Исследование процесса переработки глазерита на сульфат калия

Введение. Современное развитие сельского хозяйства наряду с внедрением новых высокоурожайных сортов, повышением уровня механизации полевых работ и ирригации в значительной степени определяется степенью его химизации и, прежде всего, применением минеральных удобрений, стимуляторов роста и развития растений, химических средств защиты растений.

Производство минеральных удобрений в Республике Узбекистан развивается ускоренными темпами. Это развитие имеет не только количественную, но и качественную сторону: расширяется сырьевая база, совершенствуется технология и аппаратура, увеличивается ассортимент и повышается качество минеральных удобрений. Так в последние годы осуществлен существенный сдвиг в решении проблемы обеспечения фосфорных заводов собственными фосфоритами месторождения Центральных Кызылкумов. С пуском второй очереди завода калийных удобрений Республика полностью обеспечивает сельское хозяйство собственными калийными удобрениями.

Однако, интенсивное внедрение передовых технологий выращивания сельскохозяйственных культур, использование капельного орошения, гидропоники, строительство тепличных хозяйств увеличило спрос на бесхлорные калийные и NPK удобрения и, в частности, на сульфат калия. Сульфат калия применяется, в первую очередь, под культуры, чувствительные к хлору, используется под различные культуры и типы почв [7, 4, 1]. Производство сульфата калия путем конверсии хлорида калия сульфатом натрия – наиболее приемлемый для условий Республики метод. Ранее были проведены исследования по конверсии хлорида калия мирабилитом Тумрукского месторождения и установлены основные параметры технологического процесса [6].

Объекты и методы исследования. В данной статье приводятся результаты изучения реологических свойств растворов после выделения глазерита, а также влияние технологических параметров на выделение хлорида натрия при их упарке.

Для исследований использовали флотационный хлорид калия состава

(масс. %): KCl – 95,3; NaCl – 2,97; н.о. – 1,1; H₂O – 0,43 и мирабилит Тюмрюкского месторождения, имеющего состав (масс. %): Na₂SO₄ – 44,8; MgSO₄ – 0,72; CaSO₄ – 2,50; NaCl – 0,3; н.о. – 7,0.

Химический анализ растворов твердых фаз и реологические свойства определяли известными методами [2, 3, 5].

Экспериментальная часть. Сульфат калия получали конверсией хлорида калия сульфатом натрия при температуре 50°С, Т:Ж=1:1, продолжительности процесса 60 минут и мольном соотношении KCl:Na₂SO₄=1:1.

Полученный на первой стадии глазерит, растворяли в воде с добавлением хлорида калия. Мольное соотношение хлорида калия к сульфату натрия в глазерите поддерживали 1:1, температуру 30°С, при продолжительности процесса 40 мин. Разделение твердой и жидкой фаз проводили на фильтровальной установке при разряжении 300 мм. рт. ст. Площадь фильтрующей поверхности воронки 0,005 м² . Исследование реологических свойств глазеритового раствора осуществляли при различных температурах и различной степени упарки раствора.

Обсуждение результатов. При конверсии хлорида калия сульфатом натрия, после отделения глазерита, образуются маточные растворы, обогащенные хлоридом натрия. С целью дальнейшего, повторного использования маточных растворов проведены исследования по их упарке при температуре 60, 80 и 100°С, в зависимости от продолжительности процесса. На рисунке 1 представлены данные по уменьшению объема маточного раствора в зависимости от времени упарки.

Время, мин

Рисунок 1. Влияние продолжительности процесса и температуры упарки на объем испарившейся влаги

Наиболее интенсивно процесс упарки маточного раствора после отделения глазерита протекает при температуре 100°С. При этом через 60 минут объем раствора уменьшается более, чем на 50%, в то время, как при 80 и 60°С эти показатели равны 20 и 5%, соответственно.

В таблице 1 приведены данные изменения состава маточного раствора и количество выпавшего хлорида натрия от изменения объема маточного раствора при упарке. С увеличением объема упаренной жидкости с 5% до 40% количество выпавшего в осадок хлорида натрия повышается с 3,1% до 22,9% от массы исходного маточного раствора, содержащего (масс. %): K₂O-6,86; Na₂O-11,67; SO₄^-2-3,46; CI^–-16,02; H₂O-66,26.

Таблица 1.

Изменение химического состава маточного раствора при упарке

Из приведенных данных видно, что упаренный раствор обогащается ионами натрия и хлора при незначительном снижении в маточном растворе ионов калия и SO₄^-2. Выпавший осадок, в основном, содержит хлорид натрия с примесями калия и сульфат ионов.

При упарке 40% объема исходного маточного раствора содержание K₂O снижается с 6,86% до 5,20%, сульфат ионов с 3,46% до 2,00%. Содержание Na₂O повышается с 11,67 до 12,25, а хлора с 16,02% до 16,48%.

В таблице 2 приведены результаты изменения реологических свойств маточных растворов в зависимости от уменьшения объема упаренного раствора и температуры.

Плотность маточных растворов с увеличением объема упаренного раствора повышается с 1,250 г/см³ до 1,358 г/см³ при температуре 20°С и с 1,210 г/см³ до 1,330 г/см³ при 80°С. С повышением температуры плотности маточных растворов, независимо от количества упаренной жидкости, снижаются.

Таблица 2.

Реологические свойства упаренных маточных растворов после выделения глазерита

Вязкости растворов, после отделения осадка хлорида натрия, с увеличением объема упаренной жидкости и повышением температуры, снижаются. Так, при 20°С вязкость с 2,126 мПа·с снижается до 2,007 мПа·с при испарении 40% влаги и до 0,914 мПа·с при повышении температуры с 20 до 80°С. Полученные результаты свидетельствуют о приемлемых реологических свойствах маточных растворов после отделения глазерита и их упарки.

Для получения сульфата калия глазерит растворяли в воде с добавлением хлорида калия. Т:Ж раствора поддерживали 1:1 исходя из суммарной нормы глазерита и хлорида калия. При этом получен сульфат калия, содержащий, (масс. %): K₂SO₄ – 98,44; Na₂SO₄ – 0,22; NaCl – 0,45; H₂O – 0,89. Степень конверсии составляет 86,65% в пересчете на калий.

Заключение

Таким образом, проведенные исследования показали возможность конверсии флотационного хлорида калия Тюбегатанского месторождения мирабилитом Тумрюкского месторождения с получением сульфата калия и хлорида натрия. Маточные и упаренные растворы обладают приемлемыми реологическими свойствами и хорошо перекачиваются.