ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОКСИДА КАЛИЯ КОНВЕРСИОННО – ЭКСТРАКЦИОННЫМ СПОСОБОМ НА ОСНОВЕ МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

OBTAINING POTASSIUM HYDROXIDE BY THE CONVERSION-EXTRACTION METHOD BASED ON LOCAL MATERIALS
Цитировать:
ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОКСИДА КАЛИЯ КОНВЕРСИОННО – ЭКСТРАКЦИОННЫМ СПОСОБОМ НА ОСНОВЕ МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Чавлиева Ф.Б. [и др.]. 2022. 10(103). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14409 (дата обращения: 17.04.2024).
Прочитать статью:
DOI - 10.32743/UniTech.2022.103.10.14409

 

АННОТАЦИЯ

Целью работы являлось исследование и разработка технологичесного процесса получения гидроксида калия конверсионно – экстракционным способом на основе местных материалов. Установлены оптимальные технологические параметры процесса. Исследован ряд физико-химических свойств получаемого продукта в зависимости от технологических параметров. Рекомандованы стадий принципиальной технологической схемы производства гидроксида калия на основе известкового молока и поташа.

ABSTRACT

The aim of the work was to research and develop a technological process for the production of potassium hydroxide by a conversion-extraction method based on local materials. The optimal technological parameters of the process have been established. A number of physicochemical properties of the resulting product have been studied depending on the technological parameters. The stages of the basic technological scheme for the production of potassium hydroxide based on milk of lime and potash are recommended.

 

Ключевые слова: известковое молоко, карбонат калия, карбонат кальция, гидроксид калия, каустификация, температура.

Keywords: milk of lime, potassium carbonate, calcium carbonate, potassium hydroxide, causticization, temperature.

 

Среди выявленных известных [1-6] способов получения и очистки гидроксида калия наибольший интерес представляют способы его очистки методом соосаждения. В качестве реагентов, применяемых для осаждения примесей, так называемых коллекторов, в известных методах используют различные химические соединения.

В качестве таковых, например, используют карбонат кальция в виде извести, мела или мрамора с размером частиц 0.1-5 мм [7], оксид магния [8], основной углекислый магний. Недостатками данных способов очистки, прежде всего, является недостаточно высокая степень очистки, а также невозможность в одном процессе очистить гидроксид калия от значительной группы примесей, а не только от железа, кальция и магния [9].

Известен способ очистки раствора щелочи от примесей железа, кальция и магния [10]. Очистку данным известным способом осуществляют фильтрованием раствора щелочи при комнатной температуре через слой основного углекислого магния высотой 3-100 мм. Основным недостатком способа является невозможность в одном процессе очистить гидроксида калия сразу от нескольких примесей. Кроме того, известный способ не технологичен и не экономичен, поскольку использование колонок с обрабатывающим агентом приводит к быстрому их загрязнению и выходу из строя [10].

Для повышения качества гидроксида калия предложен способ очистки его раствора, который включает обработку исходного продукта основным углекислым магнием. Для очистки раствора гидроксида калия используют основной углекислый магний, содержащий 0,1 – 0,5 мас.% солей лантаноидов, которые добавляют при перемешивании к очищаемому раствору. После этого реакционную массу подвергают микрофильтрации. Изобретение позволяет повысить чистоту получаемого продукта. Основным отличием данного способа является использование в качестве обрабатывающего агента (коллектора) основного углекислого магния, содержащего определенные количества солей лантаноидов. Введение этой добавки в основной углекислый магний в комплексе с другими компонентами обеспечивает повышение степени чистоты конечного продукта по ряду примесей и позволяет расширить число удаляемых примесей катионов металлов.

Экспериментальные данные показали образование в продуктах двух слоев (нижний и верхний) при повышении содержания воды.  

Таблица 1.

Изотермы растворимости системы С2Н5ОН-КОН-Н2О при температурах

Соотношения

Н2О : С2Н5ОН

Температура, оС

Содержание К2О в жидкой фазе, %

Светопреломление, η при oC

ρ, г/см3

1.

100 : 0

- 3

39,55

1,4607

1,504

2.

0

41,11

1,4619

1,510

3.

20

44,35

1,4634

1,518

4.

40

47,94

1,4642

1,522

5.

60

50,10

1,4718

1,560

6

80

52,14

1,4747

1,575

7.

80 : 20

- 3

32,36

1,4427

1,430

8.

0

34,69

1,4391

1,410

9.

20

35,27

1,4446

1,455

10.

40

36,19

1,4449

1,470

11.

60

37,08

1,4570

1,480

12.

80

38,77

1,4668

1,535

13.

50 : 50

- 3

23,50

1,4231

1,350

14.

0

28,78

1,4087

1,240

15.

20

32,07

1,4220

1,340

16.

40

33,09

1,4391

1,410

17.

60

34,23

1,4430

1,440

18.

80

38,10

1,4510

1,475

19.

20 : 80

- 3

23,44

1,3840

1,100

20.

0

23,93

1,3890

1,105

21.

20

25,33

1,3970

1,070

22.

40

26,47

1,4030

1,074

23.

60

28,85

1,4070

1,077

24.

