一种电子级氢氧化钾的制备方法
阅读说明：本技术 一种电子级氢氧化钾的制备方法 (Preparation method of electronic-grade potassium hydroxide ) 是由 刘鹏程 郑钰钏 罗小容 张天兰 于 2021-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种电子级氢氧化钾的制备方法,其主要包含溶液配制,冷却结晶,离心,溶解过滤步骤。与现有技术相比,本发明具有操作简单、成本低、可大量生产等优点。得到的最终氢氧化钾产品纯度高,其中Ca离子含量低于300ppb,Mg离子含量低于50ppb,Fe离子含量低于100ppb,Ni离子含量低于1ppb,Na离子含量在100ppm以内。(The invention relates to a preparation method of electronic-grade potassium hydroxide, which mainly comprises the steps of solution preparation, cooling crystallization, centrifugation, dissolution and filtration. Compared with the prior art, the method has the advantages of simple operation, low cost, mass production and the like. The obtained final potassium hydroxide product has high purity, wherein the content of Ca ions is less than 300ppb, the content of Mg ions is less than 50ppb, the content of Fe ions is less than 100ppb, the content of Ni ions is less than 1ppb, and the content of Na ions is within 100 ppm.)
技术领域
本发明涉及化工制造领域，具体地涉及一种电子级氢氧化钾的制备方法。
背景技术
随着全球高新电子线路板的发展，全球对高纯电子级氢氧化钾的需求不断上升。工业级氢氧化钾已经满足不了要求。因此，有必要对工业级氢氧化钾进行纯化，提升品质。
中国专利96110804.5采用含氟阳离子交换膜和通过用该阳离子交换膜作为隔膜水解氯化钾溶液而产生高纯度氢氧化钾的方法，该法能耗较大，成本高。专利200810147324.2涉及一种利用低碳醇萃取富含硅杂志的氢氧化钾水溶液。该法只是针对杂质硅，未涉及到其他杂质离子的去除。专利201010576437.1公开了一种将偏硼酸钾溶解到氢氧化钠水溶液中，通过加热回流，固液分离得到固体氢氧化钾，该法工艺流程复杂，能耗大，未涉及到氢氧化钾纯度问题。专利201410290942.8公开了一种高纯氢氧化钾水溶液的连续生产方法，该方法中氢氧化钾溶液需依次通过螯合树脂、阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、电渗析及多级滤芯循环系统除去杂质，该工艺方法步骤烦琐且工艺成本高。专利CN202010747995.3中采用纯化氯化钾进行电解制得电子级氢氧化钾工艺，存在工艺路线复杂，酸性废盐水不好处理等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种操作简单、成本低、可大量生产电子级氢氧化钾的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电子级氢氧化钾的制备方法，包括以下步骤：
(1)取工业级氢氧化钾溶液和氢氧化钾片碱，搅拌溶解，配制为50％～75％的氢氧化钾溶液；
(2)将氢氧化钾溶液降温至30～45℃，得到氢氧化钾晶体；
(3)对步骤(2)中的物料进行离心分离；
(4)离心后氢氧化钾晶体溶于纯水，配制为不同浓度氢氧化钾溶液，通过精密过滤器过滤，得到高纯氢氧化钾溶液。
其中电子级氢氧化钾溶液的标准如下：
表1要求
注：上述标准为成都华融化工有限公司电子级氢氧化钾溶液企业标准(Q/82723425-3.02-2020),本发明中制备的电子级氢氧化钾溶液均以此为标准。
