ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА КАЛИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТНОЙ КОНВЕРСОЙ ХЛОРИДА КАЛИЯ В ПРИСУТСТВИИ ДИЭТИЛАМИНА

RESEARCH OF THE PROCESS OF OBTAINING POTASSIUM SULFATE BY SULFURIC ACID CONVERSE OF POTASSIUM CHLORIDE IN THE PRESENCE OF DIETHYLAMINE
Цитировать:
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА КАЛИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТНОЙ КОНВЕРСОЙ ХЛОРИДА КАЛИЯ В ПРИСУТСТВИИ ДИЭТИЛАМИНА // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Эшметова Д.З. [и др.]. 2021. 9(87). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/12234 (дата обращения: 26.10.2021).
Прочитать статью:
DOI - 10.32743/UniChem.2021.87.9.12234

 

АННОТАЦИЯ

Целью исследования является изучение технологического процесса получения сульфата калия сернокислотной конверсией хлорида калия в присутствии диэтиламина при температуре 70°С и продолжительности процесса 20 минут. Изучали влияние концентрации и количества серной кислоты и соотношение массовых долей ингредиентов реакции на выход целевого продукта – сульфата калия. При этом диапазон концентрации серной кислоты составлял 50-93%, а соотношение исходных компонентов Et2NH:H2SO4:KCl:H2O варьировалось как 1:(05-2,0):(0,8-1,2):(1,2-1,4), соответственно.

В изученном интервале оптимальными соотношениями указанных исходных компонентов являются 1:(0,46:0,61):(0,80:1,20):(7,23-7,78), а концентрация серной кислоты - 81-93%. При этом выход сульфата калия составляет 79,31- 91,8%, а содержание ионов К+ и SO42- в маточном растворе равно 1,6: 0,58 и 0,25:2,94%, соответственно.

ABSTRACT

The goal of research is to study the technological process of obtaining potassium sulfate by the sulfuric acid conversion of potassium chloride in the presence of diethylamine at the temperature of 70°C and the process duration of 20 minutes. The effect of the concentration and amount of sulfuric acid and the ratio of the mass fractions of the reaction ingredients on the yield of a target product – potassium sulfate has been studied. At the same time, the range of sulfuric acid concentration is 50-93%, and the ratio of the initial components Et2NH:H2SO4:KCl:H2O has varied as 1:(05-2,0):(0,8-1,2):(1,2-1,4), accordingly.

In the studied interval, the optimal ratios of these initial components are 1:(0,46:0,61):(0,80:1,20):(7,23-7,78), and the concentration of sulfuric acid is 81-93%. At the same time, the yield of potassium sulfate is 79,31- 91,8%, and the content of К+ and SO42- ions in the mother liquor is 1,6: 0,58 and 0,25:2,94%, respectively.

 

Ключевые слова: технологические параметры, химический состав, хлорид калия, диэтиламин, конверсия, фильтрация, степень, норма, энергодисперсионный спектр, рентгенограммы.

Keywords: technological parameters; chemical composition; potassium chloride; diethylamine; conversion; filtration; degree; norm; energy-dispersive spectrum; radiographs.

 

Введение

Вторичные амины, к которым относится диэтиламин. находят широкое применение в органическом синтезе и в технологиях получения неорганических веществ [1-6]. Так, диэтиламин используется для высаливания получаемых неорганических продуктов из маточного раствора, что обусловливает ускорение процесса фильтрации, отражающееся на энергосбережение процесса в целом [7]. Это явление было отмечено и при получении сульфата калия по технологии сернокислотной конверсии хлорида калия в присутствии диэтиламина.

Однако, вопрос о влиянии технологических параметров на отдельные стадии процесса получения товарного сульфата калия сернокислотной конверсией хлорида калия остается открытым.

Целью исследования является детальное изучение технологического процесса получения сульфата калия сернокислотной конверсией хлорида калия в присутствии диэтиламина.

Объекты и методы исследований. В экспериментах в качестве исходных компонентов использовали белый кристаллический хлорид калия, полученный из флотационного хлорида калия АО «Дехканабадский калийный завод», серную кислоту с концентрацией 93,5% и диэтиламин технический по ГОСТ 9875-88 Российского производства.

Опыты проводили в 3-х горловой стеклянной колбе, снабженной перемешивающим устройством. После внесения в нее воды, хлорида калия и диэтиламина, осторожно вводили расчетное количество серной кислоты в течение 20 мин. При этом температура реакционной массы достигала 70-73°С, и в течение 20 мин понизилась всего на 2-4°С. После завершения процесса взаимодействия реакционную массу охлаждали до 20°С в течении 60 мин. Далее образовавшую суспензию, фильтровали под вакуумом при остаточном давлении 0,6 атм. с контролированием времени продолжительности фильтрации и промывкой осадка с насыщенным раствором сульфата калия (НРСК) соотношении НРСК : осадок равным 1:1. Исходные параметры варьировали в интервалах 50-93% (концентрация серной кислоты), соотношение исходных компонентов Et2NH:H2SO4:KCl:H2O находилось в диапазоне 1:(05-2,0):(0,8-1,2):(1,2-1,4), соответственно.

Определяли влияние технологических параметров на Ж:Т, скорость фильтрации и влажности продуктов после промывки. Химический состав полученных продуктов и маточных фильтратов анализировали на содержание Сl-, SO42- и K+ ионы с применением химических методов анализа [3-7].

Целевой продукт сульфат калия подвергали рентгенофазовому анализу с использованием идентификацию образцов проводили на основе дифрактограмм, которого снимали на аппарате XRD-6100 (Shimadzu, Japan), управляемом компьютером. Применяли CuKα-излучение (β-фильтр, Ni, 1.54178 режим тока и напряжения трубки 30 mA, 30 kV) и постоянную скорость вращения детектора 4 град/мин с шагом 0,02 град. (ω/2θ-сцепление), а угол сканирования изменялся от 4 до 80о.

Результаты и их обсуждение.

Ранее нами определено последовательность подачи исходных компонентов в процесс получения сульфата калия; вода, хлорид калия, диэтиламин и серная кислота [1-2]. Поэтому в настоящей работе нами изучено массовое соотношение концентрация серной кислоты, исходных компонентов Et2NH:H2SO4:KCl:H2O 1:(05-2,0):(0,8-1,2):(1,2-1,4).

Процесс получения сульфата калия сернокислотной конверсией хлорида калия описывается следующим уравнением:

2(C2H5)2NH + 2KCl + H2SO4 → K2SO4 + 2(C2H5)2NH2Cl                                         (1)

В таблице 1 приведены результаты эксперимента по изучению влияния технологических параметров на сернокислотную конверсию хлорида калия в присутствии диэтиламина.

Таблица 1.

Влияние технологических параметров на серно- кислотную конверсию хлорида калия в присутствии диэтиламина*

Норма

Ж:Т

Влажность

Скорость фильтрации, кг/м2

Плотность г/см3 при температуре

20°С

Относительные выход ,%

 

соотношение

Еt2HN:H2SO4: KСl: H2O

 

 

 

 

Твёрдая фаза

Жидкая фаза

 

1

1,00

0,23

1,00

7,23

3,64:1

18,01

714,0

2598,8

1010

60,00

 

2

1,00

0,46

1,00

7,23

2,98:1

16,16

4365,5

13013,8

1090

72,87

 

3

1,00

0,53

1,00

7,23

2,91:1

16,87

2296,7

6685,6

1048

83,90

 

4

1,00

0,610

1,00

7,23

2,68:1

21,86

2332,5

6255,8

1050

90,00

 

5

1,00

0,685

1,00

7,23

3,19:1

22,56

4196,2

13392,3

1070

84,02

 

6

1,00

0,91

1,00

7,23

3,78:1

17,74

3897,3

14730,8

1090

78,27

 

7

1,00

0,46

0,80

7,23

3,03:1

24,49

939,5

2848,3

1030

95,83

 

8

1,00

0,46

1,00

7,23

2,98:1

16,16

4365,5

13013,8

1090

72,87

 

9

1,00

0,46

1,20

7,23

2,39:1

21,76

5552,7

13271,5

1035

79,31

 

10

1,00

0,61

1,00

6,67

2,94:1

27,23

2865,3

8438,9

1075

83,90

 

