Метод галлургии (или метод растворения и кристаллизации)

В основе этого метода лежат свойства системы KCl–NaCl–H₂O.

На диаграмме изображены пропорции при 25^оС (А₂Е₂₅В₂) и 100^оС (А₁Е₁₀₀В₁). Точки Е₂₅ и Е₁₀₀ называются эвтоническими точками – точки совместного насыщения раствора обоими солями. Линии В₂Е₂₅ и В₁Е₁₀₀ – отвечают растворам, насыщенным NaCl, линии А₂Е₂₅ и А₁Е₁₀₀ – растворам, насыщенным KCl. Поле кристаллизации, KCl находится внутри треугольника А₂Е₂₅А, поле кристаллизации NaCl – В₂Е₂₅В.

Фигуративная точка системы, соответствующая составу Е₁₀₀ при 100°C, при охлаждении оказывается в поле кристаллизации KCl и в осадок выпадает KCl. При охлаждении до 25°C состав раствора меняется по линии Аn от Е₁₀₀ до n. Если после отделения осадка KCl раствор снова нагреть до 100^о, точки оказываются ненасыщенными по KCl, и при обработке им сильвинита из него растворяется KCl и остается NaCl. Такой путь повторяется многократно, и в результате чего сильвинит разделяется на KCl и NaCl.

Для полного выделения KCl из сильвинита необходимо, чтобы его количество, вводимое в цикл, соответствовало количеству щелочи. Если принять состав сильвинита 25% KCl и 75% NaCl (точка S), то точки смеси его со щёлочью лежат на прямой Sn. Выбирают смесь, которая полностью разделяется при соприкосновении со щёлочью на Е₁₀₀ и твёрдый NaCl. Этому условию соответствует смесь К, лежащая на пересечении Sn и Е₁₀₀В и соотношение:

n(количество щелочи)/S(количество сильвинита) = SK/Kn

 

Принципиальная схема состоит из следующих стадий.

1. Выщелачивание измельченного сильвинита горячим маточным раствором, полученным после кристаллизации KCl; при этом в щелочь переходит KCl, а NaCl остается в отваре.

2. Отделение горячей щелочи от отвара и его осветление.

3. Охлаждение щелочи, сопровождающееся кристаллизацией KCl

4. Отделение кристаллов KCl от маточного раствора, сушка.

5. Нагревание маточного раствора, возврат избытка на выщелачивание KCl из новых порций сильвинита.

По этой схеме из каждых 100 г раствора (состав Е₁₀₀) получают 9 г KCl.

Производство нитрата калия

Нитрат калия KNO₃ (калийная селитра) используется в производстве порохов, в пиротехнике, в пищевой и стекольной промышленности и как удобрение.

KNO₃ можно производить несколькими методами. Самые простые методы: нейтрализация КОН или К₂CO₃ азотной кислотой или абсорбция калиевыми щелочами нитрозных газов широко не распространены, вследствие дороговизны исходных калиевых соединений.

Наибольшее промышленное распространение имеет конверсионный способ получения нитрата калия. Этот способ основан на обменном разложении NаNO₃ и КCl:

NаNO₃ + КCl NаCl + KNO₃

NаNO₃ получают путем щелочной абсорбции выхлопных нитрозных газов, при производстве азотной кислоты, КCl из сильвинита или других калийных солей.

Диаграмма состояния солей, участвующих в реакции – это четырехугольник. В поле расположены поля кристаллизации солей – участников реакции и изотермы кристаллизации при 25 и 100°С. Из диаграммы видно, что поле кристаллизации при 25°С самое большое у KNO₃, а при 100°С – самое маленькое (оно уменьшается примерно в 3 раза, что очень важно для технологии).

Процессы кристаллизации проходят также как и в системе NaCl–NаHCO₃–NH₄HCO₃–NH₄Cl, свойства диаграммы те же. В данном случае NaNO₃–KCl – метастабильная диагональ, NaCl–KNO₃ – стабильная диагональ.

Если приготовить раствор эквимолекулярной смеси КCl и NаNO₃ при 100°C, то фигуративная точка (точка а) системы окажется в поле кристаллизации NаCl, и он начнёт выпадать из раствора при его выпаривании, состав смеси будет меняться по ав. Если выделить осадок NaCl и охладить раствор до 25°C, то начнёт кристаллизоваться KNO₃ (точка будет лежать в его поле). Состав будет меняться по линии в Е₂²⁵.

Однако при таком пути кристаллизации выход KNO₃ мал. Наибольший выход получается, если к концу выделения NaCl раствор будет насыщен NaCl, KCl, KNO₃ (точка Е₂¹⁰⁰). Значит необходимо взять исходную смесь солей в точке С: Nа⁺ – 0, 58, К⁺ – 0, 42, Cl^- – 0, 42, NO₃^- – 0, 58, т.е. избыток NаNO₃. Тогда после отделения кристаллов NаCl и охлаждения кристаллизация KNO₃ будет идти по наиболее длинному пути (Е₂¹⁰⁰) и будет максимальный выход продукта.

Схема производства

1 – реактор, 2 – тканевый фильтр, 3 – приёмные баки, 4 – кристаллизатор, 5 - центрифуга, 6 – сушилка

Обменное разложение KCl и NaNO₃ проводят в стальном реакторе (1) при 90-120°C в течение 4 часов. Поваренную соль отделяют от рассола на тканевых фильтрах (2) и после отмывки от следов KNO₃ использую в технических целях. Раствор KNO₃ и промывные воды направляют в приёмные баки (3), где разлагают примеси при 90-100°C путём прибавления NH₄NO₃:

K₂CO₃ + 2NH₄NO₃ = 2KNO₃ + (NH₄)₂CO₃ (разлагается на 2NH₃ + CO₂ и H₂O)

KNO₂ + NH₄NO₃ = KNO₃ + NH₄NO₂ (разлагается на N₂ и 2H₂O)

Горячий раствор направляют в кристаллизатор (4). В нём при охлаждении раствора до 25-30°C отделяют кристаллы KNO₃ на центрифуге (5) и сушат в сушильном барабане (6). Чистота 94-96%.

Для получения более чистого продукта проводят повторную перекристаллизацию (пунктирная часть повторяется). Чистота 99, 8%.

 

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: