Международный
научный журнал

Исследование процесса получения нитрата калия


Research of the process of preparing potassium nitrate

Цитировать:
Исследование процесса получения нитрата калия // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Нормаматов Ф.Х. [и др.]. 2019. № 9(66). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/7839 (дата обращения: 07.04.2020).
 
Прочитать статью:


АННОТАЦИЯ

В приводимой статье проанализировано состояние мирового производства нитрата калия с обоснованием актуальности решаемой проблемы и исследование влияние технологических параметров на процесс получения нитрата калия конверсионным способом. Изучена влияние продолжительно конверсии, соотношения и Ж:Т на скорости фильтрации, влажности твёрдой фазы, степени выхода К2О в продукт. Выполнен и проанализирован химический состав жидкой твёрдой фаз после окончания процесса конверсии. Установлены оптимальные технологические параметры получения нитрата калия конверсионным способом из хлорида калия и нитрата аммония, а также выявлено, что продолжительность конверсии практически не влияет на процесс.

ABSTRACT

This article analyzes the state of world production of potassium nitrate with justification of the relevance of the problem being solved and investigation of the influence of technological parameters on the process of producing potassium nitrate in a conversion way. The effect of long-term conversion, ratio, and L:S on the filtration rate, solid phase moisture, and the degree of K2O yield in the product have been studied. The chemical composition of the liquid solid phase was completed and analyzed after the conversion process. The optimal technological parameters for the production of potassium nitrate by the conversion method from potassium chloride and ammonium nitrate were established, and it was also found that the duration of the conversion practically does not affect the process.

 

Ключевые слова: хлорид калия, конверсия, нитрат калия.

Keywords: potassium chloride, conversion, potassium nitrate.

 

В последние годы проблема обеспечения населения земного шара продуктами питания приобретает все большую остроту. Это связано с тем, что на фоне интенсивного роста народонаселения мировой фонд пахотных земель практически не увеличивается. Одной из вышеуказанных проблем является развитие производства качественных с низкой стоимостью минеральных удобрений.

Хлор, наряду с фтором, относится к группе галогенов. Однако фтор проявляет больше неметаллические (окислительные) свойства и поэтому является более агрессивной и вредной примесью. По данным агрохимических исследований [1] при содержании фтора в удобрениях до 3% не отмечается какого-либо отрицательного воздействия на растения. Аналогичное значение принято в большинстве действующих стандартов для регламентирования содержания хлора в бесхлорных удобрениях.

В то же время повышение качества является одним из приоритетных направлений развития производства минеральных удобрений, и, по данным белорусских агрохимиков, содержание хлора в удобрениях, применяемых в тепличных хозяйствах, не должно превышать 1%.

Крупнейшими экспортерами бесхлорных водорастворимых комплексных удобрений являются «Кемиро Агро» (Финляндия), Norsk Hydro (Норвегия), «Агроханза» (Польша), ОАО «Буйский химический завод» (Россия), Nutri SI (Бельгия), Haifa Chemicals и Israil Chemicals (Израиль), Vicksburg Chemicals Co. (США), SQM SA и PCS Ymbes SCM (Чили), The Arab Potash Compani Ltd (Иордания).

Производства бесхлорных водорастворимых комплексных удобрений является перспективным и интенсивно развивающимся сегментом производства минеральных удобрений, о чем свидетельствуют следующие цифры. Согласно опубликованным данным о проектах строительства производства NPK-удобрений [2], в течение 1997-2000 гг. запланированный ввод новых мощностей по производству нитрата калия в мире составил свыше 474 тыс.т/г. Темпы роста глобального рынка бесхлорных водорастворимых удобрений оцениваются 4% в год.

Решение этой проблемы возможно только за счет интенсификации сельскохозяйственного производства путем повышения урожайности сельскохозяйственных культур, а одним из важнейших направлений, обеспечивающих достижение этой задачи, является применение минеральных удобрений [3-5].