根据本发明的技术方案，能够得到电子级氢氧化钾产品，其中氢氧化钾质量分数为48％的氢氧化钾溶液中Ca离子含量低于300ppb，Mg离子含量低于50ppb，Fe离子含量低于100ppb，Ni离子含量低于1ppb，Na离子含量在100ppm以内。
进一步地，步骤(1)中所述的配制氢氧化钾溶液浓度为50％～75％，较优选择为60％～75％，最优选择为65％～70％。
本发明中，作为优选方案，将步骤(1)中的氢氧化钾溶液配制为氢氧化钾质量分数为65％～70％，这样有利于氢氧化钾结晶。
进一步地，为保证收率，步骤(2)中所述氢氧化钾溶液温度为30～45℃，优选35-40℃。
本发明中，步骤(2)氢氧化钾溶液结晶温度优选35-40℃的目的在于在该温度下，氢氧化钾晶体的收率较好。
本发明中，作为优选方案，步骤(2)中采用循环水对氢氧化钾溶液降温是因为水具有较大的比热容，原料易得，且采用循环水的方式可以达到降低成本的目的。
进一步地，步骤(3)中所述的离心干燥，对离心机增加了喷淋装置，在离心的同时采用超纯水对氢氧化钾进行雾化喷淋。
本发明中，作为优选方案，步骤(3)中在离心的同时采用超纯水对氢氧化钾雾化喷淋的目的是喷雾和晶体处于超重力状态能够加快传质过程，快速带走杂质，同时对于晶体的收率损失也会减少，能够保证较好的洗涤效果和收率效果。
进一步地，步骤(4)中所述的精密过滤器的过滤精度为0.2～2.0μm，较优选择1.0～2.0μm，最优选择1.2～1.5μm。
进一步地，步骤(1)中所述的配制容器，一般为不锈钢材质，较优选择陶瓷材质，最优选择衬四氟容器。
本发明中，作为优选方案，选用衬四氟容器可以避免因容器材质而引入新的杂质。
进一步地，步骤(1)中所述的工业级氢氧化钾溶液中氢氧化钾的质量分数为30％～48％，氢氧化钾片碱的纯度为90％～95％。
本发明中，作为优选方案，选用30％～48％氢氧化钾溶液与90％～95％氢氧化钾片碱共同配制65％～70％的氢氧化钾溶液相比于直接用水溶解氢氧化钾片碱具有更低的放热温度，减少冷却时间，有利于步骤(2)中氢氧化钾溶液的结晶，从而达到提高制备效率的目的。
本发明的有益效果在于：
1、用30％～48％氢氧化钾溶液溶解氢氧化钾片碱，相比于直接用水溶解片碱，放热温度更低，后续冷却能耗更少，同时也可避免冷却结晶过程中更多杂质流入氢氧化钾晶体可能，造成晶体中杂质过高。
2、传统的结晶是降低溶液温度，采用冷冻结晶的方式，能耗比较大，本发明将氢氧化钾溶液浓度提升到50～75％，浓度更高，可在常温下进行结晶，不需达到冷冻结晶的温度，结晶过程采用循环水降温，节约成本。
3、离心过程中，采用超纯水进行呈雾状喷淋，在离心状态下，喷雾和晶体处于超重力状态能够加快传质过程，快速带走杂质，同时对于晶体的收率损失也会减少，能够保证较好的洗涤效果和收率效果。
4、整个过程中，可不加任何络合剂，避免络合剂重新代入杂质，同时也可节省成本。
5、最终氢氧化钾产品纯度高，其中Ca离子含量低于300ppb，Mg离子含量低于50ppb，Fe离子含量低于100ppb，Ni离子含量低于1ppb，Na离子含量在100ppm以内。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种电子级氢氧化钾的制备方法，包括以下步骤：
(1)取工业级30％氢氧化钾溶液和工业级90％氢氧化钾片碱混合，搅拌溶解，配制为65％氢氧化钾溶液(其钠离子含量2533ppm，铁离子含量310ppb，镍离子0.63ppm)；
(2)通10℃冷却循环水将上述氢氧化钾溶液降温到42℃，析出氢氧化钾水合晶体；
(3)收集水和氢氧化钾晶体和剩余氢氧化钾溶液，进行离心分离，在离心的同时采用超纯水对氢氧化钾进行雾化喷淋；
(4)将步骤(3)得到的电子级氢氧化钾产品按比例加入纯水溶解，未进行过滤。
经检测后，上述电子级氢氧化钾溶液产品中的氢氧化钾质量分数在48％左右，钠离子含量低于50ppm，镍离子含量低于1ppm，铁离子含量低于90ppb，钙离子含量低于600ppb，收率10％。详细数据见表1。
实施例2
一种电子级氢氧化钾的制备方法，包括以下步骤：
(1)取工业级30％氢氧化钾溶液和工业级90％氢氧化钾片碱混合，搅拌溶解，配制为65％氢氧化钾溶液(其钠离子含量2533ppm，铁离子含量310ppb，镍离子0.63ppm)；