80

30,96

1,4180

1,153

25.

0 : 100

 

- 3

30,25

1,3950

1,068

26.

0

32,05

1,403

1,092

27.

20

34,36

1,4007

1,097

28.

40

35,97

1,4002

1,073

29.

60

37,11

1,3930

1,064

30.

80

38,28

1,3810

1,055

 

В наших исследованиях для получения гидроксида калия исходными материалами служили поташ (К2СО3), синтезированный из хлорида калия АО “Дехканабадский калийный завод” и извести, полученной обжигом известняка Джамансайского месторождения Республики Каракалпакстан в ООО “Кунградский содовый завод”, а также этиловый спирт квалификации “ХЧ”.

После окончания процесса конверсии в пульпу добавляли спирт и образующаяся суспензия на лабораторной фильтровальной установке разделялась на жидкую (спиртовый раствор КОН) и твердую (осадок СаСО3) фазы. Соотношение пульпа: спирт было выбрано так, чтобы соотношение Н2О : спирт находилось в пределах 0,25.

По данным табл 1. светопреломление колеблется в пределах 1.3810-1.4747. С повышением температуры оно повышается на 0.0010-0.0020, а со снижением соотношения Н2О:спирт–уменьшается. Например,при соотношениях Н2О: спирт 50:50 и 20:80  и температуре 40 0С светопреломление составляет 1.4030 и 1.4070 соответственно (табл 1,2.).

Анализ химического состава верхнего (в.с) и нижнего (н.с) слоев       показывает, что содержание СаО и СО2 в нижнем слое больше, чем в верхнем.

Поэтому желательно увеличить соотношение в.с:н.с., а это, достигается с поддержанием соотношения Н2О:спирт менее 0.25.

 

Рисунок 1. Плотность жидкой фазы в зависимости от соотношения Н2О : спирт и температуры

 

Таблица 2.

Химический состав системы С2Н5ОН-КОН-Н2О по слоям

Соотношения Н2О:С2Н2ОН

T, oC

Соотношения в*с/н*с

Состав равновесных фаз, в %.

Верхний слой

Нижний слой

n

ρ

K2O

n

ρ

K2O

1.

100 : 0

-3

0 : 1

-

-

-

1,4741

1,595

62,31

2.

0

-

-

-

1,4726

1,580

3.

20

-

-

-

1,4703

1,557

4.

40

-

-

-

1,4684

1,540

5.

60

-

-

-

1,4668

1,525

6.

80

-

-

-

1,4657

1,515

7.

80 : 20

-3

 1 : 23,48

-

-

37,51

-

-

46,42

8.

0

-

-

-

-

9.

20

1,3538

1,107

1,4703

1,557

10.

40

1,3524

1,090

1,4691

1,545

11.

60

1,3517

1,077

1,4669

1,536

12

80

1,3509

1,062

1,4659

1,527

13.

50 : 50

-3

1 : 13,68

-

-

28,02

-

-

46,88

 

14.

0

-

-

-

-

15.

20

1,3515

1,082

1,4674

1,540

16.

40

1,3510

1,070

1,4662

1,532

17.

60

1,3487

1,030

1,4555

1,520

18.

80

1,3474

 

1,012

1,4491

1,513

19.

20 : 80

-3

1 : 6,35

-

-

27,49

 

 

-

20.

0

-

-

 

 

-

21.

20

1,3508

1,068

 

 

-

22.

40

1,3497

1,048

 

 

-

23.

60

1,3489

1,032

 

 

-

24.

80

1,3480

1,015

 

 

-

25.

0 : 100

-3

1 : 0

-

-

25,45

-

-

-

26.

0

-

-

-

-

-

27.

20

1,3482

1,025

-

-

-

28.

40

1,3476

1,013

-

-

-

29.

60

1,3469

0,999

-

-

-

30.

80

1,3463

0,986

-

-

-

 

Для обеспечения максимального выхода продукта с таким составами верхнего слоя процесс экстракции надо проводить в технологических условиях температуры и соотношений Н2О:спирт, находящихся  в поле Вl11l13L (рис.2).

Как показывают исследования, при охлаждении экстракта, полученного при 800С с применением 80-96%-ного этилового спирта, выпадают кристаллы с образованием суспензии с Ж:Т = 2:1 необходимо отметит, что при  применении 80%-ного раствора этилового спирта образуется твердая фаза в виде агломератов. А при применении 90%-ного спирта образуются пластинчатые ромбообразные чешуйчатые кристаллы.

Таким образом, оптимальный состав верхнего слоя составляет, масс %: С2Н5ОН-59.5-61.0; КОН-27.5-33.0; Н2О – 6,0-13%.

Также установлено, что образующийся карбонат кальция быстро осаждается из суспензии и легко фильтруется, что позволяет рекомендовать применение существующих стандартных сгустителей и фильтрующих установок с минимальной рабочей поверхностью, после которых фильтрат легко упаривается под разрежением до 50-80% с дальнейшей экстракцией гидроксида калия этиловым спиртом.

После дистилляции получен гидроксид калия, отвечающий требованиям на продукты реактивной квалификации и специального назначения.  