Между тем, к настоящему времени накоплен достаточно большой объем исследований в области разработки технологических процессов получения различных видов бесхлорных водорастворимых комплексных удобрений. Из всех известных способов особый интерес представляют конверсионные методы получения бесхлорных водорастворимых удобрений – нитрата, сульфата, карбоната и фосфата калия, так как все исходные вещества для осуществления этих процессов производятся на химических предприятиях республики.

В работе [6] с целью повышения степени конверсии и степени чистоты конечного продукта, контактирование ведут в устройстве, состоящем из двух колонн и двух промежуточных емкостей, имеющих соотношение полезных объемов, равное 1:(0,3-0,35), соединенные трубопроводы в последовательности –верх одной колонны - промежуточная емкость из другой колонны, путем обработки в первой колонне К-формы; катионита, подаваемым сверху раствором нитрата аммония, во второй колонке NH4 –формы катионита раствором хлорида калия, выводы полученных растворов нитрата калия и хлорида аммония.

В работе [7] выход целевого продукта увеличен методом флотации. Это достигается в процессе взаимодействия нитрата натрия и хлорида калия при 80-90 оС, охлаждения реакционной смеси в течение 3,5-4 ч и выделения целевого продукта методом флотации. В качестве флотореагента используют смесь октадециламина в количестве 50-75 г/т солей. Способ позволяет повысить выход нитрата калия до 98%.[6-7].

Нами изучена возможность получения следующих бесхлорных калийных удобрений конверсионными способами: нитрата и сульфата калия.

Вначале был проведен анализ многокомпонентных систем K+, NH4+ // Cl-, NO3–H2O, K+, NH4+// Cl-, H2PO4-2–H2Oи Na+1, K+, Mg+2 // Cl-, ½ SO4-2 – H2O, которые являются теоретической основой выбора интервала варьирования технологических параметров и последовательности технологических процессов.

В данной работе на основании анализа диаграммы растворимости К+, NH4+,//Cl-,NO3Н2О выбран следующий интервал варьирования основных технологических параметров; KCl:NH4NO3 -1,0-1,2:1; продолжительность конверсии - 1-40 мин, температура кристаллизации – 5-20 оС, продолжительность кристаллизации - 15-30 мин.

Изучено влияние соотношения KCl:NH4NO3, температуры и продолжительности конверсии а также кинетика кристаллизации при температуре 5, 10 и 20 оС (таб. 1).

Как показывают полученные данные, в изученных интервалах после процесса конверсии независимо от условий конверсии при 90 оС в системе не образуется твердая фаза. Через заданную продолжительность процесса конверсии система охлаждалась до определенной температуры кристаллизации при перемешивании со скоростью мешалки 50-100 об/мин и охлаждения - 3-7 оС*/мин. Полученный твёрдый продукт и жидкая фаза анализировались на содержание К+,Сl- и азота в виде нитрата и аммония по методикам [8-9].

В результате снижения растворимости нитрата калия в системе образуются кристаллы последнего из суспензии с Ж:Т-3,42:7,44:1. Степень осветления в течение 10 мин достигает более 36;65%, в зависимости от условий опытов. Суспензия фильтровалась под вакуумом при остаточном давлении 0,6кг*с/см2 со скоростью 814,97:2695,06кг/м2*ч.

Таблица 1.

Влияние технологических параметров на процесс получения нитрата калия конверсионным способом

Соотношение в стадии конверсии

KCl/

NH4NO3

Продолжи-тельность конверсии, мин

Темпе ратура кристал-лизации, 0С

Продолжи-тельность кристал-лизации, мин

Скорость фильтрации, кг/м2* ч

Влажность твердой

фазы, %

Ж:Т

Степень выхода К2О, %

по твердой фазе

1.

1:1

1

5

15

2695,06

12,11

4,84:1

44,34

2.

10

1694,94

15,60

4,62:1

47,40

3.

1

30

1087,80

10,03

4,52:1

48,31

4.

