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硫酸法浓缩硝酸,失败的硝酸镁法浓缩硝酸和原因分析
沃 尔玛购物袋
2025/08/03
原创
IP:浙江
摘要:本文介绍了一种使用硝酸镁溶液浓缩稀硝酸(失败)和另外一种浓硫酸浓缩稀硝酸制得浓硝酸(成功)的方法,有一定应用前景。

灌了这么多水也是终于发了点好货。。。

稀硝酸浓缩一直是一个重要课题,坛友对硝酸镁法多有尝试然而我却未见成功者。锂钐铪铌 坛友成功以硫酸法浓缩了硝酸。

如下图,由于共沸现象的存在,不加脱水剂(诸如硝酸镁、浓硫酸)难以获得浓硝酸。本文包括参考文献中“浓度”用质量分数表示。

实际操作中,应保持脱水剂(浓硫酸,硝酸镁)超过理论值相当一部分,即大过量。实际用量最好是理论值的1.1~1.2倍。

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加入硝酸镁后得益于镁离子高的电荷密度,以及镁离子极高的水合能,水分子的孤对电子与之作用力较强,使水在混合液沸腾时在液面的蒸汽压降低。硝酸分子由于分子内部氢键使得其与镁离子的作用力减弱,而此时硝酸在液面上的蒸汽压无明显减小,于是气相组成中硝酸的浓度上升。突破共沸点。


First,硝酸镁法

硝酸镁可以由稀硝酸与氧化镁or碳酸镁反应制得,当然也可以直接买,但易被水表。

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这“氧化镁”似乎可以让人猜到它的产地是天津。(无地域黑)


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之前做的硝酸镁溶液,底下的灰色物质是转移液体时带入的“氧化镁”。由于容器太小,我的稀硝酸太稀,不得不反应一部分后把溶液倒入另一容器里,然后继续加酸反应。硝酸微过量。


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硝酸镁高浓度时粘度奇大,故浓度一般取76%左右。浓缩得太浓也会浪费许多热能。


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由于找不到硝酸镁溶液浓度密度对照表,也为了方便,用如图浓度-沸点曲线估计浓度。如果观察到温度在高于190摄氏度时,溶液不沸腾,即可。刚才说了,高浓度硝酸镁溶液粘度奇大,故我直接用蒸馏烧瓶浓缩,省的转移溶液麻烦。


先加入52%的硝酸镁溶液388g。(浓度用沸点法估出)温度计示数达193℃时停止加热。(减压条件下此温度应降低)


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浓缩过程中。可以看到浓溶液呈一种糖浆质地,粘度高。


IMG_0380.mp4 点击下载

视频中可以看到,硝酸镁浓溶液一遇冷就析出大量结晶,转移不便,不适用密度法测质量分数,故用本文之前所说的沸点法估计。


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浓缩完成后,硝酸镁。硝酸镁略微水解,产生氢氧化镁使溶液变白。蒸发过程中我闻到些许酸味,也许是分解出的硝酸。


硝酸镁水解:Mg(NO3)2+2H2O===2HNO3+Mg(OH)2。


算出硝酸镁溶液的质量。388g*0.52/0.74=272.649g。忽略水解。取270g。


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如图,本文中三元相图的使用方法是:先标出水的浓度(投入的硝酸中)与脱水剂的浓度(原脱水剂中而非三元混合物中)并连点成线,再寻找欲获得的硝酸浓度曲线和上一步所得线段的交点,最后以交点位置估值。例使用 76%Mg(NO3)2 55%HNO3,欲得90%成品酸,则先在图中标出硝酸镁 Mg(NO3)2 的质量分数和投入硝酸 HNO3中的水的质量分数。(1-55%=45%),计作A B点。连接两点,线段AB交曲90%HNO3于点K。


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找到交点后,向这三个方向看,可得该三元混合物在1atm下沸腾时的气液相组成,以及沸点。例K点液相组成为20%HNO3 30%H2O 50%Mg(NO3)2,气相62%中含90%HNO3,沸点约为117摄氏度。于是可以算出投料比。也可以偷懒,线段KA/KB值即为稀硝酸/脱水剂的投料比。(质量)

