Sản xuất và ứng dụng KOH giá rẻ

KOH là nguyên liệu quan trọng để sản xuất nhiều hóa chất chứa kali và hiện được sử dụng trong nhiều chất tẩy rửa dạng lỏng.Tuy nhiên, do giá thành cao nên trong sản xuất công nghiệp người ta thường ưu tiên sử dụng NaOH có giá thành thấp hơn.

Lý do khiến cho KOH có giá thành cao không chỉ là do giá cao của nguyên liệu KCl, cũng không chỉ do tiêu hao điện lớn trong quá trình điện phân để sản xuất KOH, mà nguyên nhân chính là do chi phí đặc biệt cao của quá trình tinh chế dung dịch KCl trước khi nạp vào bình điện phân (với mục đích giảm hàm lượng kim loại nặng xuống mức ppb). Quá trình tinh chế này là cần thiết để bảo vệ màng điện phân có độ nhạy cao. Tuy nhiên, KOH được sử dụng thông thường lại không cần phải có độ tinh khiết cao như vậy.

Quy mô thị trường KOH có thể sẽ tăng lên đáng kể nếu các nhà sản xuất giảm được chi phí sản xuất hóa chất này.

ở đây chúng tôi đề xuất phương pháp sản xuất KOH giá thành thấp thông qua sản phẩm trung gian là kali format. Trước tiên, dung dịch kali format sẽ được sản xuất trong quá trình kết hợp bao gồm reforming bằng hơi nước để chuyển hóa khí thiên nhiên thành khí tổng hợp (CO + 3H2), thu giữ CO bằng vôi tôi – theo công nghệ của Công ty SRI Consulting – để tạo thành canxi format, tiếp theo là chuyển hóa canxi format thành kali format bằng phương pháp chiết dung môi hoặc trao đổi ion (nguồn kali là KCl hoặc tốt hơn là nước muối chứa kali).

Sau đó, kali format có thể được chuyển hóa thành KOH thông qua các phản ứng đã được các nhà nghiên cứu Đức đăng ký sáng chế từ thập niên 1930 như sau:

Phương pháp 1: Nung kali format rắn

Có thể thu được KOH rẻ hơn bằng cách nung kali format rắn trong sự có mặt của KOH đã được tạo ra trước đó. Quá trình này ban đầu được thực hiện trong lò lửa hoặc thiết bị Thelen, nhưng ngày nay có thể được thực hiện trong các hệ oxy hóa tiên tiến – trong dung dịch:

2KCOOH + 2KOH + O2 đ 2K2CO3 + 2H2O

2K2CO3 aq + 2Ca(OH)2 đ 4KOH aq + 2CaCO3

Phản ứng trên có thể được sử dụng để chỉ sản xuất KOH hoặc chỉ sản xuất K2CO3, hoặc sản xuất cả hai chất với tỷ lệ mong muốn.

Phản ứng khi chỉ sản xuất KOH là:

2KOOH aq + 2Ca(OH)2 + O2 đ 2KOH aq +

2CaCO3 + 2H2O

Phản ứng khi chỉ sản xuất K2CO3 là:

2KCOOH aq + Ca(OH)2 + O2 đ K2CO3 aq +

CaCO3 + H2O

Phương pháp 2: Chuyển hóa qua kali oxalat

KOH rẻ hơn cũng có thể được sản xuất qua kali oxalat theo quy trình đã được Enderli và Schrodt đăng ký sáng chế từ năm 1936 – bằng cách gia nhiệt kali format nóng chảy ở 300-350oC khi có mặt KOH, kali oxalat tuần hoàn và khí nitơ.

Sau đó, kali oxalat được chuyển hóa thành KOH thông qua phản ứng với vôi tôi (theo đề xuất của ulmann). Canxi oxalat thu được cũng sẽ được xử lý bằng axit sunphuric để tạo thành axit oxalic là sản phẩm có thể được bán ra thị trường.

Ứng dụng thị trường của KOH giá rẻ

Sản xuất KOH rẻ sẽ mở ra nhiều ứng dụng thị trường mà trước đây thường bị bỏ qua vì người ta ưu tiên sử dụng NaOH. Ví dụ, điều chỉnh độ pH của phân bón là một trong những ứng dụng thị trường như vậy.

Ngay cả khi chúng ta có nguồn KOH rẻ hơn thì cũng chỉ nên sử dụng khi cần thiết, ví dụ không thể sản xuất phân lân chứa kali bằng cách cho KOH phản ứng với axit phốtphoric vì hiện đã có những quy trình với giá thành thấp hơn. Thay vào đó, chúng ta có thể sử dụng KOH để điều chỉnh độ pH của những loại phân bón có tính axit, ví dụ KH2PO4, trước khi bón cho những loại cây trồng nhạy cảm với các dao động của giá trị pH.

Xử lý khoáng chất cũng có thể là một trong những ứng dụng thị trường có giá trị đối với KOH. Do KOH có tính kiềm cao hơn và hoạt tính phản ứng mạnh hơn NaOH nên chúng ta có thể sử dụng KOH để thực hiện các quá trình chiết mà khó có thể thực hiện hoặc không thể thực hiện khi sử dụng NaOH – ví dụ chiết alumin từ quặng đôlômit (sau khi nung một phần).

Một khoáng chất công nghiệp có tiềm năng mà hiện vẫn ít được sử dụng khác là tro nhẹ thu được từ các nhà máy nhiệt điện đốt than. Khi xử lý tro nhẹ một cách cẩn thận bằng KOH, trước tiên có thể tạo ra kali silicat – một sản phẩm có thể bán ra thị trường – và sau đó là kali aluminat. Kali aluminat có thể được thủy phân trong quá trình Bayer để sản xuất alumin (và KOH để tái sử dụng).

Một ứng dụng khác cũng quan trọng đối với KOH là điều chế vinyl brômua hoặc sử dụng trong các phản ứng hữu cơ tương tự. etylen brômua có thể được sản xuất một cách dễ dàng bằng phản ứng của brôm với etylen, sau đó xử lý bằng KOH sẽ tạo ra vinyl brômua và KBr:

C2H4Br2 + KOH đ CH2Br + KBr + H2O

Cả vinyl brômua và KBr đều là những sản phẩm thương mại, có thể bán ra thị trường

Theo Industrial Minerals,

3/2011