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[拼音]:jia

[外文]:potassium

元素符号K,银白色金属,在元素周期表中属 IA族,原子序数19,原子量39.0983,体心立方晶体,常见化合价为+1。

1807年英国化学家戴维(H.Davy)用电解氢氧化钾的方法制得金属钾。把钾投入水中会在水面上急速奔驰,发出咝咝的声音,并出现淡紫色的火焰。因为钾是从草木灰(potash)中提取的,所以命名为potassium。

含钾的矿物很多,具有工业价值的主要有钾盐(KCl)、钾石盐(KCl・NaCl)、光卤石(KCl・MgCl2・6H2O)等。钾在海水中的含量为380毫克/升,盐湖中也含有大量钾盐。已发现的钾矿储藏量(以K2O计)估计为5.3×109吨,其中苏联约占49%,加拿大约占37%。最著名的产地为苏联的索利卡姆斯克(Солиκамсκ)。中国青海盐湖的储量也很丰富。

性质和用途

钾的化学性质比钠更活泼,在空气中猛烈燃烧,生成淡黄色的超氧化钾(KO2);遇水放出氢气并爆炸。钾同卤素反应激烈,同液体溴接触会爆炸,同许多卤素有机化合物作用,也会发生爆炸反应。钾同一氧化碳在60℃时就能生成爆炸性的羰基化合物[K6(CO)6],但同氮不反应。液氨是钾的良好溶剂。钾也溶于乙二胺、苯胺和汞中。钾的还原性极强,能使多种金属化合物还原成金属。

制取钾比制取钠困难得多,所以它的价格通常为钠的10倍左右。70年代末世界年产钾数百吨,价格约5美元/公斤。每公斤KO2吸收二氧化碳和水后能释放出336.6升氧气,所以广泛用作潜艇以及宇宙飞船中的供氧源。制造KO2是金属钾的主要用途。

钾钠合金(Na-K)可作传热介质,在原子反应堆中用作热载体。惰性气体经Na-K清除不纯物质后,氧和水的含量均可小于1ppm。钾也可在磁流体发电中作燃料添加剂,以提高高温气体的导电性。

金属钾和苛性钾(KOH)均会严重烧伤皮肤,不可直接接触。钾在空气中燃烧时产生碱性浓烟,也会损害人体健康。扑灭金属钾火焰可用干燥的NaCl、Na2CO3粉末,决不可用CO2和CCl4灭火,因钾遇CCl4会爆炸。钾在空气中表面氧化生成的KO2,与钾反应也能爆炸,所以在处理表面严重氧化的金属钾时,要特别小心,最好先除去氧化膜再熔化。

生产工艺

钾在熔盐中的溶解度很大,又能渗透到石墨层间,严重地侵蚀石墨阳极;它还极易同氧和一氧化碳生成爆炸性的超氧化钾和羰基钾,所以不能用电解氯化钾的方法制取钾。工业上用钠置换法制取钾,化学反应是Na+KCl─→K+NaCl。当体系达到平衡时,只有一小部分钾生成。但钾的沸点比钠低得多,如果将钾不断从体系中分离出去,就能不断地产生钾蒸气。工业上使用的方法有间歇法和连续法两种。

间歇法

先将原料氯化钾破碎成小于30毫米的颗粒,在干燥炉内于 200~250℃烘干至含水小于0.1%。干燥后的氯化钾和钠块加入密闭反应釜内,通氮气置换釜内的空气后,抽真空至残压100托左右,加热到680~720℃。反应产生的钾蒸气上升到塔顶的冷凝器中:一部分冷凝成液体,作为回流液返回精馏柱;另一部分经支管流出,冷凝,收集于储罐中。得到的金属钾纯度在98%以上,总收率以KCl计约为70%左右。反应完成后,蒸馏出残留的少量钠钾合金,可作为原料返回使用,残渣(NaCl-KCl)熔融排出。采用不同的加料配比,可制得不同组成的钾钠合金。

连续法

工艺流程见图。主要过程在不锈钢塔内进行。塔的上部为精馏区,下部为反应区,内充不锈钢环。从塔的底部导入液体钠,经反应塔旁的叉管加热并汽化后,沿反应塔上升。熔融的氯化钾由塔中部加入,与上升的钠蒸气反应生成钾钠合金。经过精馏区分离,钾蒸气冷凝成液体,部分返回作回流液,部分取出为成品。反应物氯化钠通过塔底不断排出。为保证操作安全,体系在氮气正压下操作。连续法的缺点是设备腐蚀严重。工业金属钾的纯度为96%以上,经真空蒸馏,可制得99.99%以上的高纯钾,其中含氧10~50ppm、 碳10~50ppm、钠10~50ppm。高纯钾一般要保存在充氩气的密闭容器中。

参考书目
  1. W. A. Hart & O.F.Beumel Jr. The Chemistry of Lithium,Sodium,Potassium, Rubidium,Cesium and Franciun,Pergamon,Oxford,1973.

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文章名称:《钾》
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