ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НИТРАТА КАЛИЯ

АННОТАЦИЯ

В данной работе для изучения возможности получения нитрата калия конверсионным способом на основании анализа диаграммы растворимости К⁺, NH₄⁺,//Cl^-,NO₃^--Н₂О выбран оптимальный интервал варьирования технологических параметров.

Исследование влияния количества зародыщей кристаллов на их качество и фильтрацию процесса получения KNO₃.

ABSTRACT

In this work, to study the possibility of producing potassium nitrate by a conversion method, based on an analysis of the solubility diagram of  K⁺, NH₄⁺,// Cl^-, NO₃^--H₂O, the optimal range for varying process parameters was selected.

Study of the influence of the number of crystal seeds on their quality and filtration of the KNO₃ production process.

Ключевые слова: нитрата калия, кристаллизация, микрофография кристаллов, гранула, конверсия.

Keywords: potassium nitrate, crystallization, crystal micrography, granule, conversion.

Хлор, наряду со 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% [2-3].

Изучены влияние соотношения KCl:NH₄NO₃, температуры и продолжительности конверсии, а также кинетика кристаллизации при температуре 5, 10 и 20 ^оС.

После конверсии система охлаждалась до определенной температуры кристаллизации при перемешивании со скоростью мешалки 50-100 об/мин и охлаждения - 2-14 ^оС/мин.

Как показали экспериментальные исследования, с охлаждением растворов конверсии в системе выпадают кристаллы нитрата калия с обрfзованием суспензии, соотношения Ж:Т в которой колебались в интервале 3,42-7,44 в зависимости от технологических условий кристаллизации[4].

Исследование влияния количества зародыщей кристаллов на их качество и фильтрацию процесса получения KNO₃ показало, что с повышением количества зародышной добавки от 5 до 20% от массы твёрдой фазы повышается скорость фильтрации и относительный выход К₂О на 15-20кг/м²*ч, 2-3% соответственно. При этом также снижалось соотношение Ж:Т от 4,38 и 4,14 до 3,30 и 3,01 соответственно при продолжительности конверсии 1 и 10мин.

Влажность продуктов после фильтрации составила 8,87-12,87% при этом содержание хлора в сухом непромытом продукте колеблется в пределах 1,7-30%. Эти показатели, первую очеред зависят от гранулометрического состава и формы кристаллов.

Для определения грансостава продуктов использовали аналитические просеивающие машины серии AS 200, управляемой электромагнитным приводом (EP 0642844).

На рис. 1,2 представлены изменения гранулометрического состава порошков нитрата калия в зависимости от скорости охлаждения и температурыа кристаллизации.

Во всех образцах (рис.1) содержатся частицы со средними диаметрами от 45 до 1000 мкм. Преобладающим является наличие в продукте частиц диаметром 250 мкм (рис.1). Доля этих частим при соотношениях KCl:NH₄NO₃ 1,09:1 и 1:1 составляет 40 и 50%, соответветственна.

7,1                                       3,9                                      2 ^оС^о/мин а)   

14                           7                                     3,9                           2 ^оС^о/мин б)

Рисунок 1. Влияние технологических параметров процесса кристаллизации на гранулометрический состав нитрата калия при КСl:NH₄NO₃ = 1:1 при температуре, ^oC: а-5;б-20.

При температуре охлаждения 5 ^oC и снижении скорости охлаждения продукта от 7,1 до 2 с/мин (рис.1а) увеличивается содержание частиц диаметром 500мкм одновременно со снижением дали частиц размером 125 мкм от 32 до 22%.

При 10 ^oC (рис 1б) наблюдается такая же закономерность, т.с. доля

а)                                            (с)                                                  (б)

Рисунок 2. Микрофотография кристаллов нитрата калия после сушки при температуре 20 ^оC (а), 132,8 ^оC (б) и 338 ^оC, (с) продолжительность конверсии 1 мин (оптимальная)

(а) б

Рисунок 3. Морфологические исследования и размеры частиц порошка нитрата калия

Из рис 2а видно, что со снижением скорости охлаждения от 7,1 до 2 ^ос/мин доля частиц размером 500мкм составляет более 20%, а 250мкм- более 60% за счет снижения доли других фракций.

