摘要：钾盐的使用已有很长的历史。土壤中钾的存在对碳水化合物、蛋白质的形成及其在植物体内的运动发挥着重要作用。碳酸钾是重要的基本无机化工、医药、轻工原料之一，主要用于光学玻璃、电焊条、电子管、电视显像管、灯泡、印染、染料、油墨、照相药品、泡花碱、聚酯、炸药、电镀、制革、陶瓷、建材、水晶、钾肥皂及药物的生产。可用作气体吸附剂，干粉灭火剂，橡胶防老剂。还用于脱除化肥合成气中二氧化碳。也可用作含钾肥料。随着高新技术的不断开发，碳酸钾在洗涤助剂和味精、食品等领域的应用也日趋扩大。碳酸钾在食品加工中，主要用于改善色泽和提升风味，如在制造面条、馄饨时适量加入，可赋予产品以特有的风味、色泽和韧性。但起不到膨松剂的作用。碳酸钠有膨松剂的功能，同时提高食品的弹性和延展性因此常与碳酸钠等并用。这两种物质都是显碱性，不过碳酸钾的碱性比碳酸钠略强一点，是因为钾的元素活泼性比钠高一点。碱性越强，溶液的pH值就越高。相同浓度溶液的pH值，碳酸钾比碳酸钠高。本文主要就碳酸钾的理化性质，使用标准及其发展现状与前景进行论述。

关键词：碳酸钾、理化性质、应用、研究进展

Abstract: The use of potassium has a long history. The presence of potassium in soil plays an important role in the formation of carbohydrates and proteins and their movement in plants. Potassium carbonate is one of the important basic inorganic chemical, pharmaceutical, light industry raw materials, mainly used in the production of optical glass, welding rod, electron tube, television picture tube, bulb, printing and dyeing, dye, ink, photographic drugs, bao-flower alkali, polyester, explosives, electroplating, tanning, ceramics, building materials, crystal, potassium fertilizer soap and drugs. Can be used as a gas adsorbent, dry powder fire extinguishing agent, rubber aging agent. It is also used to remove carbon dioxide from chemical fertilizer syngas. Can also be used as potash fertilizer. With the development of high and new technology, the application of potassium carbonate in washing agent, monosodium glutamate, food and other fields is expanding.In food processing, potassium carbonate is mainly used to improve color and flavor. For example, when adding proper amount to noodles and wontons, it can give products a unique flavor, color and toughness. But it does not function as a leavening agent. Sodium carbonate acts as a leavening agent and increases the elasticity and malleability of foods, so it is often used with sodium carbonate and others. Both substances are remarkably basic, although potassium carbonate is slightly more basic than sodium carbonate because potassium is a little more reactive than sodium. The more basic the solution, the higher the pH. Potassium carbonate has a higher pH than sodium carbonate of the same concentration. This paper mainly discusses the physical and chemical properties, application standard, development status and prospect of potassium carbonate.

Key words: potassium carbonate, physical and chemical properties, application, research progress

1 碳酸钾的简介

碳酸钾，化学式为K2CO3，呈无色结晶或白色颗粒状[1]，相对分子量138.21，密度2.428g/cm3，熔点891℃，热稳定性高，加热至1000℃也不分解，沸点时分解。溶于水，水溶液呈碱性，不溶于乙醇、丙酮和乙醚。在空气中极易潮解，可用作干燥剂，暴露在空气中能吸收二氧化碳和水分，转变为碳酸氢钾，应密封包装。水合物有一水物、二水物、三水物。碳酸钾水溶液呈碱性。与氯气作用生成氯化钾，与二氧化硫作用而成焦硫酸钾。600℃时与硫酸钡反应5 min，有22.5%的硫酸钾形成。如果用硫酸铅代替硫酸钡，有40.9%的硫酸钾形成。工作人员应做好防护，若不慎触及眼睛，应立即用大量流动清水冲洗。工作环境应具有良好的通风条件。相对其他水合物，K2CO3在脱水与水合过程中具有很好的可逆性，并且价格低廉、熔点与潮解点合适、不具有强腐蚀性和毒性、反应过程中体积变化小[2]。碳酸钾基本参数见表１。

表1 K2CO3的基本参数

2 制备方法

2.1 电解法

将氯化钾电解后得到的氢氧化钾溶液，在碳化塔中以二氧化碳碳化。经多效蒸发器蒸发、过滤得碳酸氢钾，再经煅烧制得产品。此法因原料易得、钾利用率高、无三废产生而得到广泛应用，但耗电较多。其反应式如下：