10

1894,90

10,22

4,02:1

50,54

5.

1

10

15

1774,86

12,73

4,38:1

47,40

6.

10

2213,85

12,87

4,14:1

47,45

7

1

30

1884,86

14,21

4,70:1

48,84

8

10

2173,56

14,28

4,31:1

49,97

9

1

20

15

1576,43

16,85

5,26:1

38,15

10

10

1801,17

19,89

5,60:1

38,49

11

1

30

1380,75

10,57

5,49:1

38,93

12

10

1585,39

11,67

5,15:1

40,75

13

 

 

 

 

 

 

 

 

1,09:1

5

5

15

1264,15

9,14

4,63:1

46,51

14

10

1284,13

9,76

3,90:1

49,85

15

20

1561,21

9,86

3,75:1

46,44

16

40

1380,06

9,18

3,52:1

52,86

17

1

5

30

814,97

5,52

4,06:1

52,00

18

5

1128,13

6,35

3,98:1

52,96

19

10

1142,86

7,3

3,91:1

53,05

20

20

1066,31

7,52

3,93:1

53,24

21

40

1246,89

7,3

3,93:1

54,53

22

5

10

15

1546,12

14,0

4,87:1

44,40

23

10

1185,79

10,72

4,98:1

42,07

24

20

953,58

10,59

4,97:1

44,31

25

5

10

30

1404,97

8,37

4,5:1

46,33

26

10

952,27

9,5

5,3:1

43,64

27

20

1274,98

12

5,35:1

43,36

28

 

1,2:1

 

 

 

1

5

15

1224,67

13,29

4,8:1

44,66

29

10

1863,05

15,05

4,47:1

41,09

30

1

5

30

1009,33

9,12

5,52:1

43,25

31

10

2425,56

16,39

4,94:1

45,78

32

1

10

15

1553,66

12,83

5,83:1

40,64

33

10

1780,08

17,58

5,98:1

35,52

34

1

10

30

1251,42

12,26

5,63:1

39,18

35

10

1458,92

14,73

5,52:1

39,63

36

1

20

15

1682,04

18,16

7,39:1

29,52

37

10

1000,72

15,06

6,96:1

31,41

38

1

20

30

1131,56

12,4

7,44:1

30,32

39

10

1345,18

15,73

6,83:1

31,78

 

Степень выхода К2О в продукт в зависимости от условий опытов колеблется в интервале 29,49-54,53% в первом цикле процесса конверсии. Из таблицы 1 видно, что на степень выхода К2О продолжительность конверсии практическими не влияет, поскольку увеличение его от 1 до 40 мин увеличивает выход всего на 2,53% (опыт 17-21), табл. 1.

Влияния соотношение KCl:NH4NO3 на степень выхода К2О сильно зависит от температуры кристаллизации. При температуре 5 оС наблюдается максимум степени выхода.

Например при одинаковых условиях других параметров в 2,14 и 29 степень выхода равна 47,9; 49,85; и 42,07% соответственно. Однако повышение на более 10 оС температуры кристаллизации и соотношения KCl:NH4NO3 приводит только к снижению выхода К2О до 5,23 и 33%.

Необходимо отметить, что при соотношении KCl:NH4NO3=1,2:1 степень выхода снижается на более 6,5 % по сравнению чем при KCl:NH4NO3=1,09:1. Это тенденция усиливается со снижением температуры кристаллизации. Например, при 5 оС эта разница достигает 7,78%. Из таблицы1 видно что максимум степени выхода К2О наблюдается при соотношении KCl:NH4NO3=1,09:1, температуре 5 оС и колеблется в пределах 46,51-54,53%,а при 10 оС этот показатель снижается до 42,07-46,33.

 Как показано в таблице скорость фильтрации образцов достаточно высока и составляет 1066,31-1561,21кг/м2ч, поэтому влажность сырых кристаллов нитрата калия не превышает 9,90 и 14,30% при температуре кристаллизации, 5 и 10оС.

