一种从玉米浸泡液中提取钾制备氯化钾的方法
阅读说明：本技术 一种从玉米浸泡液中提取钾制备氯化钾的方法 (Method for preparing potassium chloride by extracting potassium from corn soaking solution ) 是由 吴镇涛 李军 祝增虎 王树俊 陈明 王敏 常拴锁 杨红军 于杰基 任生 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及玉米淀粉副产物的利用方法,具体涉及一种从玉米浸泡液中提取钾制备氯化钾的方法。本发明方法包括玉米浸泡液预处理、离子交换提钾、洗脱、洗脱液预处理、浓缩结晶步骤。采用本发明方法对玉米浸泡液中钾离子的提取率可达98％及以上；制备得到的氯化钾质量能够满足工业一等品的要求。本发明方法对玉米浸泡液中钾离子进行了有效回收,减少了资源浪费,实现了对玉米浸泡液的有效利用,获得较高的附加值。(The invention relates to a utilization method of a corn starch byproduct, and particularly relates to a method for preparing potassium chloride by extracting potassium from a corn soaking solution. The method comprises the steps of corn soaking liquid pretreatment, ion exchange potassium extraction, elution, eluent pretreatment, concentration and crystallization. The extraction rate of potassium ions in the corn soaking solution by adopting the method can reach 98 percent and above; the quality of the prepared potassium chloride can meet the requirements of first-class products in industry. The method effectively recovers potassium ions in the corn soaking solution, reduces resource waste, realizes effective utilization of the corn soaking solution and obtains higher added value.)
技术领域
本发明涉及玉米淀粉副产物的利用方法，具体涉及一种从玉米浸泡液中提取钾制备氯化钾的方法。
背景技术
我国是玉米加工产业大国，每年玉米淀粉产量高达2600万吨。玉米浸泡液是玉米淀粉加工过程的副产物，每年产量高达2000万吨，其中含有一定的蛋白质、乳酸、可溶性糖、植酸钙、生长素和钾离子等。大多数玉米加工企业不能充分利用玉米浸泡液中的有用成分，选择直接对其蒸发浓缩，制备成玉米浆，造成了大量的资源浪费。
目前，对玉米浸泡液的利用主要为：①分离提取植酸钙(也称菲汀)；②分离提取蛋白质；③发酵生产氨基酸、细胞蛋白和丁醇等产物。
我国淀粉行业中副产的玉米浸泡液中含有0.5-0.7％的钾，这部分钾没有很好地回收利用，造成了资源浪费。
发明内容
本发明主要目的是提供一种从玉米浸泡液中提取钾制备氯化钾的方法。本发明方法可有效提取玉米浸泡液中的钾离子，实现废物重复利用，减少资源浪费。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种从玉米浸泡液中提钾制备氯化钾的方法，其包括以下步骤：