2KCl + 2 H2O → 2KOH + Cl2↑+ H2

2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O

K2CO3+ CO2 + H2O → 2 KHCO3

2KHCO3 → K2CO3 + CO2↑+ H2O

2.2 离子交换法

离子交换法是以碳酸氢铵和氯化钾为原料，利用阳离子交换树脂对钾、铵离子吸附性很近的特点，使碳酸氢铵和氯化钾精制液中的钾铵离子通过阳离子树脂进行离子交换，而分别得到碳酸氢钾溶液和氯化铵溶液，交换反应简单表示如下：

KR＋NH4HCO3→ NH4R＋KHCO3

NH4R＋KCl→ KR＋NH4Cl

式中 R 为树脂高分子骨架部分。

该法主要特点是交换完成液碳酸氢钾溶液纯度高，原料碳酸氢铵成本低，工艺方法成熟，可连续性操作，项目投资少；原材料利用率较高，单耗氯化钾（折100％）和碳酸氢铵（以实物计）最好水平分别为1.22t 和1.5t。主要缺点是交换完成液浓度较低，蒸发成本高，单耗原煤3～4t；生产过程产生的氯化铵溶液随废水排放，不仅浪费资源而且污染环境，回收可作为生产氯化铵的原料，经蒸发浓缩等工序可制氯化铵，由于氯化铵生产蒸发能耗较高，设备腐蚀问题难以解决，使氯化铵生产受到限制，从而也制约碳酸钾的发展。山西文通钾盐集团有限公司采用离子交换法生产，解决了上述难题，降低了成本，在氯化铵回收上取得重大突破，实现了闭路循环，无水排放，现碳酸钾年生产能力为3万 t，并正在实施新增年产2万 t 碳酸钾技术改造项目，是目前国内最大的碳酸钾生产企业[3]。

2.3 草木灰法

草木灰法是最古老的方法，即从各种植物壳(如棉籽壳、茶子壳、桐子壳、葵花子壳)烧成的草木灰中提取。草木灰中含有碳酸钾、硫酸钾、氯化钾等可溶性盐，用沉淀、过滤的方法可加以分离。此法由于产品质量低、不经济，且受原料来源限制而很少采用。草木灰法的主要缺点是原料来源的限制，使得该法不宜大规模生产，但秸秆燃烧发电厂的建立使得草木灰法生产碳酸钾的原料问题迎刃而解，且与其他方法相比草木灰法生产碳酸钾还有原料价格低、能耗低、不发生化学反应、无污染、工艺简单等优点[4]。

3 应用

碳酸钾主要用于食品中作膨松剂、碱性剂和面团改良剂，且可抑制面条发酸，可用于面制食品，按生产需要适量使用。我国《食品添加剂使用卫生标准》(GB2760-2014)规定：可在面制食品中按生产需要适量使用。通常在制造面条、馄饨时适量加入，可赋予产品以特有的风味、色泽和韧性(常与碳酸钠等并用)。

碳酸钾可用于玻璃、印染、肥皂、搪瓷、制备钾盐、合成氨脱羰，也用于彩色电视机工业,生产光学玻璃，可提高玻璃透明度、强度和折光系数。此外，还可以用于分析试剂。如高纯分析发射光谱分析等。在陈红燕等[5]的气相色谱 - 质谱法测定水产品中五氯苯酚及其钠盐实验中，碳酸钾作为净化和标准液衍生的试剂。也可用于硅酸盐和不溶性硫酸盐的助熔剂，有机液体的吸水剂及电镀、化肥、照相行业。

在化学实验中可做干燥剂。其吸水能力中等，能形成带两个结晶水的碳酸钾(K2CO3·2H2O），但是与水作用较慢。适用于干燥醇、酯等中性有机物以及一般的碱性有机物如胺、生物碱等。但不能作为酸类、酚类或其他酸性物质的干燥剂。

3.1 碳酸钾在面条中的应用

3.1.1 碳酸钾用量对面团、PH的影响

K2CO3使面团变色机理 ,主要是使面团pH值升高 ,碱性增强 ,当pH值达到一定高度时,能使面粉中的类黄酮物质游离出来而呈色。当 pH值适当时呈黄色 ,pH值过高会使类黄酮物质与面团中铁离子结合呈黄绿色或绿色[6]。

