Технология производства хлорида калия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования РФ

Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г.

Столетовых»

Институт архитектуры, строительства и энергетики

Кафедра химических технологий

Реферат

По дисциплине: «Общая химическая технология»

На тему: «Технология производства хлорида калия»

Выполнил: Студент группы ХТ-119

Тарасов И.Ю.

Принял: д.т.н., профессор Христофорова И.А.

Владимир 2020

Содержание

1. Физико-химические свойства

1.1 Физико-химические свойства сырья

2. Флотационный способ производства хлорида калия

2.1 Описание метода

2.2 Технологическая схема производства хлорида калия флотационным методом

3. Производство КCl галургическим методом из сильвинита

3.1 Описание галургичекого метода производства хлорида калия

3.2 Физико-химические основы переработки галургическим методом

3.3 Технологическая схема производства хлорида калия галургическим способом

4. Применение калия хлористого

4.1 В сельском хозяйстве

4.2 В медицине

4.3 В промышленности

4.4 В других сферах

1. Физико-химические свойства

1.1 Физико-химические свойства сырья

Сырьем для производства хлористого калия является сильвинитовая руда. Руда представляет собой механическую смесь галита, сильвина, нерастворимого в воде остатка (н.о.), состоящего из смеси алюмосиликатов и карбонатов. Содержание хлористого калия в сильвините около 30 %, остальное составляет галит, нерастворимый осадок и другие примеси. Калийное удобрение - калий хлористый, получаемое из сильвинита, содержит 95 % KCl. Поэтому калийная руда подвергается переработке и обогащению с получением конечного продукта, соответствующего техническим условиям. Существует два способа обогащения хлорида калия - это флотационный и галургический методы. Основные физико-механические свойства руды: - плотность, г/см3 -2,06 - 2,08 - насыпной вес, г/см3 - 1,3 - 1,35

- массовая доля воды, % - 0,7 - 1,0

- угол естественного откоса - в покое, град. - 36 - 4

- твердость по шкале Маоса - 2

1.2 Физико-химические свойства продукта

Таблица 1 «Физико-химические свойства KCl»

2. Флотационный способ производства хлорида калия

2.1 Описание метода

Флотационный метод обогащения калийных руд внедрен в промышленность в 1963-1964 годах на первом Солигорском калийном рудоуправлении комбината «Белорускалий», содержание полезного компонента до 95%. Этот метод обогащения калийных руд менее сложен, чем галургический.

Флотация - широко распространенный способ обогащения полезных ископаемых отделением частиц пустой породы. Метод основан на различии смачивания поверхности твердых частиц водой. Для создания условий неодинаковой смачиваемости водой отдельных компонентов породы применяют разнообразные химические соединения - флотационные реагенты (флотореагенты). Они избирательно усиливают или ослабляют смачиваемость водой, а также прилипаемость к пузырькам воздуха взвешенных минеральных частиц. Внесенные в пульпу флотореагенты, называемые собирателями (коллекторами), адсорбируются поверхностью определенного минерала (минералов), образуя гидрофобный адсорбционный слой.

Гидрофобизированные частицы хлористого калия, смачиваемость которых ниже смачиваемости хлористого натрия, прилипают к пузырькам воздуха, поднимаются на поверхность пульпы в пену и удаляются вместе с ней. Хлористый натрий падает на дно аппарата.

Процесс флотации осуществляется во флотационных машинах, где пульпа перемешивается и насыщается воздухом, который диспергируется на мелкие пузырьки. По способу перемешивания и аэрации пульпы флотационные машины разделяются на механические, пневмомеханические и пневматические. Широкое применение имеют пневмомеханические флотационные машины, в которых перемешивание пульпы осуществляется одновременно импеллером и сжатым воздухом. Технологические схемы флотационного производства хлорида калия зависят от минерального и гранулометрического состава флотируемого сильвинита: содержания в нем примесей (глинистых шламов), размеров зерен компонентов и различаются методами обработки глинистых шламов.