将玉米浸泡液进行预处理；将预处理后的玉米浸泡液进行离子交换，提取玉米浸泡液中钾离子；采用洗脱剂对洗涤后的离子交换树脂进行洗脱，采用压缩空气排出离子交换柱中残留的洗脱液；收集洗脱液，采用去离子水洗涤离子交换柱重复上述步骤，进行下一轮提取玉米浸泡液中的钾；采用pH调节液调节收集得到的洗脱液至pH为6-8，采用膜浓缩方式将洗脱液浓缩至盐浓度达到18％-22％范围；将浓缩后的洗脱液与固体物料M混合后用于蒸发浓缩，蒸发一定水量后进行冷却结晶，对结晶后的料浆进行离心，得到氯化钠和氯化钾的混合物和P1母液；将P1母液进行浓缩结晶、离心，得到固体物料M1和P2母液；将氯化钠和氯化钾的混合物与混合液A溶于冷凝水中进行重结晶、离心；得到氯化钾晶体和P3母液；将P3母液进行浓缩蒸发、离心，得到P4母液和氯化钠晶体，收集氯化钾晶体；重复以上所述步骤进行下一轮氯化钾的制备。
进一步地，将玉米浸泡液用于沉降或膜过滤，去除玉米浸泡液中的悬浮物，得到澄清玉米浸泡液。
进一步地，所述膜过滤方式为真空抽滤或加压过滤方式，所用滤膜为0.22-0.45μm滤膜。
进一步地，所用离子交换树脂为钠型阳离子交换树脂；采用树脂柱高径比为1-5:1，进样速率为2-20BV/h，进样量为4-6BV。
更进一步地，进行离子交换后，采用压缩空气排出离子交换柱中残留的澄清玉米浸泡液，采用去离子水洗涤置换离子交换柱残留的玉米浸泡液；洗涤速率为2-20BV/h，进样量为0.3-1BV；
更进一步地，所用离子交换树脂为阳离子交换树脂T-42H、D001和001*7(732)。
进一步地，所用洗脱剂为盐酸溶液，氯化钠溶液，盐酸溶液和氯化钠混合溶液中任一种；所述盐酸溶液、氯化钠溶液的质量浓度均为5-12％；
进一步地，洗脱时进样速率为2-20BV/h，进样量为1-2BV。
进一步地，洗脱液与固体物料M混合后，进行蒸发浓缩时，温度为75～100℃，-10～5℃温度下养晶0.5～1.5h；蒸发水量占初始溶液总质量的55-60％。
进一步地，P1母液的浓缩结晶时：蒸发浓缩温度为75-100℃，蒸发水量占初始溶液总质量的23％-28％，冷却结晶温度为-10-5℃，养晶时间为0.5-1.5h。
进一步地，P3母液进行浓缩蒸发时，温度为75-100℃，蒸发水量占初始溶液量的52％-57％，无需冷却，保持恒温养晶0.5-1h后离心分离。
进一步地，采用玉米浸泡液进行第一轮提钾制备氯化钾时，固体物料M由氯化钠与光卤石按质量比1:2.2-2.5组成；进行第N轮时，N为≥2的正整数，固体物料M为上一轮得到的固体物料M1；浓缩后的洗脱液与固体物料M按质量比1:0.025-0.026混合。
进一步地，采用玉米浸泡液进行第一轮提钾制备氯化钾时，混合液A为水、氯化钠和氯化钾按质量比1:0.25-0.30:0.32-0.37组成；进行第N轮时，N为≥2的正整数，混合液A为上一轮得到的P4母液；其中，氯化钠和氯化钾的混合物、混合液A、水的质量比为：1:2.85-2.95:3.7-3.8。
进一步地，pH调节液为氢氧化钠或者碳酸钠溶液。
进一步地，以上所述方法还包括将P2母液进行喷雾干燥，制备得到氯化镁。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
采用本发明方法对玉米浸泡液中钾离子的提取率可达98％及以上；制备得到的氯化钾质量能够满足工业一等品的要求。本发明方法对玉米浸泡液中钾离子进行了有效回收，减少了资源浪费，实现了对玉米浸泡液的有效利用，获得较高的附加值。
附图说明
图1为本发明实施例1所述从玉米浸泡液中提钾制备氯化钾的方法的流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
如图1所示，所述从玉米浸泡液中提钾制备氯化钾的方法，包括以下步骤：
步骤1.在常温下采用真空抽滤方式过滤玉米浸泡液，真空度控制在0.07-0.09Mpa，滤膜采用0.45微米孔径滤膜，得到澄清的玉米浸泡液。
