硝酸钾是一种
无机化合物,俗称
火硝或
土硝,
化学式为KNO3,是含钾的
硝酸盐,外观通常为无色透明斜方晶体或菱形晶体或白色粉末,无臭,有咸味和清凉感。在空气中吸湿微小,不易结块,
易溶于水,能溶于
液氨和
甘油,不溶于
无水乙醇和
乙醚。
发展简史
世界硝酸钾70%用于农业,以色列和美国产量最大,约占世界总量的四分之三,智利居第三位。1995年世界硝酸钾总能力约90万吨年,其中直接法的产量约占75%,中国硝酸钾现有生产能力约6万吨年,在建能力亦为6万吨年,其中约80%硝酸钾用于工业部门。
物质性质
物理性质
熔点:334℃
密度:2.109g/cm3
性状:无色透明棱柱状或白色颗粒或结晶性粉末。味辛辣而咸有凉感。微潮解,潮解性比硝酸钠小。
溶解性:易溶于水,不溶于无水乙醇、
乙醚。溶于水时吸热,溶液温度降低。
化学性质
(黑火药反应)注意该反应硫和硝酸钾是氧化剂。
2、酸性环境下具有氧化性:
3、加热分解生成氧气:
4、该品与有机物、
磷、硫接触或撞击加热能引起燃烧和爆炸。
5、鉴别方法:
按OT-42方法测定。
钾鉴别试验(1T-27)呈阳性(用10%试样液)。
硝酸盐鉴别试验(IT-23)呈阳性(用10%试样液)。
6、含量分析:
精确称取试样约0.4g(预经105℃干燥4h),溶入盛于500mL圆底烧瓶中的300mL水中。加德瓦达合金粉3g和40%氢氧化钠溶液15mL后,将防溅球和冷凝器与烧瓶连接。在受器中放0.1mol/L硫酸50mL,静置2h,蒸馏,至馏出液250mL,用0.1mol/L氢氧化钠滴定过量硫酸,用3滴甲基红-亚甲蓝试液(TS-150)作为指示剂。同时进行空白试验,并作必要修正。每毫升0.1mol/L硫酸相当于硝酸钾(KNO3)10.11mg。
计算化学数据
1.疏水参数计算参考值(XlogP):无
2.氢键供体数量:0
3.氢键受体数量:3
4.可旋转化学键数量:0
5.互变异构体数量:无
6.拓扑分子极性表面积62.9
7.重原子数量:5
8.表面电荷:0
9.复杂度:18.8
10.同位素原子数量:0
11.确定原子立构中心数量:0
12.不确定原子立构中心数量:0
13.确定化学键立构中心数量:0
14.不确定化学键立构中心数量:0
15.共价键单元数量:2
合成
硝酸钾最初是以硝酸钠和氯化钾反应制取,由于该法的生产成本高,使硝酸钾仅能在工业方面得到应用。在以色列海法公司研制成功氯化钾-硝酸直接法工艺后,硝酸钾的生产成本大大降低,在农业上才得以作为肥料使用。目前国际市场对硝酸钾的需求量约90万吨/年,主要生产国为以色列、智利、美国和丹麦。目前世界上已有60多个国家在农业上推广使用硝酸钾,因而硝酸钾在农业上市场前景广阔。1993年世界消耗硝酸钾30万吨,1995年消耗硝酸钾50万吨。下面介绍了硝酸钾的主流合成方法:
复分解法:将硝酸钠加入盛有适量水的反应器中,用蒸汽加热,在搅拌下使硝酸钠全部溶解,再按NaNO3:KCl=100:85配料比缓慢加入氯化钾进行复分解反应,生成硝酸钾,当加热蒸发使溶液浓度达45~48、温度达120℃时,首先析出氯化钠。经真空过滤,用少量热水洗涤氯化钠晶体,减少硝酸钾的带损。滤液送入结晶器,用滤液量10%~15%的水稀释,边搅拌边冷却,经24h后,析出硝酸钾结晶,经真空过滤、水洗、离心分离后,送至气流干燥器在80℃以上进行干燥,制得硝酸钾成品。
离子交换法:以氯化钾和硝酸铵为原料,使氯化钾和硝酸铵溶液中的钾铵离子在离子交换树脂上进行转换、,得到硝酸钾溶液和氯化铵溶液。
NH4NO3+KR→NH4R+KNO3
KCl+NH4R→KR+NH4Cl
经蒸发浓缩、过滤、滤液冷却结晶,过滤,水洗、离心分离,气流干燥,制得硝酸钾成品。
氯化钠中间盐法:以氯化钠和硝酸铵为原料进行反应,在低温(约-10℃)时析出大量氯化铵,再将母液和氯化钾反应,在低温时又析出硝酸钾。在整个过程中,氯化钠始终保留在母液中作为中间盐使用,因而称之为中间盐法。该法的主要优点是:反应过程全部在低温下进行,设备腐蚀较轻,投料产出比大,母液中硝酸钾及氯化铵浓度较低,得到的产品纯度高,品质好,经济效益较好。
