钾

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[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W.A.Hart&O.F.BeumelJr.TheChemistryofLithium，Sodium，Potassium，Rubidium，CesiumandFranciun，Pergamon，Oxford，1973.