В общем случае флотационный метод выделения хлорида калия из сильвинита включает следующие операции:

- измельчение сильвинитовой руды до размеров частиц 1-3 мм с последующим мокрым размолом до размера 0,5 мм;

- отделение глинистого шлама - тонкодисперсных глинисто-карбонатных примесей методами флотации, гидравлической классификации, или гравитации;

- флотационное разделение водорастворимых минералов руды (сильвина и галита) в присутствии собирателей (основная флотация);

- перечистная флотация полученного концентрата для удаления из него оставшихся примесей;

- обезвоживание концентрата методами сгущения и фильтрования с возвратом в процесс оборотного раствора;

- сушка влажного концентрата.

При содержании в калийной руде более 3 % нерастворимого осадка производится многостадийное механическое и флотационное обесшламливание. Для этого используются гидроциклоны, гидросепараторы-сгустители и флотационные машины. Для ускорения сгущения и осаждения шламов в пульпу добавляют специальные реагенты, вызывающие коагуляцию или флокуляцию, т.е. слипание мельчайших минеральных частиц и образование относительно крупных, быстро осаждающихся агрегатов. Для флотационного обесшламливания используются пневмомеханические флотационные машины, которые должны обеспечивать заданную объемную производительность. Для обеспечения обратной флотации в питание машин постоянно подается флокулянт, а камерный продукт обрабатывается реагентом депрессором, что позволяет флотировать шламы, а в камерный продукт отправлять сильвин

2.2 Технологическая схема производства хлорида калия флотационным методом

Рис1 Технологическая схема выделения хлорида калия из сильвинита флотационным методом.

Процессы мокрого размола и флотации проводят в среде солевых растворов, насыщенных водорастворимыми компонентами руды (сильвин и галит), что исключает их потери при производстве и позволяет организовать замкнутый циклический процесс. В качестве флотореагентов - собирателей на стадии отделения шлама используют реагент ФР-2 (продукт окисления уайт-спирита), на стадии основной флотации - вещества, способствующие гидрофобизации частиц сильвина: солянокислые соли высших (С10-С22) первичных аминов, а также высокомолекулярные углеводороды. После перечистной флотации требуется сгущать глинистые шламы и подвергать их противоточной промывке, однако трудности, связанные с разрушением пены, образующейся при шламовой флотации, затрудняют проведение этих операций, что приводит к значительным потерям хлористого калия с жидкой фазой.

Технологический процесс сушки калия хлористого сушильным аппаратом «кипящего слоя» состоит из следующих операций:

? сжигание топлива и получение теплоносителя с заданными параметрами;

? подача в сушилку теплоносителя и кека концентрата;

? сушка кека концентрата до заданной влажности;

? транспортирование готового продукта и отходящих газов;

? очистка отходящих газов от пыли KCl и NaCl, хлористого водорода, оксидов азота и углерода, паров флотореагентов и нейтрализация стоков мокрой стадии очистки.

3. Производство КCl галургическим методом из сильвинита

3.1 Описание галургичекого метода производства хлорида калия

Т.к. сильвинит представляет собой механическую смесь кристаллов сильвинита и галита, их разделение с целью получения КCl возможно как механическими методами (флотация), так и физико-химическими (растворением и раздельной кристаллизацией). Метод растворения и раздельной кристаллизации называют также галургическим или химическим. Галургический метод переработки сильвинитовых руд впервые был освоен калийной промышленностью в 1861 году и до настоящего времени находит широкое применение на калийных предприятиях.

Технология производства хлористого калия галургическим способом включает в себя следующие стадии

Добыча сырья (сильвинита) подземным комбайновым способом.

Дробление сильвинита.

Растворение молотого сильвинита горячим растворяющим щелоком с целью получения раствора с высокой степенью насыщения по КСI при одновременном максимальном выщелачивания КСI из сильвинита.

Обезвоживание галитового отвала.

Осветление горячего насыщенного раствора от солевого и глинистого шлама и вывод сгущенной суспензии глинисто-солевого шлама из технологического процесса.

Кристаллизация хлористого калия на установке с получением продукта требуемого качества и одновременной рекуперацией тепла, содержащегося в горячем насыщенном растворе.

Обезвоживание суспензии кристаллизата.

Сушка кристаллизата.