觉得别扭?我也这么觉得。但是掌握这个方法可以减去许多计算量,有利于我们身心健康发展。


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硝酸浓度密度对照表。


测出密度求得稀硝酸质量分数为50%


计算并查表知,欲获得80%的馏出酸,加入83g的稀硝酸。实际加入53g


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开蒸!冷却水中加冰(可选)。瓶中产生大量二氧化氮。


还是以密度求浓度。求得馏出酸密度为1.38克每毫升,查表得馏出酸浓度为62.5%。


很显然,我没有获得预想中的80%的产品酸,这是为什么呢?接下来尝试解答一下。

1,我的硝酸镁是昨天晚上浓缩好的,烧瓶密封不严,加上最近温州天气潮湿,其可能吸潮使得其质量分数低于76%。

2,硝酸镁不纯。我制备硝酸镁的氧化镁来自天津某厂,稀硝酸来自南科,二者纯度不高。使得硝酸镁质量分数低于76%。

3,硝酸镁在我浓缩其溶液时水解,产生氢氧化镁,氢氧化镁溶于热水使得溶液沸点升高,使我误认为硝酸镁溶液浓度达标。

那么如何解决?

1,不能趁热投料,不然氮氧化合物和酸雾大量喷出。我们提前制得硝酸镁溶液后应该先密封后冷却。

2,买国药或者西陇等纯度可靠的厂家的氧化镁,稀硝酸用cip或者买标液。

3,减压蒸发。用串联的水老鼠(丐版水喷射真空泵,左口接要减压的容器,上口接流速尽可能快的水流,利用伯努力原理减压):

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或隔膜真空泵或蒸汽喷射泵进行减压浓缩,降低浓缩所达最高温以减弱硝酸镁水解。


Second 硫酸法。


此法利用硫酸分子与水分子之间强烈的氢键作用,而硝酸分子由于内部氢键使得其与硫酸分子的氢键作用被削弱,于是混合液沸腾时液面的水蒸汽分压减小。突破硝酸-水的共沸点。


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三元相图,使用方法上文讲过了。


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硫酸浓度密度对照表。方便大家。


测密度得硝酸浓度约为62%,kk浓度按80%计。(但是建议操作前先确定硫酸浓度,不同批次kk浓度有差别)利用三元相图算得欲获95%硝酸,硝酸/硫酸=7/20。取1/3。稀硝酸质量55g,故理论需kk165g。这里加入220g。实际操作建议硫酸大过量50至70g。

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搭好装置。先加稀硝酸,然后加kk,加入kk时放热,产生些许二氧化氮和酸雾。开始蒸馏。


IMG_0456.mp4 点击下载


蒸馏时,90摄氏度左右硝酸大量馏出。温度计示数上下浮动。操作时要注意温度计示数,不要超过110摄氏度。建议达到90度以上就停止加热,停热后温度计示数将先上升后下降。温度计示数低于90摄氏度后再加热。以此往复。否则水分馏出,冲淡产品酸。


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称在称量硝酸前已经去皮。计算得硝酸密度为1.499g/ml。其质量分数在95%~96%之间。


可能有用而不知放哪儿的图。

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业余条件,还是硫酸法更好。kk即买即用,方便便宜。然后浓缩完再把残余氮氧化物,水分蒸干,就可以最高得脱色的98%硫酸。当然kk可能还有磷酸或者别的杂质,就要日后去研究了。

还请大家多多讨论,多多指教。


参考文献:

1.《无机化工工业学》第二版、第三版 陈五平主编



[ 修改于1年2个月前 - 2025/08/13 18:53:41 ]
1年3个月前IP:河南
946014
1楼

浓缩含水量不大的n酸用分馏柱也可以吧,

就是时间长点

引用
评论(1)
2
1年3个月前IP:山东
946022
2楼

硝硫混酸建议还是上个分馏柱搞,浓度能更高些

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评论(1)
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