Получение нитрата калия

Нитрат калия (калийная селитра) применяют в пищевой промышленности как консервант, в производстве чёрного пороха и пиротехнических составов, а также как бесхлорное калийно-азотное удобрение.

Теоретические основы

Нитрат калия получают конверсионным способом — обменной реакцией между нитратом натрия и хлоридом калия:

\mathrm{NaNO_3 + KCl \rightleftarrows KNO_3 + NaCl}

Исходные соли не имеют общего иона, поэтому вместе с водой они образуют четырёхкомпонентную взаимную систему:

\mathrm{K^+,\ Na^+ \parallel Cl^-,\ NO_3^-,\ H_2O} \qquad (\mathrm{KCl - NaNO_3 - H_2O})

Реакция обратима, и в растворе одновременно присутствуют все четыре соли. Разделить их позволяет разная зависимость растворимости от температуры:

растворимость $\mathrm{NaCl}$ с температурой почти не меняется — в горячем концентрированном растворе это наименее растворимая соль, и при 100 °C в осадок выпадает именно она;
растворимость $\mathrm{KNO_3}$ при охлаждении резко падает — из раствора, освобождённого от хлорида натрия, при 25 °C кристаллизуется нитрат калия.

Так равновесие обменной реакции смещают вправо, поочерёдно выводя из раствора оба продукта, — это пример политермической кристаллизации. Диаграмму состояния системы изображают в виде квадрата, вершины которого отвечают четырём солям; на него наносят изотермы 25 и 100 °C и по ним рассчитывают цикл.

Сырьё

Хлорид калия получают из сильвинита. Нитрат натрия получают из отходящих (нитрозных) газов производства азотной кислоты, поглощая оксиды азота раствором соды:

\begin{aligned} \mathrm{NO + NO_2 + Na_2CO_3} &= \mathrm{2NaNO_2 + CO_2} \\ \mathrm{2NO_2 + Na_2CO_3} &= \mathrm{NaNO_2 + NaNO_3 + CO_2} \end{aligned}

Поэтому технический нитрат натрия содержит примеси нитрита и соды.

🙏 Если вам нравится сайт, подпишитесь на наш 🔗 Телеграм-канал.

Технологическая схема

№	Аппарат	Что происходит
1	Реактор с обогревом	$\mathrm{KCl}$ , $\mathrm{NaNO_3}$ и воду смешивают и «варят» около 100 °C при перемешивании
2	Фильтр	от горячего раствора отделяют кристаллы хлорида натрия
3	Приёмный бак	раствор очищают от примесей, добавляя нитрат аммония
4	Кристаллизатор	раствор охлаждают до 25 °C, кристаллизуется нитрат калия
5	Фильтр	кристаллы отделяют от маточного раствора, который возвращают в цикл
6	Сушилка	продукт сушат горячим воздухом

Примеси, которые могут остаться в растворе, — сода и нитрит натрия — удаляют нитратом аммония:

\begin{aligned} \mathrm{Na_2CO_3 + 2NH_4NO_3} &= \mathrm{2NaNO_3 + (NH_4)_2CO_3} \\ \mathrm{NaNO_2 + NH_4NO_3} &= \mathrm{NaNO_3 + N_2\!\uparrow + 2H_2O} \end{aligned}

Чистота продукта — около 96 %. Чтобы получить более чистую соль, растворение и кристаллизацию повторяют (перекристаллизация) — для этого стадии 4 и 5 проходят второй раз.

Производство хлорида калия Получение соды аммиачным способом