 

Рисунок 2. Рентгенограмма осадков после экстракции

 

Рентгенофазовый анализ (рис.2) показал, что осадок после экстракции содержит в основном следующие соединения: СаСО3 – 3.012, 2.28, 1.609Ао, моногидрат гидроксида калия (КОН*Н2О)–2.85; 1.96; 1.748; 1.04 Ао, а также остатки исходных компонентов Са(ОН)2 – 2.67; 1.95; 1.68 Ао и К2СО3–2.85; 2.67; 2.06; 1.95; 1.68 Ао.

Меньшая скорость фильтрации и пониженный выход К2О в продукт связаны с низкими значениями Т:Ж и степени каустификации соответственно.

Предлагается технологическая схема, состоящая из стадий: конверсия, отстаивание, фильтрация сгущенной части с трехкратной промывкой и возвращением промывной воды на стадию каустификации и упарка фильтрата с получением раствора КОН высокой концентрации (40-50 %) с дальнейшей ее переработкой на чешуйчатый или таблетированный гидроксид калия.

Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что оптимальными параметрами процесса каустификации являются: температура не менее 95оС, соотношение Н2О:К2СО3:Са(ОН)2 - (1.8–3):2:1; продолжительность конверсии – не  менее 120 мин.

Экстракцию необходимо проводить при соотношении пульпа:спирт 1.0 – 2.0. При этом выход К2О в продукт составляет не менее 60%, а его концентрация достигает не менее 45%, в результате чего получается очищенный раствор гидроксида калия.    

 

Список литературы:

  1. Туракулов Б. Б., Кучаров Б. Х., Эркаев А. У., Тоиров З. К., Реймов А. М. Усовершенствование производства гидроксида калия известковым способом. UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. Г.МОСКВА – 2017. № 10(43).
  2. Патент РФ 1562805 с 01D1/32. Способ очистки раствора гидроокиси калия. Филатова Л.Н., Волводов А.И., Вендило А.Г. и др. Заявлено 01.11. 2010. Опубликовано 27.03.2012.
  3. Schmidl, W., Ball, A.R., Frederick Jr., W.J., DeMartini, N., Experimental Determination and Modeling of potassium hydroxide Solubilities in High Solids Kraft Black Liquor - Accepted for Presentation at the 2003 TAPPI Fall Technical Conference. р-5-13
  4. Shi, B.; Euhus, D. D.; Rousseau, R. W., “Crystallization and Control of potassium hydroxide Scales in Black Liquor Concentrators,” Tappi J. 3(6):7-13 (2004).
  5. Патент RU1321565 с 01D1/32. Способ очистки раствора гидроокиси калия. Вендило А.Г., Ковалёва Н.Е. и др. Заявлено 03.12. 1969. Опубликовано11.10.1972.
  6. ПатентUS 2634102. 23 – 45.  Methd of purifying potassium hydroxide solution.  B. Zhao, X. Wang, X. Qian. Заявлено 21.04. 1953. Опубликовано 18.11.1955.
  7. Туракулов Б.Б., Эркаев А. У., Кучаров Б. Х., Тоиров З. К.,Искендеров А.М. Исследование реологических свойств и фильтруемости суспензии при получении гидроксида калия известковым способом.// Кимёвий технология назорат ва бошқарув «Халқаро илмий-техникавий журнал 4-5/2019».-30-37 б.
  8. Turakulov B. B., Erkayev A. U., Kucharov B. X., Toirov Z. K.Physical-chemical and Technological Bases of Producing Pure Potassium Hydroxide in Combined Method.//  Vol. 29. -No. 6s (2020): Vol 29 No 6s (2020) (Special Issue) | International Journal of Advanced Science and Technology http:// sersc. org/ journals/ index. php/IJAST/issue/view/275. – С. 1126 – 1134.     
  9. Туракулов Б. Б., Кучаров Б. Х., Эркаев А. У., Тоиров З. К., Реймов А. М. Усовершенствование производства гидроксида калия известковым способом. UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. Г.МОСКВА – 2017. № 10(43).
  10. 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),Volume-8 Issue-9S2,  2019, ISSN: 2278-3075 https://www.ijitee.org/wp-content/uploads/papers/v8i9S2/I10480789S219.pdf
Информация об авторах

базовый докторант, Институт общей и неорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г.Ташкент

Associate Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent

инженер-химик ООО «Nika Pharma» Республика Узбекистан, г. Ташкент

Chemical engineer, «Nika Pharma» LLC, Republic of Uzbekistan, Tashkent

старший преподаватель Ташкентского химико-технологического института 100011, Республика Узбекистан, г.Ташкент, улица Навои, 32

senior lecturer of Tashkent Chemical Technology Institute 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi st.,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

д-р техн. наук, доц., начальник лаборатории «Комплексные азотные удобрения и стимуляторы, отдел супромолекулярные соединения», Академия наук Республики Узбекистан, институт обшей и неорганической химии, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of technical sciences, associate professor,  Head of the laboratory "Complex nitrogen fertilizers and stimulants, Department of Supromolecular compounds", Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Institute of General and Inorganic Chemistry, Republic Uzbekistan, Tashkent

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.
Top