ПОЛУЧЕНИЕ НИТРАТА КАЛИЯ ИЗ ФЛОТАЦИОННОГО ХЛОРИДА КАЛИЯ

Куликов М.А.

кандидат химических наук, Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехнического университета

ПОЛУЧЕНИЕ НИТРАТА КАЛИЯ ИЗ ФЛОТАЦИОННОГО ХЛОРИДА КАЛИЯ

Аннотация

Исследована возможность замены галургического хлорида калия на флотационный в производстве калиевой селитры. Представлены результаты лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний по получению конверсионных растворов. Установлено, что качество продукта, получаемого из флотационного хлорида калия, соответствует требованиям нормативной документации.

Ключевые слова: калиевая селитра, флотационный хлорид калия, конверсионные растворы, технологический режим.

Kulikov M.A.

PhD in Chemistry, State National Research Politechnical University of Perm, Berezniki branch

POTASSIUM NITRATE PRODUCTION FROM FLOTATION POTASSIUM CHLORIDE

Abstract

The possibility of replacing halurgy potassium chloride on flotation potassium chloride in the potassium nitrate production has been investigated. The results of laboratory and pilot tests for conversion solution production have been presented. It has been found that the quality of the product resulting from the flotation of potassium chloride meets regulatory documentation.

Keywords: potassium nitrate, flotation potassium chloride, conversion solutions, operating practices.

Нитрат калия (калиевая селитра, KNO₃) широко применяется в различных отраслях промышленности, а также в качестве ценного минерального удобрения. При этом, несмотря на свои свойства, KNO₃ весьма ограниченно используется в сельском хозяйстве в виду его высокой стоимости, обусловленной, в первую очередь, стоимостью сырья, а именно хлорида калия [1]. Еще одним фактором, влияющим на стоимость калиевой селитры, является ограниченность отечественных производителей этого удобрения. В настоящее время калиевую селитру в России выпускает всего одно предприятие – Филиал «Азот» АО «ОХК «УРАЛХИМ» в городе Березники [2]. Производство введено в эксплуатацию в 1982 году и на сегодняшний день нуждается в серьезной реконструкции [3].

Наиболее распространенным способом получения нитрата калия является конверсия хлорида калия растворами солей азотной кислоты [4,5]. В Филиале «Азот» АО «ОХК «УРАЛХИМ» в городе Березники реализован способ производства нитрата калия обменным разложением солей по реакции:

NaNO₃ + KCl « NaCl + KNO₃

Температура процесса очень сильно влияет на состояние равновесия данной системы, что накладывает свои ограничения на ведение технологического процесса. В качестве калийной компоненты используется галургический хлорид калия.

Для облагораживания продукта предложено использовать поташ [6] и выпускать нитрат калия в гранулированном виде [7].

В настоящее время производство хлорида калия развивается преимущественно в направлении флотационного разделения сильвинита. В будущем это может привести к дефициту галургического хлорида калия, что отрицательно скажется на производстве нитрата калия.

Целью данной работы является исследование возможности замены галургического хлорида калия на флотационный.

Работа проводилась в два этапа. На первом этапе проведены сравнительные лабораторные испытания по получению конверсионного раствора (KCl + NaNO₃) из флотационного и галургического хлорида калия. Качественные показатели образцов хлорида калия представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Качественные показатели хлорида калия

Первая стадия технологического процесса получения нитрата калия конверсионным методом – растворение хлорида калия в растворе нитрата натрия и фильтрация полученного раствора.

Количество реагентов для проведения опытов определяли расчетным путем, исходя из требуемого соотношения KCl/NaNO₃ от 0,85 до 1,05.

Растворение хлорида калия в растворе NaNO₃ проводили в стеклянном стакане при работающей мешалке и температуре процесса 75-80°С.

По окончании процесса растворения раствор флотационного хлорида калия имел рыжеватый цвет и начинал расслаиваться: средняя часть раствора осветлялась, тяжелые частицы осадка опускались на дно и уплотнялись, а на поверхности стакана собирался слой поверхностно-активных веществ с налипшими частицами осадка.

Полученный горячий раствор фильтровали на воронке Бюхнера, после этого жидкую фазу проанализировали. На стенках стакана и воронки оставался трудносмываемый мажущийся тонкий слой осадка. Масса сухого осадка после фильтрации составляет около 0,8 % от количества исходного флотационного хлорида калия. Результаты химического анализа полученных растворов представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Аналитические показатели конверсионных растворов

На основании проведенных лабораторных опытов по получению конверсионных растворов были сделаны следующие выводы:

1. Получение KNO₃ из флотационного хлорида калия возможно, но при этом могут возникнуть некоторые технологические проблемы.
2. Использование флотационного KCl увеличит нагрузку на фильтр-пресс перед стадией выпарки. Суммарное содержание механических примесей и органических веществ до фильтрации составляет 4,7 г/л, после фильтрации – 0,04 г/л.
3. Фильтрованный раствор, полученный из флотационного хлорида калия, содержит в 10 раз больше ионов Са²⁺ и Mg²⁺, чем раствор, полученный из галургического KCl (0,48 г/л и 0,048 г/л соответственно) – это означает дополнительное отложение солей жесткости в греющей камере выпарного аппарата.