Соотношение Ж:Т в суспензии тоже является одним из косвенных показателей степени выхода К2О . Из таблицы видно что при более 50% степени выхода Ж:Т равнялось 4:1, а при менее 40 и 30% степени выхода значения Ж:Т превышают более 5,5:1 и 7,0:1 соответственно.

Таблица 2.

Влияние количества зарядуши на процесс кристаллизации

Продолжительность конверсии, мин

Соотношение реакционная масса: к зарядуш

Скорость фильтрации, кг/м2* ч

Влажность твердой

фазы, %

Ж:Т

Сте

пень выхода К2О, %

по твердой фазе

5.1

1

1:0,05

1778,11

9,19

4,27:1

47,45

5.2

1:0,1

1780,12

7,87

4,14:1

49,01

5.3

1:0,2

1791,43

8,83

4,02:1

52,68

5.4

1:0,3

1816,44

6,44

3,30:1

59,49

6.5

10

1:0,05

2561,8

11,74

4,13:1

47,50

6.6

1:0,1

2582,2

11,70

4,08:1

49,59

6.7

1:0,2

2658,1

9,74

4,01:1

54,11

6.8

1:0,3

3695,7

8,87

3,01:1

65,29

 

Таблица 3.

Химический состав жидкой и твёрдой фазы после конверсии

Номера

Образцов соответствии нумерации

Таб №3

Содержание компонентов масс % в жидкая фаза

Содержание компонентов масс % в твёрдая фаза

Cl-

NO3-

K+

NH4+

Cl-

NO3-

K+

NH4+

1

11,28

14,20

7,04

5,87

1,58

58,78

34,87

1,99

2

11,43

14,38

7,13

4,46

1,58

58,81

34,88

1,49

3

11,39

14,32

7,11

5,92

1,59

58,85

34,91

1,49

4

12,26

14,32

7,10

5,92

1,66

58,71

34,83

0,99

5

12,19

14,25

7,06

5,89

1,76

58,69

34,81

1,98

6

12,25

14,31

7,09

5,92

1,77

59,06

35,01

202

7

11,36

14,31

7,09

5,32

1,84

58,93

34,96

1,99

8

13,14

14,33

7,10

5,92

1,59

58,67

34,80

2,01

 

Разница в степени выхода не превышала 1-1,5% в интервале 10-200С, которая повышалась до 7-8%. С увеличением соотношения KCl:NH4NO3 от 1:1 до 1,2:1 при одинаковых условиях других параметров выход К2О в продукт снижается на 14,15% от 49,97% до 35,52%. Таким образом, оптимальными условиями процесса конверсии при соотношении KCl:NH4NO3 1:1,09:1 являются продолжительность конверсия - 5-10 мин, температура кристаллизации 5оС, продолжительность кристаллизации - 30 мин, что обеспечивает выход К2О более 52% в первом цикле. С целью увеличения скорости фильтрации кристаллов и степени промывки нитрата калия изучали влияние количества добавки (циркулирующая) кристаллов нитрата калия в стадии кристаллизация.

Исследование влияния количества зарядущих кристаллов на технологические показатели кристаллизации и фильтрации процесса получения KNO3 было изучено при условиях: KCl:NH4NO3 1:1, температура кристаллизации 10 0С, продолжительность кристаллизации 15мин (табл.2,3).

Соотношения реакционной массы к количеству циркулирующих кристаллов варьировали в пределах 1-0,05:0,3. В качестве базовой суспензии использовали продукты процессе конверсии, полученные при условиях, соответствующих опытом 5 и 6 (таб.1).

Из табл.2 видно, что с повышением количества добавки повышается скорость фильтрации и относительный выход К2О на 15-20кг/м2*ч, 2-3% соответственно со снижением Ж:Т от 4,38 и 4,14 до 3,30 , 3,01 соответственно при применении системы, соответствующей опытам 5 и 6.