步骤2.采用高径比为5:1的树脂填充柱进行试验，树脂柱内径3.88cm左右，填充高度19.5cm左右，填充体积约为230mL。填充树脂类型为凝胶型钠型阳离子树脂T-42H。
步骤3.采用蠕动泵输送玉米浸泡液，以20ml/min速率从离子树脂填充柱底部进料，即流速为5.22BV/h，下进上出，收集出口玉米浸泡液。进样量达到1088g左右，停止进样。
步骤4.采用压缩空气从顶部将残留在填充柱中的玉米浸泡液压出，与3中收集的出口玉米浸泡液合并，得到1081g。
步骤5.采用ICP检测玉米浸泡液进口与出口中钾含量，分别为6.258mg/g和0.055mg/g，对钾的提取率达到99％以上。
步骤6.采用蠕动泵输送去离子水，以20ml/min速率从离子树脂填充柱顶部进料，即流速为5.22BV/h，上进下出。进样量达到100g，停止进样。
步骤7.配置质量浓度为8％的氯化钠溶液，采用蠕动泵输送氯化钠溶液，以20ml/min速率从离子树脂填充柱顶部进料，即流速为5.22BV/h，上进下出，收集出口洗脱液。进样量达到256g，停止进样。
步骤8.采用压缩空气从顶部将残留在填充柱中的洗脱液压出，与步骤7中收集的出口洗脱液合并，得到257g。
步骤9.采用ICP检测步骤8中洗脱液中钠、钾、镁离子浓度，换算成氯化物的质量浓度分别为1.75％氯化钠，4.98％氯化钾，3.51％氯化镁。
步骤10.采用蠕动泵输送去离子水，以20ml/min速率从离子树脂填充柱顶部进料，即流速为5.22BV/h，上进下出。进样量达到100g，停止进样。
步骤11.重复1-10的操作，不断提取玉米浸泡液中的钾离子，通过氯化钠洗脱的方式收集步骤8中的洗脱液。
步骤12.步骤8中的洗脱液进行膜浓缩，得到盐浓度为20％的洗脱液溶液。
步骤13.取5000g步骤12所得洗脱液与上一循环得到的126g固体物料M1混合或者与126g氯化钠与光卤石按质量比1:2.2-2.5组成的混合物混合，进行浓缩结晶，在100℃下浓缩蒸发2952g水分后，冷却至-10℃养晶1h，得到含有氯化钠和氯化钾晶体的料浆。
步骤14.将步骤13中的料浆用于离心分离，得到氯化钠和氯化钾的固体混合物653g与P1母液1522g。
步骤15.将P1母液继续进行浓缩，在100℃下浓缩蒸发393g水分后，冷却至-10℃养晶1h，得到料浆。
步骤16.将步骤15中的料进行离心分离，得到126g固体物料M1和P2母液1003g。固体物料M1返回步骤13，与洗脱液混合后浓缩结晶。
步骤17.将P2母液用于喷雾干燥，得到氯化镁副产物347g。
步骤18.将步骤14中得到的氯化钠和氯化钾的混合物653g与上一循环得到的1900g P4母液或1900g由氯化钠和氯化钾按质量比1:0.25:0.32组成的混合物，以及2444g水在25℃下混合进行重结晶，得到氯化钾晶体和P3母液的混合料浆。
步骤19.将步骤18中得到的氯化钾晶体和P3母液的混合料浆，通过离心分离得到氯化钾产品486g和P3母液4511g。
步骤20.将步骤19中得到的P3母液在100℃下浓缩蒸发2444g水分后，得到P4母液和氯化钠晶体的混合料浆。
步骤21.将步骤20中得到的P4母液和氯化钠晶体的混合料浆，经离心分离后得到氯化钠产品168g和P4母液1900g。
步骤22.将步骤21中得到的P4母液则返回步骤18中，与下一循环中步骤14中得到的氯化钠和氯化钾的混合物混合溶解。
将步骤20中得到的蒸发冷凝水返回步骤18，与步骤14中得到的氯化钠和氯化钾的混合物混合溶解。
重复12-23的操作，可以不断得到产品氯化钾和副产物氯化镁、氯化钠。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
实施例2
如图1所示，所述从玉米浸泡液中提钾制备氯化钾的方法，包括以下步骤：
步骤1.在常温下采用真空抽滤方式过滤玉米浸泡液，真空度控制在0.07-0.09Mpa，滤膜采用0.45微米孔径滤膜，得到澄清的玉米浸泡液。