硝酸-氯化钾法:该法采用的溶剂是氯化钾和硝酸,在低温5~10℃和溶剂C5醇存在下硝酸和氯化钾反应,生成硝酸钾和盐酸,使用C5醇作萃取剂分离盐酸和未反应的硝酸,使反应进行得相当完全,并使生成的硝酸钾不断结晶析出。该流程大部分是对溶剂相的处理,利用水作反萃取剂,经洗脱有机溶剂,蒸发浓缩回收盐酸,所得盐酸相当纯,并把溶剂/硝酸混合物返回系统循环使用。以色列海法化学公司于1969年7月采用此项技术建成10万t/a的生产装置,现已达到60万t/a的规模。此项工艺国内目前正处于研究开发阶段。湖南湘潭市工矿药厂于1995年研制开发成功氯化钾和硝酸反应制取硝酸钾的新工艺-硝酸间接法,该法将缓蚀剂A和氯化钾按比例加入反应釜,然后逐渐加入稀硝酸(约40%),其反应热使温度上升至95℃,反应完成后过滤,滤去未反应的氯化钾和缓蚀剂中不溶性的杂质,滤渣经漂洗弃去不溶性的杂质,滤液冷却得粗产品硝酸钾和粗母液,粗品经重结晶提纯可得精品硝酸钾(氯化物含量低于0.025%)。粗母液含有副产品B和硝酸钾(约20%),冷冻后可析出硝酸钾(12%),滤液经冷冻浓缩得副产品B。该法成本约2400元/t。于1997年实现工业化,生产规模4000 t/a。
硝酸铵-氯化钾转化法:该法最早由法国Auby公司开发成功,由硝酸铵和氯化钾反应生成硝酸钾和副产物氯化铵。反应后溶液是由氯化钾、硝酸铵、硝酸钾、氯化铵4种物质组成。从相图分析可知,等温图被分为4个相结晶区域。当温度降低时,混合溶液中硝酸钾含量大,结晶区增大;选择合理的工艺条件,降低温度可使溶液中硝酸钾大部分结晶出来,再选择适当的条件使氯化铵结晶出来,从而达到分离硝酸钾和氯化铵的目的。该法也存在杂质积累的问题,主要杂质为氯化钾中的氯化钠,但可随副产物氯化铵结晶出来。该法蒸发能耗低,原料利用率高,氯化铵回收容易,基本无环境污染,工艺设备简单,操作简便,投资少、见效快。但产品外观、含量稍差,必须重结晶以提高产品质量。目前国内生产厂家大多采用此种技术。
应用领域
危害
硝酸钾在使用和处理中遇到的主要危害源于其毒理学特性和反应性。通过各种途径(即吸入、食入或皮肤接触)有毒,接触这种无味、无色至白色的结晶物质可能因用作肥料、制造烟花、火柴、玻璃、陶瓷、烛芯、火箭推进剂或腌制肉类而发生。
暴露的影响可能包括皮肤和眼睛烧伤、利尿、头痛、恶心或高铁血红蛋白血症。应使用靠近污染物产生点的局部排气通风来限制接触。在可能发生过度暴露的活动和情况下,请穿戴个人防护服和自给式呼吸器。
如果发生接触,请立即用流水冲洗受影响的皮肤和眼睛至少15分钟。在现场脱掉受污染的衣服和鞋子。虽然硝酸钾本身不易燃,但它是一种强大的氧化剂,如果它与易氧化的物质接触,它可能会迅速反应,引起着火、剧烈燃烧或爆炸。
此外,硝酸钾在受到电击或加热时存在爆炸风险,并可能在火灾中产生有毒气体。对于涉及硝酸钾的火灾,用干化学品、二氧化碳、哈龙、喷水或雾扑灭。如果使用水,请尽可能远距离涂抹。如果火势无法控制,请考虑疏散半英里半径。
硝酸钾应存放在阴凉干燥的地方,远离可燃物(木材、纸张、油等)、有机物或其他易氧化材料。硝酸钾可以通过空运、铁路、公路和水运,装在带有“氧化剂”标签的容器中。
对于少量的硝酸钾溢出,将材料放入干净、干燥的有盖容器中。对于硝酸钾溶液的大量泄漏,首先在泄漏之前进行堤坝,以防止其进入水源和下水道,然后用沙子、泥土或其他不可燃的吸收材料吸收。
毒性
毒理信息
急性毒性:LD50:3750mg/kg(大鼠经口)
其他有害作用:该物质对环境可能有危害,在地下水中有蓄积作用。
硝酸盐的毒性源于其在体内转化为亚硝酸盐。亚硝酸盐会引起氧合血红蛋白的自催化氧化反应,生成过氧化氢和高铁血红蛋白。高铁血红蛋白水平的升高会导致一种称为高铁血红蛋白血症的病症,其特征是组织缺氧,因为高铁血红蛋白无法与氧气结合。
毒性分析
使用和处理硝酸钾时的主要危险源于其毒理学特性和反应性。硝酸钾在吸入、摄入或皮肤接触等途径中均具有毒性。作为一种无味、无色至白色的结晶物质,硝酸钾的暴露可能发生在其用作肥料、制造烟花、火柴、玻璃、陶瓷、蜡烛芯、火箭推进剂或腌制肉类等情况下。接触硝酸钾可能导致皮肤和眼睛灼伤、利尿、头痛、恶心或高铁血红蛋白血症。应在污染源附近安装局部排气通风以限制暴露。在可能发生过度暴露的活动和情况下,建议穿戴个人防护服和自给式呼吸器。如果发生暴露,立即用流动水冲洗受影响的皮肤和眼睛至少15分钟,并在现场脱去污染的衣物和鞋子。