Сущность этого метода состоит в том, что хлористый калий выщелачивают из сильвинита горячим оборотным щелоком, а оставшийся невыщелоченный галит направляют в отвал. Полученный горячий крепкий щелок проходит очистку от солевого и глинистого шламов путем отстаивания. Из осветленного горячего щелока производят кристаллизацию КCl. Полученные кристаллы КCl отделяют от охлажденного маточного щелока, сушат и выпускают в качестве продукта, а маточный раствор (щелок) после подогрева возвращают на выщелачивание новых порций КCl. Производство хлористого калия галургическим методом (растворения-кристализации) основано на различной зависимости растворимостей хлористого калия и хлористого натрия от температуры. При совместном растворении хлористого калия и хлористого натрия растворимость первого с повышением температуры резко возрастает, а растворимость хлористого натрия изменяется незначительно. Поэтому процесс растворения (выщелачивания) хлористого калия из сильвинита производится горячим насыщенным раствором (щелоком). На процесс выщелачивания хлористого калия из сильвинита оказывают влияние температура, состав растворяющего щелока, состав и степень измельчения (грансостав) сильвинита, количественное соотношение сильвинита и растворяющего щелока, взаимное направление движения твердой и жидкой фаз, конструктивная форма аппаратов (растворителей) и интенсивность перемешивания. Температурный режим растворения играет особую роль, так как с повышением температуры увеличивается содержание хлористого калия в растворе и, следовательно, степень извлечения его из исходного сырья. Оптимальная температура, при которой происходит более полное выщелачивание хлористого калия, в зоне растворения составляет 100-104 °С. Соответствующая этой температуре концентрация хлористого калия составляет 332 гр. / 1000 гр. Н2О (степень насыщения 0,95), концентрация хлористого натрия 274 гр. / 1000 гр. Н2О. При снижении температуры концентрация хлористого калия снижается, следовательно уменьшается выход хлористого калия с единицы объема перемешенного щелока. В процессе растворения в раствор быстрее переходит хлористый натрий, т.к. его содержание в руде составляет около 70 %. В дальнейшем по мере насыщения раствора хлористым калием, хлористый натрий выпадает в виде мелкого солевого шлама. Полученный горячий крепкий щелок проходит очистку от солевого и глинистого шламов путем отстаивания. Из осветленного горячего щелока производят кристаллизацию хлористого калия в вакуум-кристаллизационной установке. Полученные кристаллы хлористого калия отделяют от охлажденного маточного щелока, сушат и выпускают в качестве продукции, а маточный щелок после подогрева возвращают на выщелачивание новых порций хлористого калия. хлорид калий флотационный руда

3.2 Физико-химические основы переработки галургическим методом

Системы КCl - Н2О и NaCl - H2O можно рассматривать как подсистемы общей системы NaCl - КCl - H2O. Растворимость КCl в воде исследовалось неоднократно начиная с 1819 года (Гей-Люссак).Температура кипения насыщенного раствора КCl в воде (36,75% КCl) при давлении 1 атм 108 0С. Растворы с более высоким содержанием КCl, существующие при более высоких температурах, имеют равновесное давление водяного пара выше 1 атм. В системе NaCl-H2O при низких температурах существует кристаллогидрат NaCl-2H2O, который при + 0,15 анконгруэнтно плавится с превращением в NaCl и раствор.

Система КCl-Н2О Система NaCl-H2O

При повышении температуры от переходной до 30 0С растворимость NaCl практически остается неизменной (26, 3- 26, 5%), но при 300С наблюдается слабый излом. Начиная с этой температуры растворимость возрастает при увеличении Т в интервале до 2500С.Насыщенный раствор NaCl кипит (Р=1 атм.) при Т=108,80С.

Исследованиями фазовых равновесий в системе NaCl- КCl - H2O не обнаружено каких-либо новых фаз, кроме тех, которые имеются в системе КCl-Н2О и NaCl-H2O, поэтому ее относят к числу простых систем. Эвтоническими называют растворы, насыщенные одновременно более чем одной солью. Уменьшение растворимости одного вещества при увеличении концентрации другого (в одном и том же растворе) называют высаливанием. КCl и NaCl являются высаливателями по отношению друг к другу.