步骤2.采用高径比为5:1的树脂填充柱进行试验，树脂柱内径3.88cm左右，填充高度19.5cm左右，填充体积约为230mL。填充树脂类型为凝胶型氢型阳离子树脂T-42H。
步骤3.采用蠕动泵输送玉米浸泡液，以20ml/min速率从离子树脂填充柱底部进料，即流速为5.22BV/h，下进上出，收集出口玉米浸泡液。进样量达到1002g左右，停止进样。
步骤4.采用压缩空气从顶部将残留在填充柱中的玉米浸泡液压出，与3中收集的出口玉米浸泡液合并，得到1001g。
步骤5.采用ICP检测玉米浸泡液进口与出口中钾含量，分别为6.251mg/g和0.051mg/g，对钾的提取率达到99％以上。
步骤6.采用蠕动泵输送去离子水，以20ml/min速率从离子树脂填充柱顶部进料，即流速为5.22BV/h，上进下出。进样量达到100g，停止进样。
步骤7.配置为质量浓度8％的盐酸溶液，采用蠕动泵输送盐酸溶液，以20ml/min速率从离子树脂填充柱顶部进料，即流速为5.22BV/h，上进下出，收集出口洗脱液。进样量达到208g，停止进样。
步骤8.采用压缩空气从顶部将残留在填充柱中的洗脱液压出，与步骤7中收集的出口洗脱液合并，得到209g。
步骤9.采用氢氧化钠调节步骤8中洗脱液的pH至6-8，ICP检测调节pH后洗脱液中钠、钾、镁离子浓度，换算成氯化物的质量浓度分别为2.08％氯化钠，6.51％氯化钾，4.54％氯化镁。
步骤10.采用蠕动泵输送去离子水，以20ml/min速率从离子树脂填充柱顶部进料，即流速为5.22BV/h，上进下出。进样量达到100g，停止进样。
步骤11.重复1-10的操作，不断提取玉米浸泡液中的钾离子，通过盐酸洗脱的方式收集步骤8中的洗脱液。
步骤12.步骤9中的洗脱液进行膜浓缩，得到盐浓度为20％的洗脱液溶液。
步骤13.取7500g步骤12所得洗脱液与上一循环得到的190g固体物料M1混合或者与190g氯化钠与光卤石按质量比1:2.2-2.5组成的混合物混合，进行浓缩结晶，在100℃下浓缩蒸发4430g水分后，冷却至-10℃养晶1h，得到含有氯化钠和氯化钾晶体的料浆。
步骤14.将步骤13中的料浆用于离心分离，得到氯化钠和氯化钾的固体混合物980g与P1母液2283g。
步骤15.将P1母液继续进行浓缩，在100℃下浓缩蒸发590g水分后，冷却至-10℃养晶1h，得到料浆。
步骤16.将步骤15中的料进行离心分离，得到190g固体物料M1和P2母液1500g。固体物料M1返回步骤13，与洗脱液混合后浓缩结晶。
步骤17.将P2母液用于喷雾干燥，得到氯化镁副产物521g。
步骤18.将步骤14中得到的氯化钠和氯化钾的混合物980g与上一循环得到的2850g P4母液或2850g由氯化钠和氯化钾按质量比1:0.25:0.32组成的混合物，以及3666g水在25℃下混合进行重结晶，得到氯化钾晶体和P3母液的混合料浆。
步骤19.将步骤18中得到的氯化钾晶体和P3母液的混合料浆，通过离心分离得到氯化钾产品729g和P3母液6767g。
步骤20.将步骤19中得到的P3母液在100℃下浓缩蒸发3666g水分后，得到P4母液和氯化钠晶体的混合料浆。
步骤21.将步骤20中得到的P4母液和氯化钠晶体的混合料浆，经离心分离后得到氯化钠产品252g和P4母液2850g。
步骤22.将步骤21中得到的P4母液则返回步骤18中，与下一循环中步骤14中得到的氯化钠和氯化钾的混合物混合溶解。
将步骤20中得到的蒸发冷凝水返回步骤18，与步骤14中得到的氯化钠和氯化钾的混合物混合溶解。
重复12-23的操作，可以不断得到产品氯化钾和副产物氯化镁、氯化钠。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
实施例3
如图1所示，所述从玉米浸泡液中提钾制备氯化钾的方法，包括以下步骤：
