混合硝酸盐中亚硝酸盐重量的比为1.5～3∶1，氯化铜的用量为双氧水体积数值的1％～5％。
步骤3中，熔盐溶液的温度为60℃～90℃，氯化钾的用量和混合硝酸盐重量的比为0.4～1∶1。
步骤4中，由于氯化钠溶解度随着温度升高变化不大，而硝酸钾溶解度随着温度升高而增加，高温下两者溶解度相差很大，因此利用其溶解度不同可以分别得到氯化钠和硝酸钾晶体。析出结晶时先析出氯化钠，固液分离，再将滤液结晶析出硝酸钾，然后将硝酸钾晶体重结晶提纯。
本发明的有益效果是：利用一种更加经济的处理用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的工艺，避免了大量的硝酸熔盐的浪费，既能保护环境，也能充分利用硝酸熔盐，而且为“第三代钾肥”硝酸钾提供了新的来源。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
取废硝酸熔盐100g于烧杯中，加入200ml水，搅拌，使其充分溶解成为硝酸盐溶液，将溶液过滤。将溶液加热至40℃，加入40ml浓度为30％的H2O2以及0.2g氯化铜，充分搅拌，反应2小时。将溶液升温至80℃，加入45g氯化钾，充分搅拌，反应2小时。此时溶液中含有氯离子、硝酸根离子、钾离子和钠离子，利用硝酸钾和氯化钠的溶解度不同，可以分别得到氯化钠和硝酸钾。析出结晶时先析出氯化钠，固液分离，再将滤液结晶析出硝酸钾，然后将硝酸钾晶体重结晶提纯。
实施例二
取废硝酸熔盐1000g于烧杯中，加入2500ml水，搅拌，使其充分溶解成为硝酸盐溶液，将溶液过滤。将溶液加热至50℃，加入400ml浓度为50％的H2O2、2.5g氯化铜，充分搅拌，反应2.5小时。将溶液升温至80℃，加入500g氯化钾，充分搅拌，反应2.5小时。此时溶液中含有氯离子、硝酸根离子、钾离子和钠离子，利用硝酸钾和氯化钠的溶解度不同，可以分别得到氯化钠和硝酸钾。析出结晶时先析出氯化钠，固液分离，再将滤液结晶析出硝酸钾，然后将硝酸钾晶体重结晶提纯。
实施例三
取废硝酸熔盐2000g于烧杯中，加入5000ml水，搅拌，使其充分溶解成为硝酸盐溶液，将溶液过滤。将溶液加热至60℃，加入800ml浓度为50％的H2O2、5.5g氯化铜，充分搅拌，反应3小时。将溶液升温至90℃，加入1000g氯化钾，充分搅拌，反应3小时。此时溶液中含有氯离子、硝酸根离子、钾离子和钠离子，利用硝酸钾和氯化钠的溶解度不同，可以分别得到氯化钠和硝酸钾。析出结晶时先析出氯化钠，固液分离，再将滤液结晶析出硝酸钾，然后将硝酸钾晶体重结晶提纯。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。
Claims (10)
1.一种用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的处理方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将废硝酸熔盐充分溶解于水中，充分搅拌，过滤滤去不溶物或废渣得到废硝酸熔盐溶液；
2)将步骤1)所得的废硝酸熔盐溶液加热，加入双氧水和氯化铜，充分搅拌反应；
3)将步骤2)所得的溶液进一步加热后，加入氯化钾，充分搅拌反应；
4)将步骤3)所得的溶液浓缩结晶，先析出氯化钠，滤液结晶得到硝酸钾，然后将硝酸钾晶体重结晶提纯。
2.如权利要求1所述的用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的处理方法，其特征在于：所述的步骤1)中的废硝酸熔盐为降温后未全部凝固结块之前的熔盐，温度为100℃-150℃。
3.如权利要求1所述的用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的处理方法，其特征在于：所述的步骤1)中用于废溶解硝酸熔盐的水的用量和废硝酸熔融盐的重量比为2～4∶1。
4.如权利要求1所述的用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的处理方法，其特征在于：所述的步骤2)中溶液加热后的温度为40～60℃。
5.如权利要求1所述的用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的处理方法，其特征在于：所述的步骤2)中双氧水的浓度为30％～50％；双氧水的用量与溶液中亚硝酸盐重量的比为1.5～3∶1。
6.如权利要求1所述的用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的处理方法，其特征在于：所述的步骤2)中氯化铜的用量为双氧水体积数值的1％～5％。
7.如权利要求1所述的用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的处理方法，其特征在于：所述的步骤3)中溶液加热后的温度为60～90℃。
8.如权利要求1所述的用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的处理方法，其特征在于：所述的步骤3)中氯化钾的用量和溶液中硝酸盐重量的比为0.4～1∶1。
9.如权利要求1所述的用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的处理方法，其特征在于：所述的步骤4)中析出结晶时先析出氯化钠，固液分离，再将滤液结晶析出硝酸钾晶体。
10.如权利要求1所述的用于太阳能热发电储热的废硝酸熔盐的处理方法，其特征在于：所述的步骤4)中析出的硝酸钾结晶经过重结晶提纯。
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