3.3 Технологическая схема производства хлорида калия галургическим способом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перед выщелачиванием сырую руду подвергают дроблению. На выщелачивание поступает сильвинитовая руда с размерами частиц 1-4 мм. Хлористый калий извлекают из сильвинита горячим (105-115єС) щелоком в шнековых растворителях. Маточный раствор, содержащийся в отвале, удаляют. Промытый отвал с содержанием 5-6% влаги и 2,5% KCl удаляют на солеотвал системой конвейеров.

Насыщенный горячий (97-107єС) щелок, полученный в отделении растворения, содержит 245-265 г/л KCl, 270 г/л NaCl и взвешенные солевые и глинистые частицы. Осветление щелока проводится в отстойнике-сгустителе 8. С целью ускорения осаждения добавляются реагенты (водный раствор полиакриламида). Солевой шлам непрерывно возвращается в растворитель 5, а глинистый шлам после обработки и промывки отправляют на шламохранилище.

Кристаллы KCl выделяются при охлаждении насыщенного раствора в многоступенчатой вакуум-кристаллизационной установке. Для получения крупных кристаллов температуру раствора снижают постепенно

4. Применение калия хлористого

4.1 В сельском хозяйстве

В сельском хозяйстве хлорид калия является очень распространенным удобрением. Широкое применение вещества возможно на любых почвах, и очень эффективно для корнеплодных и плодовых культур. Калийные удобрения представляют минеральные вещества для питания растений, повышают иммунитет культур к заболеваниям, улучшают вкус и вид плодов, а также хранение продуктов. Такие подкормки применяют вместе с азотными и фосфорными удобрениями. Кроме того, калий является эффективным средством против накопления радионуклидов цезия и стронция в растениях.

Применение калия хлористого в качестве удобрения растет с каждым годом. Россия входит в тройку крупнейших производителей данного вещества. Большая часть удобрений идет на экспорт. Калий применяется на всех почвах в соответствии с инструкцией по применению. Препарат хорошо растворяется в воде. Рекомендуется вводить удобрение в более влажную почву, чтобы осадками вымывался лишний хлор и не оказывал негативного воздействия на растения.

4.2 В медицине

В медицине калий имеет большое значение для человека в регулировании сердечного ритма и других функций организма. Фармакологическое действие хлорида калия достаточно широкое и применяется для производства большого количества препаратов. Для производства лечебно-профилактических солей используют хлористый калий, не обработанный реагентами-антислеживателями. Хлорид калия может выполнять роль поставщика ионов калия в клетки человеческого организма. Особенно важен калий для работы сердца. На основе хлористого калия создано множество медицинских препаратов, которые восполняют недостаток калия; способствуют транспорту аминокислот; активизируют клеточные ферменты; регулируют кислотно-щелочной обмен, работу ЦНС, клеточное давление, сокращение сердечной и скелетных мышц, синтез белка.

4.3 В промышленности

В промышленности хлористый калий используется в качестве основной части для производства комплексных минеральных удобрений и различных тукосмесей. Гранулированный хлористый калий используется для производства смешанных минеральных удобрений из трех элементов.В химической промышленности применяется для получения различных соединений калия, например, гидроксида калия, бертолетовой соли, углекислого калия; для изготовления синтетических каучуков и кожзаменителей. В пищевой индустрии -- это добавка Е508. Чаще всего KCl добавляют в пищевую соль для получения «Соли с пониженным содержанием натрия». Добавка Е508 применяется при изготовлении дрожжей; как желирующий компонент; для предотвращения слеживания сыпучих продуктов.

4.4 В других сферах

В других сферах хлористый калий применяется: в металлургии, в пиротехнике, фотографии, в текстильной, стекольной, мыловаренной, фармацевтической, целлюлозно-бумажной, кожевенной и многих других отраслях промышленности. Вещество включают в состав бертолетовой соли и едкого калия. Также вещество применяется для производства гидроксида калия, добавки Е508 и поваренной соли, для строительства и ремонта скважин (как компонент бурового раствора). Кристаллы чистого реактива используются для образования голограмм. Иногда используют для поверки бытовых дозиметров и счетчиков Гейгера, т.к. вещество создает радиационный фон примерно вдвое больше нормального. В США используется при смертной казни методом инъекций.

Размещено на Allbest.ru