尽管硝酸钾本身不易燃,但作为一种强氧化剂,与易氧化物质接触时可能反应剧烈,引发着火、剧烈燃烧或爆炸。此外,硝酸钾在受到撞击或加热时也会存在爆炸风险,火灾中还可能释放有毒气体。对于涉及硝酸钾的火灾,应使用干粉、二氧化碳、哈龙、喷水或雾状水灭火。如果使用水,应尽量从远处喷洒。硝酸钾应储存在阴凉干燥的地方,远离易燃物(如木材、纸张、油等)、有机物或其他易氧化材料。硝酸钾可以通过空运、铁路、公路和水路运输,容器上需贴有“氧化剂”标签。
防护措施
工程控制:生产过程密闭,加强通风。提供安全淋浴和洗眼设备。
呼吸系统防护:可能接触其粉尘时,建议佩戴头罩型电动送风过滤式防尘呼吸器。
眼睛防护:呼吸系统防护中已作防护。
身体防护:穿聚乙烯防毒服。
手防护:戴氯丁橡胶手套。
其他防护:工作现场禁止吸烟、进食和饮水。工作完毕,淋浴更衣。保持良好的卫生习惯。
急救措施
皮肤接触:立即脱去污染的衣着,用大量流动清水冲洗至少15分钟。
眼睛接触:立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。
吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。
食入:用水漱口,给饮牛奶或蛋清。
消防措施
危险特性:强氧化剂。遇可燃物着火时,能助长火势。与有机物、还原剂、易燃物如硫、磷等接触或混合时有引起燃烧爆炸的危险。燃烧分解时,放出有毒的氮氧化物气体。受热分解,放出氧气。
有害燃烧产物:氮氧化物,亚硝酸盐粉尘。
灭火方法:消防人员须佩戴防毒面具、穿全身消防服,在上风向灭火。雾状水、砂土。切勿将水流直接射至熔融物,以免引起严重的流淌火灾或引起剧烈的沸溅。
泄露应急处理
隔离泄漏污染区,限制出入。建议应急处理人员戴防尘面具(全面罩),穿防毒服。不要直接接触泄漏物。勿使泄漏物与有机物、还原剂、易燃物接触。
小量泄漏:用大量水冲洗,洗水稀释后放入废水系统。
大量泄漏:用塑料布、帆布覆盖。然后收集回收或运至废物处理场所处置。
操作处置与储运
操作注意事项:密闭操作,加强通风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴头罩型电动送风过滤式防尘呼吸器,穿聚乙烯防毒服,戴氯丁橡胶手套。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。远离易燃、可燃物。避免产生粉尘。避免与还原剂、酸类、活性金属粉末接触。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。
储存注意事项:储存于阴凉、干燥、通风良好的库房。远离火种、热源。库温不超过30℃,相对湿度不超过80%。应与还原剂、酸类、易(可)燃物、活性金属粉末分开存放,切忌混储。储区应备有合适的材料收容泄漏物。
包装方法:两层塑料袋或一层塑料袋外麻袋、塑料编织袋、乳胶布袋;塑料袋外复合塑料编织袋(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);螺纹口玻璃瓶、塑料瓶或塑料袋外普通木箱;螺纹口玻璃瓶、铁盖压口玻璃瓶、塑料瓶或金属桶(罐)外普通木箱。
运输注意事项:铁路运输时应严格按照铁道部《危险货物运输规则》中的危险货物配装表进行配装。运输时单独装运,运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材。严禁与酸类、易燃物、有机物、还原剂、自燃物品、遇湿易燃物品等并车混运。运输时车速不宜过快,不得强行超车。运输车辆装卸前后,均应彻底清扫、洗净,严禁混入有机物、易燃物等杂质。
安全信息
安全术语
S7:Keep container tightly closed.
保存在严格密闭容器中。
S17:Keep away from combustible material.
远离可燃物料。
S24/25:Avoid contact with skin and eyes.
避免皮肤和眼睛接触。
S26:In case of contact with eyes, rinse immediately with plenty of water and seek medical advice.
眼睛接触后,立即用大量水冲洗并征求医生意见。
S36:Wear suitable protective clothing.
穿戴适当的防护服。
风险术语
R8:Contact with combustible material may cause fire.
与可燃物料接触可能引起火灾。