步骤1.在常温下采用真空抽滤方式过滤玉米浸泡液，真空度控制在0.07-0.09Mpa，滤膜采用0.45微米孔径滤膜，得到澄清的玉米浸泡液。
步骤2.采用高径比为5:1的树脂填充柱进行试验，树脂柱内径3.88cm左右，填充高度19.5cm左右，填充体积约为230mL。填充树脂类型为凝胶型氢型阳离子树脂T-42H。
步骤3.采用蠕动泵输送玉米浸泡液，以20ml/min速率从离子树脂填充柱底部进料，即流速为5.22BV/h，下进上出，收集出口玉米浸泡液。进样量达到1041g左右，停止进样。
步骤4.采用压缩空气从顶部将残留在填充柱中的玉米浸泡液压出，与3中收集的出口玉米浸泡液合并，得到1039g。
步骤5.采用ICP检测玉米浸泡液进口与出口中钾含量，分别为6.341mg/g和0.049mg/g，对钾的提取率达到99％以上。
步骤6.采用蠕动泵输送去离子水，以20ml/min速率从离子树脂填充柱顶部进料，即流速为5.22BV/h，上进下出。进样量达到100g，停止进样。
步骤7.分别配置质量浓度为8％的盐酸溶液和氯化钠溶液，以体积比1:1混合，得到盐酸和氯化钠混合液，采用蠕动泵输送混合液，以20ml/min速率从离子树脂填充柱顶部进料，即流速为5.22BV/h，上进下出，收集出口洗脱液。进样量达到238g，停止进样。
步骤8.采用压缩空气从顶部将残留在填充柱中的洗脱液压出，与步骤7中收集的出口洗脱液合并，得到239g。
步骤9.采用氢氧化钠调节步骤8中洗脱液的pH至6-8，ICP检测调节pH后洗脱液中钠、钾、镁离子浓度，换算成氯化物的质量浓度分别为1.81％氯化钠，5.66％氯化钾，3.95％氯化镁。
步骤10.采用蠕动泵输送去离子水，以20ml/min速率从离子树脂填充柱顶部进料，即流速为5.22BV/h，上进下出。进样量达到100g，停止进样。
步骤11.重复1-10的操作，不断提取玉米浸泡液中的钾离子，通过混合液洗脱的方式收集步骤8中的洗脱液。
步骤12.步骤9中的洗脱液进行膜浓缩，得到盐浓度为20％的洗脱液溶液。
步骤13.取9375g步骤12所得洗脱液与上一循环得到的238g固体物料M1混合或者与238g氯化钠与光卤石按质量比1:2.2-2.5组成的混合物混合，进行浓缩结晶，在100℃下浓缩蒸发5538g水分后，冷却至-10℃养晶1h，得到含有氯化钠和氯化钾晶体的料浆。
步骤14.将步骤13中的料浆用于离心分离，得到氯化钠和氯化钾的固体混合物1225g与P1母液2854g。
步骤15.将P1母液继续进行浓缩，在100℃下浓缩蒸发738g水分后，冷却至-10℃养晶1h，得到料浆。
步骤16.将步骤15中的料进行离心分离，得到238g固体物料M1和P2母液1875g。固体物料M1返回步骤13，与洗脱液混合后浓缩结晶。
步骤17.将P2母液用于喷雾干燥，得到氯化镁副产物651g。
步骤18.将步骤14中得到的氯化钠和氯化钾的混合物1225g与上一循环得到的3563g P4母液或3563g由氯化钠和氯化钾按质量比1:0.25:0.32组成的混合物，以及4583g水在25℃下混合进行重结晶，得到氯化钾晶体和P3母液的混合料浆。
步骤19.将步骤18中得到的氯化钾晶体和P3母液的混合料浆，通过离心分离得到氯化钾产品911g和P3母液8459g。
步骤20.将步骤19中得到的P3母液在100℃下浓缩蒸发4583g水分后，得到P4母液和氯化钠晶体的混合料浆。
步骤21.将步骤20中得到的P4母液和氯化钠晶体的混合料浆，经离心分离后得到氯化钠产品315g和P4母液3563g。
步骤22.将步骤21中得到的P4母液则返回步骤18中，与下一循环中步骤14中得到的氯化钠和氯化钾的混合物混合溶解。
将步骤20中得到的蒸发冷凝水返回步骤18，与步骤14中得到的氯化钠和氯化钾的混合物混合溶解。
重复12-23的操作，可以不断得到产品氯化钾和副产物氯化镁、氯化钠。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种海水制盐装置