3.1.2 K2CO3用量对面粉糊化粘度的影响

K2CO3加入可提高面粉糊化开始温度 3- 9℃ ,这可能是加入 K2CO3限制淀粉、蛋白质的吸水膨胀 ,抑制 α-淀粉酶活力 ,因而推迟了糊化开始温度。最大粘度反映了 α- 淀粉酶活性度 ,与小麦二次加工性关系密切。K2CO3可显著地提高最大粘度 ,使面粉悬浮液呈碱性 ,限制 α- 淀粉酶等酶活性 ,降低了酶水解淀粉、蛋白质等速率。因而使溶液中大分子物质残留多,粘度增大。作为面条的面粉 ,最大粘度高的较好。最大粘度低 ,酶活性过强 ,面团发粘 ,对面条制造不利 ,制品表面粗糙,品质差。特二粉空白的最大粘度为 240B. U. ,酶活性较高 ,加入 K2CO3后,使最大粘度升高为 360- 1270B.U. ,限制了酶活性 ,因而当选用适合用量时 ,对制面条有利。

3.2 碳酸钾在果酒降酸中的应用

冯倩[7]等的实验中利用碳酸钾对果酒的制作工艺进行了优化。分别用碳酸钙和碳酸钾对凤梨酒、葡萄酒、青梅酒和蜜桃酒这 4 种酒降酸到国家标准（凤梨酒的国家降酸标准值≤ 15 g/L；葡萄酒国家降酸标准是≤9 g/L，青梅酒的降酸标准是≤ 6 g/L；蜜桃酒果酒的滴定酸在 4～9 g/L）。通过酸值达到标准时所消耗碳酸钙和碳酸钾的量，降酸幅度取平均值进行比较。通过表 2、表 3 可以看出，在凤梨酒中碳酸钙降酸效果好，在葡萄酒、青梅酒和蜜桃酒中碳酸钾的降酸效果相对好一些。在降酸的过程中，这 4 种酒的颜色基本没有发生改变，在反应过程中碳酸钾全部溶于酒中并产生了大量气泡，而碳酸钙参与反应则有沉淀产生。

表2 碳酸钙对4种果酒的降酸情况

表3 碳酸钾对4种果酒的降酸情况

3.3 碳酸钾在菠菜中的应用

碳酸钾可作为酸度调节剂应用于菠菜中改变其品质。程玲玲[8]的实验中表明，碳酸钾主要通过抑制菠菜生湿面 PPO活性和叶绿素a的降解，从而显著降低了（P<0.05）生湿面的 ΔE* (0-24h)。游离酚结果表明，仅有柠檬酸可以显著增加菠菜生湿面游离酚含量。对菠菜生湿面的品质分析可知，碳酸钾作为酸度调节剂可以增大菠菜生湿面的蒸煮损失。加入碳酸钾增加了菠菜生湿面的硬度、拉断力和咀嚼性，而柠檬酸对菠菜生湿面的品质有负面影响。因此，在实际生产中可以通过添加一定量的碳酸钾抑制菠菜生湿面的褐变，但添加量过多可能会对面条蒸煮品质产生负面影响。

表4 酸度调节剂对菠菜生湿面品质的影响

4 碳酸钾的限量、检测、及标准

4.1 限量

GB/T17685-2016中规定碳酸钾在淡炼乳、甜炼乳、稀奶油中用量为:单用2g/㎏，与其他稳定剂合用时3g/kg奶粉中5g/kg（单用或与其他稳定剂使用）；稀奶油粉中为5g/kg（单用或与其他稳定剂使用）。

表5 GB 25588—2010《食品安全国家标准食品添加剂碳酸钾》理化指标和检验方法

4.2 检测

碳酸钾的检测方法参照GB/T25588-2010[9]。

4.3 标准

食品添加剂碳酸钾的质量标准为：碳酸钾纯含量要达到99%以上，但是砷（As）要≤0.0003%、重金属（Pb）≤0.002%、铅≤0.001%、无水物≤1%、水化合物在10%-16.5%之间，不溶物试验呈阴性。