11

1,00

0,61

1,00

7,23

2,68:1

21,86

2332,5

6255,8

1050

90,00

 

12

1,00

0,61

1,00

7,78

3,13:1

33,18

2339,9

7325,3

1053

76,55

 

13

1,00

0,685

0,80

7,23

3,79:1

20,80

1276,5

4844,8

1085

83,47

 

14

1,00

0,685

1,00

7,23

3,19:1

22,56

4196,2

13392,3

1070

84,02

 

15

1,00

0,685

1,20

7,23

2,61:1

17,61

5237,2

13680,3

1070

85,44

 

16

1,00

0,61

1,00

7,23

3,16:1

12,99

1326,2

4197,3

1060

81,6

 

17

1,00

0,61

1,00

7,23

3,33:1

16,24

711,2

2367,6

1082

76,55

 

18

1,00

0,61

1,00

7,23

4,52:1

23,72

902,4

4075,2

1085

65,05

 

19

1,00

0,61

1,00

7,23

3,51:1

13,37

1344,0

4723,8

1075

81,60

 

Концентратция серной кислоты 1-15-93%; 16-85%  ; 17-73%  ;18-57.6% ;19-50%

Продолжительность процесса -20мин.

 

Как показывают результаты исследования (табл.1), в изученных интервалах варьирования исходных компонентов Ж:Т в суспензии после охлаждения и промывки влажность продукта колеблется и интервалах (2,68-4,52):1 и 12,99-33,18% соответственно. Плотность жидкой фазы при 20°С колеблется в интервалах 1010-1090 кг/м3 (табл.1).

С повышением долевой части содержания серной кислоты от 0,23 до 0,91 при сохранении содержания других компонентов, при долевой части равной 0,61, выход сульфата калия достигает максимума, процентное содержание его находится в интервале 60,00-90,00%. Однако содержание SO42- в жидкой фазе достигает более 5% (табл.2).

Таблица 2.

Химический состав маточного раствора

Номера образцов соответствует

номерам табл.1

 

%

Жидкая фаза, %

K+

Cl-

SO42-

1

45,68

2,08

8,86

0,37

2

91,4

2,96

14,84

4,44

3

106

1,66

12,66

3,17

4

111,6

1,00

12,41

5,08

5

137,0

1,08

13,30

8,81

6

182,7

1,00

12,41

10,45

7

114,2

0,58

11,97

2,94

8

91,35

2,96

14,84

4,44

9

76,13

1,60

14,40

0,25

10

121,80

3,20

4,43

5,80

11

121,80

1,00

12,41

5,08

12

121,80

1,17

12,19

6,19

13

171,29

1,04

10,64

11,60

14

137,03

1,08

13,30

8,81

15

114,19

1,36

13,30

5,881.

16

121,80

0,83

11,52

7,06

17

121,80

1,58

11,97

8,19

18

121,80

1,12

9,31

10,78

19

121,80

1,75

11,52

6,32

 

Из таблицы 1 также следует, что в условиях опыта №7 выход сульфата калия достигает до 95,83%, со снижением содержания SO42- в фильтрате до 2,94% (табл.2). Таким образом, за оптимальное соотношение исходных компонентов Et2NH:H2SO4:KCl:H2O следует принять 1,00:0,46:0,80:7,23, соответственно.

Из приведенных таблиц 1 и 2 видно, что со снижением концентрации серной кислоты выход сульфата калия снижается, а содержание H2SO4 в маточном растворе, повышается. В опыте №9 выход сульфата калия не повышает более 79,31%, однако содержание SO42- в фильтрате мене 0,3%, которые обеспечивает высокий коэффициент использования серной кислоты. Так как содержание калия составляет более 1,5%, его можно отделить от маточного раствора.

Исходя из выше изложенного, относительно по выходу сульфата калия оптимальными являются 7,4,11 опыты, а по содержания SO42- в маточном растворе оптимальными являются №9 и №7.