Влажность продуктов после фильтрации снижается от 12,73 до 9,19-6,44 и от 12,87 до 11,74 и 8,87%. В результате содержание хлора в сухом непромытом продукте снижается от 2-3% до 1,7 и 1,8%. Это объясняется образованием крупных призматических кристаллов с размерами e-h-b-1,13х0,3х0,1 мм рис.1.

 

X4

X10

Рисунок 1. Микроскопические снимки кристаллов нитрата калия (Х4 и Х10) для условий, соответствующих опыту 5 таблицы 1

 

Таким образом установлены следующие оптимальные технологические параметры процесса: соотношение KCl:NH4NO3=1:1÷1,1:1, продолжительность конверсии - 2-3 мин, температура процесса конверсии 95-100 оС, температура и продолжительность кристаллизации 5-10 0С и 30-40мин соответственно.

Определено, что с изменением вышеуказанных параметров выход нитрата калия колеблется от 46,44 до 54,53%, а Ж:Т– в интервале 3,75-4,70, скорость фильтрация составляет 1066,24-2213,85 кг/м2 час. Выявлено, что продолжительность конверсии практически не влияет на процесс.

 

Список литературы:
1.    Дохолова А.Н., Кармышев В.Ф., Сидорина  Л.В.  Производство и применение фосфатов аммония.-М.: Химия, 1986.-С. 231.
2.    Проекты строительства : производства калия и NPK // Мир удобрений и    пестицидов.-1997.№2.-С.42-44.
3.    ДормешкинО.Б., Воробьев Н.И. Производство бесхлорных водорастворимых комплексных  удобрений. – Минск.: БГТУ, 1980,–8-9 с.
4.    Нормаматов Ф.Х., Эркаев А.У., Тоиров З.К., Шарипова Х.Т. Исследование процесса получения хлорида калия из сильвинита в присутствии  аммиака // Узбекский химический журнал, 2009. - №2. - С.26-28.
5.    Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. –Л.: Химия, 1983. – 336 с.
6.    А.с. 1248650, МПК С 01D 9/10, В 01J 47/02. Способполучения  нитрата калия . - Опубл. 07.08.86 // Бюл. № 29, 1986.
7.    А.с. 1572997, МПК С 01D 9/08. Способ получения  нитрата калия . - Опубл. 23.06.90 // Бюл. № 23, 1990.
8.    Винник М.М., Ербанова Л.Н., Зайцев П.М. и др. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов. М.: Химии, 1975. -218с.
9.    ГОСТ 30181.4-94. Минеральные удобрения. Метод определения суммарной массовой доли азота,  содержащегося в сложных удобрениях и селитрах в аммонийной и нитратной формах  (метод Деварда).

 

Информация об авторах:

Нормаматов Фарход Хайдарали угли Farxod Normamatov

соискатель Ташкентского химико-технологического института, Узбекистан, г. Ташкент

job seeker of Tashkent Chemical Technology Institute, Uzbekistan, Tashkent


Эркаев Актам Улашевич Erkaev Aktam

д-р техн. наук, профессор Ташкентского химико-технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Doctor of Engineering Sciences, Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, st. Navoi, 32


Дадаходжаев Абдулла Турсунович Abdulla Dadakhodzhaev

д-р техн. наук, директор центра инновации ОА «Узкимёсаноат» Республики Узбекистан, Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of technical sciences, director of innovation center of production of Uzkimyosanoat JSC, Uzbekistan, Tashkent


Тоиров Закир Каландарович Tоirov Zakir

канд. техн. наук, доцент Ташкентского химико-технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, st. Navoi, 32


Кучаров Бахром Хайриевич Kucharov Bahram

канд. техн. наук, доцент Ташкентского химико-технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, st. Navoi, 32


Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович

Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5122

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в: 

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

 

OpenAirediscovery

CiteFactor

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.

Уважаемые коллеги, издательство Universum с 30 марта по 30 апреля работает в обычном режиме