Для определения морфологии кристаллов и их размеров применяли оптический и сканирующий электродный микроскоп SEM-EVOMA10(Zeiss, Germany).

Из рисунков 3 видно, что длина частиц достигает до Р_а4-1,627мм. Эти снимки показывают, что в изученных интервалах варьирования технологических параметров образуются крупные призматически кристаллы размером Lxhхb- 0,125:1,627 х 0,1-0,5 х 0,1-0,3 мм.

Также экспериментальные данные показали, что всех опытах образуются крупные кристаллы и поэтому скорость фильтрации составляет не менее 814,97 кг/м²*ч. Это обеспечивает высокую степень промывки кристаллов от хлора до его содержания менее 0,3%.

С учетом вышеизложенного процесс термической обработки нитратов калия, полученных путем конверсии, проводили при 133 и 339 ^оС в течении 30 мин. Исходный нитрат калия и продукты термообработки подвергались анализу для определиния химического состава (табл2). 

Таблица 2

Химический состав продуктов термообработки

Как показывают результате химического анализа, с повышением температуры содержание нитритного азота увеличивается до 6% (табл.2), за счет терморазложения нитрита калия, находящегося на поверхности кристаллов.

Заключение. Установлено, что при охлаждении продуктов конверсии хлорида калия со скоростью 2,0-7,1 ^ос/мин до температуры 5-10^оС, в течений не более 30 мин образуются крупные призматические кристаллы обеспечивающие высокую скорость фильтрации -1064,3-1561,2 кг/м²ч с выходами нитрата калия более 54,53%, содержащим не более 0,3% хлора.

Список литературы:

1. Erkayev A. U., Kucharov B. X., Toirov Z. K., Normamatov F., Dormeshkin O.B., Dadakhodgaev A.T. Study of the influence of technological parameters on the quality of potassium nitrate. International Journal of Aquatic Science. 2021. Vol.12, Issue. 2, Р.4947-4962. Web of Sciece (1).
2. Нормаматов Ф.Х.,Кучаров Б.Х.,Тоиров З.К.,Эркаев А.У. Исследование основных стадий получения нитрата калия конверсионным способом. Узбекский химический журнал. 2021. №1. С.9-15. (02.00.00. №6).
3. Нормаматов Ф.Х.,Кучаров Б.Х.,Тоиров З.К.,Эркаев А.У Изучение процесса упарки маточных растворов при получении нитрата калия. Композицион материаллар журнал. 2022г. №1. 6-10с. . (02.00.00; №4).
4. Нормаматов Ф.Х.,Эркаев А.У., Дадаходжаев А.Т.,Тоиров З.К.,Кучаров Б.Х. Исследование процесса получения нитрата калия. «Universum:технические науки». Москва. 2019. Выпуск: 9(66). 71-77с. (02.00.00; №1).
5. А.с. 1572997,МПК С01D9/08.Способ получения нитрата калия. - Опубл. 23.06.90 // Бюл. № 23, 19907.
6. Узаков О.А,, Дехканов З.К., Мадаминов О.А., Базаров А,А. Получение нитрата калия методом конверсии. // Universum: Технические науки.-2022. - № 2(92).
7. Патент BY7470, C1 2005. 12.30. Дормешкин Олег Борисович; Воробьев Николай Иванович; Новик Дмитрий Михайлович; Лисай Николай Константинович. Способ получения нитрата калия и способ получения жидкого комплексного удобрения.
8. Коган В.Г., Огородников С.К., Кофаров В.В. Справочник по растворимости. Книга третья. -М: Наука,1969.-1171с.
9. Соколов И.Д., Сафрыгин Ю.С.. и др. А.с. 1120000, МПК С 01D 9/08. Способ получения азотно-калийного удобрения. - Опубл. 10.06.1975 // Опубл.23.10.1984.
10. 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.