Производство хлорида калия

Хлорид калия — калийное удобрение и сырьё для получения других солей калия, например нитрата калия.

Сырьё

Минерал	Состав
Сильвинит	$\mathrm{KCl \cdot NaCl}$ (смесь сильвина и галита)
Карналлит	$\mathrm{KCl \cdot MgCl_2 \cdot 6H_2O}$

Основное сырьё — сильвинит, содержащий кроме хлоридов калия и натрия примесь глины. Задача производства — разделить две очень похожие соли. Для этого есть два способа: флотация и галургия.

Флотационный способ

Разделение основано на разной смачиваемости частиц: с помощью реагентов-собирателей частицы нужного минерала делают гидрофобными, они прилипают к пузырькам воздуха и всплывают в пену. Процесс ведут в насыщенном растворе солей, чтобы соли не растворялись.

Коллективная флотация. Измельчённую руду ( $\mathrm{KCl \cdot NaCl}$ и глина) отделяют от глины. Флотореагент — ФР-2; для осаждения глинистого шлама добавляют полиакриламид. Глина уходит в хвосты.
Селективная флотация. Смесь солей разделяют с помощью собирателя — солянокислого октадециламина $\mathrm{C_{18}H_{37}NH_2 \cdot HCl}$ , который закрепляется на кристаллах $\mathrm{KCl}$ . Хлорид калия уходит в пену, хлорид натрия остаётся в хвостах.

Достоинства	Недостатки
процесс идёт при низких температурах	низкая чистота продукта
легко поддаётся автоматизации	большое количество хвостов

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

Галургический способ

Галургия — разделение солей растворением и кристаллизацией. В основе способа лежат свойства тройной системы $\mathrm{KCl - NaCl - H_2O}$ : растворимость $\mathrm{KCl}$ при нагревании сильно растёт, а растворимость $\mathrm{NaCl}$ почти не меняется.

Диаграмма растворимости KCl–NaCl–H₂O в прямоугольных координатах: изотермы 25 и 100 °C с эвтоническими точками E₂₅ и E₁₀₀; точка S — состав сильвинита, a — маточный раствор, n — смесь раствора с сильвинитом

На диаграмме вершина прямого угла — вода, по осям отложено содержание $\mathrm{KCl}$ и $\mathrm{NaCl}$ . Для каждой температуры изотерма растворимости состоит из двух ветвей, пересекающихся в эвтонической точке $E$ — это раствор, насыщенный обеими солями. Поле $K - \mathrm{KCl} - E_{100}$ двухфазное: это поле кристаллизации $\mathrm{KCl}$ , в нём раствор находится в равновесии с кристаллами хлорида калия.

Цикл состоит из двух операций.

1. Кристаллизация. Раствор состава $E_{100}$ насыщен при 100 °C обеими солями. При охлаждении до 25 °C точка $E_{100}$ оказывается в поле кристаллизации хлорида калия, и он начинает кристаллизоваться; хлорид натрия при этом остаётся в растворе. Состав раствора смещается в точку $a$ — получается маточный раствор.

2. Растворение. Маточный раствор снова нагревают до 100 °C. Теперь он не насыщен по хлориду калия, и, если привести его в соприкосновение с твёрдым сильвинитом (точка $S$ ), из сильвинита начнёт растворяться $\mathrm{KCl}$ . Хлорид натрия не растворяется — по нему раствор насыщен — и остаётся в осадке. Раствор возвращается к составу $E_{100}$ , и цикл повторяется.

Соотношение между количествами сильвинита и раствора находят по правилу рычага. Смесь раствора $a$ с сильвинитом $S$ изображается точкой $n$ на отрезке $aS$ :

\frac{m_\text{сильвинита}}{m_\text{раствора}} = \frac{an}{nS}

Выход за один цикл невелик: из 100 г раствора кристаллизуется всего около 9 г $\mathrm{KCl}$ . Поэтому процесс и строят как замкнутый цикл с большим количеством циркулирующего раствора.

Схема производства

Схема галургического производства KCl: 1 — шнековый растворитель, 2 — приёмный бункер с отводом NaCl, 3 — теплообменник, 4 — вакуум-фильтр, 5 — нагреватель, возвращающий раствор в аппарат 1

Шнековый растворитель («мясорубка»): измельчённый сильвинит перемешивается с горячим раствором.
Приёмный бункер: от горячего раствора отделяют нерастворившийся $\mathrm{NaCl}$ .
Трубчатый теплообменник: раствор охлаждается до 25 °C, кристаллизуется $\mathrm{KCl}$ .
Барабанный вакуум-фильтр: отделяют выпавший хлорид калия.
Нагреватель (такой же трубчатый теплообменник): оставшийся маточный раствор нагревается до 100 °C и возвращается в растворитель.

Получение нитрата калия