(2)通15℃冷却循环水将上述氢氧化钾溶液降温到38℃，析出氢氧化钾水合晶体；
(3)收集水和氢氧化钾晶体和剩余氢氧化钾溶液，进行离心分离，在离心的同时采用超纯水对氢氧化钾进行雾化喷淋；
(4)将步骤(3)得到的电子级氢氧化钾产品按比例加入纯水溶解，再用1.2μm滤膜过滤即可得到高纯的氢氧化钾溶液。
经检测后，上述电子级氢氧化钾溶液产品中的氢氧化钾质量分数在48％左右，钠离子含量低于50ppm，镍离子含量低于50ppb，铁离子含量低于100ppb，钙离子含量低于300ppb，镁离子含量低于50ppb，收率22％。详细数据见表1。
实施例3
一种电子级氢氧化钾的制备方法，包括以下步骤：
(1)取工业级48％氢氧化钾溶液和工业级95％氢氧化钾片碱混合，搅拌溶解，配制为67％氢氧化钾溶液(其钠离子含量2400ppm，铁离子含量300ppb，镍离子0.85ppm)；
(2)通15℃冷却循环水将上述氢氧化钾溶液降温到38℃，析出氢氧化钾水合晶体；
(3)收集水和氢氧化钾晶体和剩余氢氧化钾溶液，进行离心分离，在离心的同时采用超纯水对氢氧化钾进行雾化喷淋；
(4)将步骤(3)得到的电子级氢氧化钾产品按比例加入纯水溶解，再用0.8μm滤膜过滤即可得到高纯的氢氧化钾溶液。
经检测后，上述电子级氢氧化钾溶液产品中的氢氧化钾质量分数在48％左右，钠离子含量低于20ppm，镍离子含量低于1ppb，铁离子含量低于100ppb，钙离子含量低于200ppb，镁离子含量低于50ppb，收率23％。详细数据见表1。
对比例1
一种电子级氢氧化钾的制备方法，包括以下步骤：
(1)取工业级30％氢氧化钾溶液和工业级90％氢氧化钾片碱混合，搅拌溶解，配制为70％氢氧化钾溶液(其钠离子含量2752ppm，铁离子含量200ppb，镍离子0.9ppm)；
(2)通5℃冷却循环水将上述氢氧化钾溶液降温到42℃，析出氢氧化钾水合晶体；
(3)收集水和氢氧化钾晶体和剩余氢氧化钾溶液，进行离心分离(不进行喷淋)；
(4)将步骤(3)得到的氢氧化钾产品按比例加入纯水溶解，再用2.0μm滤膜过滤即可得到氢氧化钾溶液。
经检测后，上述氢氧化钾溶液产品中的氢氧化钾质量分数在48％左右，钠离子含量低于800ppm，钙离子含量低于500ppb，镁离子含量低于50ppb，收率11％。详细数据见表1。
对比例2
一种电子级氢氧化钾的制备方法，包括以下步骤：
(1)取工业级95％氢氧化钾片碱，采用纯水搅拌溶解，配制为67％氢氧化钾溶液(其钠离子含量3000ppm，铁离子含量800ppb，镍离子0.85ppm)；
(2)通15℃冷却循环水将上述氢氧化钾溶液降温到38℃，析出氢氧化钾水合晶体；
(3)收集水和氢氧化钾晶体和剩余氢氧化钾溶液，进行离心分离，边喷淋边离心；
(4)将步骤(3)得到的氢氧化钾产品按比例加入纯水溶解，再用0.8μm滤膜过滤即可得到高纯的氢氧化钾溶液。
经检测后，上述氢氧化钾溶液产品中的氢氧化钾质量分数在48％左右，钠离子含量350ppm，镍离子含量低于1ppb，铁离子含量低于300ppb，钙离子含量低于200ppb，镁离子含量低于50ppb，收率25％。详细数据见表1。
对比例3
一种电子级氢氧化钾的制备方法，包括以下步骤：
(1)取工业级48％氢氧化钾溶液和工业级95％氢氧化钾片碱混合，搅拌溶解，配制为50％氢氧化钾溶液(其钠离子含量2400ppm，铁离子含量300ppb，镍离子0.85ppm)；
(2)通15℃冷却循环水将上述氢氧化钾溶液降温到38℃，无晶体析出；后采用～35℃冷冻盐水降温，方有少量晶体析出；
(3)收集水和氢氧化钾晶体和剩余氢氧化钾溶液，进行离心分离，在离心的同时采用超纯水对氢氧化钾进行雾化喷淋；
(4)将步骤(3)得到的氢氧化钾产品按比例加入纯水溶解，再用0.8μm滤膜过滤即可得到氢氧化钾溶液。
经检测后，上述氢氧化钾溶液产品中的氢氧化钾质量分数在48％左右，钠离子含量1500ppm，镍离子含量低于1ppb，铁离子含量低于200ppb，钙离子含量低于200ppb，镁离子含量低于50ppb，收率23％。详细数据见表1。
表1检测对比数据表
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域人员根据发明的揭示，不脱离本发明范畴所作出的改进和修改都在本发明的保护范围之内。
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