Второй этап работы предусматривал выпуск опытной партии калиевой селитры в условиях действующего производства и сравнение полученных результатов с работой производства на галургическом хлориде калия. Растворение хлорида калия в растворе нитрата натрия, фильтрация полученного раствора проходили в нормальном технологическом режиме производства калиевой селитры конверсионным методом. Во время работы контролировали технологические растворы по стадиям процесса на содержание примесей, были получены следующие результаты: органические примеси – 0,001-0,009 %; сульфаты – 0,12-0,40 %; железо – 0,0001-0,004 %; соли жесткости в пересчете на кальций – 0,001-0,01 %. Сравнительные данные по содержанию примесей в рабочих растворах показывают, что по составу растворы практически не отличаются. При этом следует отметить, что исходный флотационный хлорид калия содержал органические примеси в количестве 0,04 %. Фильтр-пресс с работой справлялся. Растворы после фильтрации были прозрачными.

После того, как флотационный хлорид калия был полностью сработан, фильтр-пресс отключили, секции разобрали, шлам с фильтрующей ткани собрали и взвесили. Вес шлама составил 500 кг, что соответствует 0,8 % от количества исходного хлорида калия. Состав шлама представлен в таблице 3.

Таблица 3 – Состав шлама с фильтр-пресса

Из 60 тонн флотационного хлорида калия было получено 50 тонн калиевой селитры с показателями качества, удовлетворяющими требованиям ГОСТ Р 53949-2010, марка В [8].

Таким образом, лабораторные эксперименты и последующие опытно-промышленные испытания показали, что технологический процесс получения калиевой селитры из флотационного хлорида калия возможен, работоспособен и проходит в нормальном технологическом режиме.

Литература

1. Обзор рынка «Ключевой элемент» – Уралкалий – URL http://www.uralkali.com/upload/iblock/814/KeyElement_Issue9_March2015_RUS.pdf (дата обращения 30.08.2015).
2. Активы // АО «ОХК «УРАЛХИМ» – URL http://www.uralchem.ru/rus/asset/azot/about/ (дата обращения 30.08.2015).
3. Островский С.В., Данилов Н.Ф., Казанцев А.Л. Исследование производственных процессов конверсии и кристаллизации при получении калиевой селитры конверсионным методом // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. – 2013. – № 2. – С. 27 – 38.
4. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. – Л.: Химия,1989. – 352 с.
5. Способ получения нитрата калия: пат. 2261227 Рос. Федерация / О.Б. Абрамов, Е.В. Афанасенко [и др.]. № 2004125682/15; заявл. 23.08.2004; опубл. 27.09.2005. Бюлл. № 27. – 6 с.
6. Способ предотвращения слеживаемости нитрата калия: пат. 2324652 Рос. Федерация / А.И. Суханов, Н.И. Бердичевский, А.П. Стародумов, С.В. Костюшева. № 2006145997/15; заявл. 26.12.2006; опубл. 20.05.2008. Бюлл. № 14. – 4 с.
7. Способ получения нитрата калия: пат. 2317255 Рос. Федерация / А.И. Суханов, С.Е. Макаров [и др.]. № 2006132939/15; заявл. 13.09.2006; опубл. 20.02.2008. Бюлл. № 5. – 4 с.
8. ГОСТ Р 53949-2010. Селитра калиевая техническая. Технические условия. – М.: Стандартинформ, 2011.

References

1. Obzor rynka «Kljuchevoj jelement» – Uralkalij – URL http://www.uralkali.com/upload/iblock/814/KeyElement_Issue9_March2015_RUS.pdf (data obrashhenija 30.08.2015).
2. Aktivy // AO «OHK «URALHIM» – URL http://www.uralchem.ru/rus/asset/azot/about/ (data obrashhenija 30.08.2015).
3. Ostrovskij S.V., Danilov N.F., Kazancev A.L. Issledovanie proizvodstvennyh processov konversii i kristallizacii pri poluchenii kalievoj selitry konversionnym metodom // Vestnik Permskogo nacional'nogo issledovatel'skogo politehnicheskogo universiteta. Himicheskaja tehnologija i biotehnologija. – 2013. – № 2. – S. 27 – 38.
4. Pozin M.E. Tehnologija mineral'nyh udobrenij. – L.: Himija,1989. – 352 s.
5. Sposob poluchenija nitrata kalija: pat. 2261227 Ros. Federacija / O.B. Abramov, E.V. Afanasenko [i dr.]. № 2004125682/15; zajavl. 23.08.2004; opubl. 27.09.2005. Bjull. № 27. – 6 s.
6. Sposob predotvrashhenija slezhivaemosti nitrata kalija: pat. 2324652 Ros. Federacija / A.I. Suhanov, N.I. Berdichevskij, A.P. Starodumov, S.V. Kostjusheva. № 2006145997/15; zajavl. 26.12.2006; opubl. 20.05.2008. Bjull. № 14. – 4 s.
7. Sposob poluchenija nitrata kalija: pat. 2317255 Ros. Federacija / A.I. Suhanov, S.E. Makarov [i dr.]. № 2006132939/15; zajavl. 13.09.2006; opubl. 20.02.2008. Bjull. № 5. – 4 s.
8. GOST R 53949-2010. Selitra kalievaja tehnicheskaja. Tehnicheskie uslovija. – M.: Standartinform, 2011.