При этом скорость фильтрации по твердой фазе этих образцов составляет 2332,5, 939,5; 5552,7 и 2332,5 кг/м2*ч, соответственно для опытов под номерами 4,7,9 и 11. Следует заметить, что наиболее высокая скорость фильтрации наблюдается все-таки в опыте №9, при этом выход сульфата калия достигает 79,31 %, а содержание калия в маточном растворе равно 1,6 и 0,25%, соответственно.

На рисунках 1 и 2 приведены микрофотография одного из образцов сульфата калия, полученная на сканирующем микроскопе (Leica DM500Германия) и его элементный состав.

 

Рисунок 1. СЭМ образца полученного сульфата калия

 

Рисунок 2. Энергодисперсионный спектр образцов

 

Энергодисперсионный анализ (рис.2) продуктов показал, что в опытах под №4 и №66 получаются продукты с наименьшим содержанием хлора, а образование кристаллов сульфата калия наблюдается во всех вариантах.

Из рентгенограмм, приведенных на рисунке 3 видно, что минералогический состав продуктов состоит из K2SO4, KCl и Et2NH4HCl, их содержание колеблется в интервалах 75-95; 1-5 и 0-25% соответственно.

Образец № 4

Образец № 7

Рисунок 3. Рентгенограммы образцов

 

Номера образцов соответствуют номерам табл.1.

Заключение: Таким образом, в изученных интервалах оптимальным соотношением исходных компонентов Et2NH:H2SO4:KCl:H2O, являются 1:(0,46:0,61):(0,80:1,20):(7,23-7,78), а концентрация серной кислоты - 81-93%, при этом выход сульфата калия составляет 79,31- 91,8%.  Содержание ионов К+ и SO42- в маточном растворе равно 1,6: 0,58 и 0,25: 2,94%, соответственно.

 

Список литературы:

  1. Эшметова Д.З., Джандуллаева М.С., Бобокулов А.Н., Тоиров З.К., Эркаев А.У., Хазратова Ш. Изучение процесса конверсии хлорида калия в присутствии диэтиламина. UNIVERSUM:ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ,№ 2(83), 77-82 ст. Москва-2021г.
  2. Бобоқулов А.Н., Эркаев А.У., Тоиров З.К. Исследование процесса получения гидрокарбоната калия с применением диэтиламина.// UNIVERSUM: Химия и биология, № 10(40), 22-28 ст. Москва-2017г. http://7universum.com/ru/nature/archive/item/5168
  3. Bobokulov A.N., Erkaev A.U., Toirov Z.K., Kucharov B.X. Research on the Carbonization Process of Potassium Chloride Solutions in the Presence of Diethylamine // International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE),V-8 Issue-9S2, July 2019.
  4. Пaнaсенко В.В., Гринь Г.И., Мaзунин С.A. Фaзовые рaвновесия в тройной системе KCl–(С2Н5)22Cl – Н2О при 30 °С. Вестник НТУ «ХПИ», Хaрьков, 2010. № 11. С. 103–107.
  5. Пaнaсенко В.В., Гринь Г.И., Пaнaсенко В.A. и др. Изучение рaстворимости солей в системе (С2Н5)22Cl – (С2Н5)22НСО3 – Н2О при 30 °С // XVIII Укрaинскaя конференция по неоргaнической химии с учaстием зaрубежных ученых: тезисы доклaдов, (27 июня – 1 июля 2011 г.). Хaрьков: ХНУ имени В. Н. Кaрaзинa, 2011. С. 278.
  6. Пaнaсенко В.В., Гринь Г.И., Пaнaсенко В.A. и др. Зaвисимость между состaвом и свойствaми системы K+, (С2Н5)22+ // НСО3- – Н2О при 30 °С // Восточно-Европейский журнaл передовых технологий. Хaрьков. 2011. № 4/6 (52). С. 38–41.
  7. Мазунин С. А., Чечулин В. Л. Высаливание как физико-химическая основа малоотходных способов получения фосфатов калия и аммония: монография / С. А. Мазунин, В. Л. Чечулин; Перм. гос. нац. исслед. ун-т. — Пермь, 2012.— 114 с.
Информация об авторах

докторант Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctoral student of Tashkent Chemical Technology Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent

доцент Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Assistant professor of Tashkent Chemical Technology Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent

ст. преп. Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Lecturer of Tashkent Chemical Technology Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent

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

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

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top