食品添加剂碳酸钾使用标准为：因为碳酸钾属于食品助剂，在最终制成食品前会被分解或除去，而且这是一种公认的安全物质，因此在用于面制食品时，按量添加即可[10]。

5 国内外研究进展

5.1国内研究进展

我国碳酸钾未来增长主要在轻质碳酸钾领域。随着科技的快速发展轻质碳酸钾在农药食品医药中的高端应用，需求还会有一个快速增长。随着我国生活水平的提高，高品质的食品添加剂需求会高速增加，从而带来碳酸钾需求快速增长。中国轻质碳酸钾主要应用在制造农药、食品和医药等领域。2018年消费量分别占总消费量的37.43％、14.07 ％和12.11％[11]。其中医药级的碳酸钾产品性能较高，其次是食品级碳酸钾，除重质碳酸钾的应用领域同样适合轻质碳酸钾外，轻质碳酸钾由于其多孔结构堆积，密度小，特别适合医药食品农药日用等领域。表现出反应时间短、产品收率高、生产效率高等优点。现在这些领域整体碳酸钾消费比例还较低，未来应加大市场开发力度。随着生产成本的进一步降低，碳酸钾作为无氯钾的可能性越来越大。在多种经济作物高中档蔬菜等生产中有很大的潜在市场。

我国成都化工厂从美国引进年产1万 t 氢氧化钾（可产1.2万 t 碳酸钾）的离子膜电解装置，并采用日本流化床碳化干燥技术，于1990年正式投产，标志着我国酸钾生产技术达到世界先进水平，是我国碳酸钾发展史上的一个里碑。

食品添加剂碳酸钾替代食用纯碱，能减少人类钠盐的摄取，并补充人体必需的钾元素，长期使用可软化血管，降低心脑血管疾病、延缓衰老，已广泛用于碗面、糕点等高档食品。在生产过程中对人体有害的砷、铅等指标严格控制，产品质量即可达到食品添加剂碳酸钾标准。具备食用碳酸钾生产许可证的企业主要有成都化工股份有限公司、山西文通钾盐集团有限公司。随着人类社会老龄化、保健化时代的到来，食用碳酸钾需求将持续增长，前景十分明朗。

碳酸钾因为无对土壤和作物有害的氯根，而其碳酸根分解还对土壤疏松作用，也是植物光合作用的原料，其钾离子是作物必不可少的3种元素之一，可以改善农产品的品质，提高含糖量和抗倒伏能力，使农作物增产提质[12]。农作物补钾工程势在必行，可由于价格太高，承受不起。但经有关科研机构研究，使用于水果、蔬菜等经济作物增产提质效果非常明显，前景看好。降低碳酸钾生产成本，扩大碳酸钾在农业方面的使用量将会成为未来研究的发展趋势。

由于碳酸钾吸湿性较大，吸湿后易结块，而粉状碳酸钾流动性差，为方便贮存、运输和使用。山西文通钾盐集团公司研制开发成功了粒状碳酸钾生产技术，生产的粒状碳酸钾产品填补了国内碳酸钾行业的空白，提高了碳酸钾产品技术含量和附加值,增强了产品市场竞争能力。

表6 中国碳酸钾消费领域分析

5.2 国外研究进展

国外,碳酸钾主要是由矿物原料生产的,较普遍的方法是从氯化钾制碳酸钾，也就是碳化由电解氯化钾所得到的苛性钾溶液。美国主要是以氯化钾为原料，采用电解法生产碳酸钾。1965年美国苛性钾需用量为155000短吨，有23%用来制造碳酸钾;1975年美国苛性钾需用量为185000短吨，28%用来制造碳酸钾。预计今后苛性钾有较高的增长速度，碳酸钾是苛性钾的主要消费者。苏联是以综合加工霞石来生产碳酸钾的，郎在制得氧化铝、水泥的同时可得到能加工制成碳酸钾和碳酸钠混合溶液，再进一步制成碳酸钾。少量的碳酸钾是从盐湖中提取的。日本无钾矿资源，氯化钾依赖于进口,硫酸钾也是由氯化钾作原料生产的。碳酸钾主要由氯化钾作原料采用电解法制得。日本1967年苛性钾产量是64056吨,用于碳酸钾及其它钾盐生产的苛性钾占63%。印度没有任何的天然钾矿资源，所需钾盐一直依赖进口。仅有一个用意大利的方法生产碳酸钾的工厂。许多国家,如德意志民主共和国、捷克斯洛伐克、波兰、意大利等都有以酒糟炭(糖浆状酒糟蒸千和焦化的产物)作原料进行碳酸钾的生产[13]。此法在目前尚具有一定的意义。综上分析，无论国内还是国外，碳酸钾都将具有良好的发展前景。