Исследование процесса конверсии сульфата калия из хлорида калия Тюбегатанского месторождения и мирабилита Тумрукского месторождения



Для экспериментов использовали хлорид калия ДЗКУ, полученный флотационным методом из Тюбегатанского месторождения, следующего химического состава, масс. %: KCI — 98,23, NaCI — 0,77, Н₂О — 1,0 и очищенный мирабилит Темрюкского месторождения следующего химического состава, масс. %: Na₂SO_{4 —} 45,55, Н₂О — 54,45.

Опыты по конверсии сульфата калия проводили на лабораторной установке, состоящей из стеклянного кварцевого реактора с мешалкой и электрическим подогревом. Температуру конверсии в реакторе поддерживали с помощью контактного термометра ТК-300 с точностью ±1 °С. Скорость вращения и температура непрерывно регулировались.

Конверсию получения сульфата калия проводили в две стадии: I — превращение мирабилита, хлорида калия в глазерит и маточный раствор глазерита. II — взаимодействие получающегося в стадии I глазерита с KCI и водой с образованием сульфата калия.

Маточный раствор после первой стадии подвергали упариванию с целью извлечение из маточного раствора хлорида натрия [1].

На первой стадии конверсии взаимодействует мирабилит и хлорид калия с маточным раствором с образованием глазерита. Оптимальное время конверсии составляет 1 час. Температура первой стадии 50–60 °С. Результаты исследования показали, что при 50–60 °С входящая в состав мирабилита вода отделится, и мирабилит растворяется в виде ионов Na+ // SO42-– H2O.

Рис.1. Влияние Ж: Т на плотность (г/см³) суспензии глазерита

Рис. 2. Влияние Ж: Т на вязкость (мПа·с) суспензии глазерита

Таблица 1

Влияние Ж: Тна плотность (г/см³) суспензии глазерита

Ж: Т	Температура, °С
	20	40	60	80
0,6: 1	1,403	1,364	1,320	1,274
0,8: 1	1,316	1,277	1,238	1,194
1,0: 1	1,233	1,194	1,162	1,124
1,2: 1	1,160	1,122	1,087	1,056
1,4: 1	1,094	1,056	1,024	0,998

Таблица 2

Влияние Ж: Тна вязкость (мПа·с) суспензии глазерита

Ж: Т	Температура, °С
	20	40	60	80
0,6: 1	2,924	2,564	2,196	1,828
0,8: 1	2,510	2,168	1,830	1,489
1,0: 1	2,100	1,772	1,460	1,142
1,2: 1	1,686	1,385	1,104	0,811
1,4: 1	1,280	1,020	0,767	0,500

В расчетах вводимой на первой стадии воды нужно учитывать входящую в состав мирабилита H₂O. Это нужно для того, чтобы после конверсии получит насыщенный маточный раствор. Излишки воды приводят к ненасыщенности маточника и дополнительной расход тепловой энергии для упаривания.

Рис. 3. Влияние Ж: Т на плотность (г/см³) суспензии сульфата калия

После конверсии 60 минут при температуре 50–60 °С образовывается глазерит с химической формулой Na₂SO₄·3K₂SO₄. Глазерит образовался в виде белого порошка. Полученный глазерит извлекали с помощью фильтрации. Фильтрацию проводили в колбе Бунзена с помощью бумажного фильтра. Фильтруемость очень хорошая. Полученный после фильтрации глазерит сушили в сушильном шкафе.

Рис. 4. Влияние Ж: Т на вязкость (мПа·с) суспензии сульфата калия

Таблица 3

Влияние Ж: Тконверсии на плотность суспензии

Ж: Т	Температура, °С
	20	40	60	80
0,6: 1	1,444	1,409	1,372	1,340
0,8: 1	1,408	1,374	1,340	1,308
1,0: 1	1,374	1,342	1,308	1,277
1,2: 1	1,340	1,310	1,278	1,246
1,4: 1	1,307	1,276	1,244	1,212
1,5: 1	1,273	1,241	1,208	1,174

Маточный раствор после первой стадии упаривали с целью извлечение из маточника NaCI. В начале первой стадии при добавлении компонентов нужно рассчитать количество маточника, чтобы после фильтрации получали насыщений раствор с хлоридом натрия. Кроме того, трудно установит степень упаривания ненасыщенного маточного раствора. Это нужно, чтобы при упаривании извлечь максимальное количество чистого хлорида натрия и получить насыщенный маточный раствор глазерита. Степень упаривания маточного раствора после извлечения глазерита 29–42 % содержащейся воды.

Таблица 4

Влияние Ж: Тконверсии на вязкость суспензии

Ж: Т	Температура, °С
	20	40	60	80
0,6: 1	2,037	1,774	1,510	1,240
0,8: 1	1,922	1,645	1,388	1,118
1,0: 1	1,819	1,547	1,277	1,000
1,2: 1	1,716	1,440	1,162	0,880
1,4: 1	1,620	1,337	1,061	0,758
1,5: 1	1,523	1,250	0,959	0,642

Выбрана оптимальная температура 100 °С, при атмосферном давлении испарение воды в процентах должно составлять чуть ниже 39 %, чтобы получать чистый кристаллизат NaCI. Фильтрация должно проводиться при высокой температуре. Горячий раствор от испарения насыщен только NaCI, однако не KCI и не глазеритом. При охлаждении этого раствора достигается последовательное насыщение глазеритом и хлоридом калия. При охлаждении до температуры ниже 40 °С образуется суспензия из KCI, глазерита и незначительных количеств NaCI. Раствор насыщается глазеритом, KCI и NaCI, таким образом, имеет фактически такое же молярное соотношение, как и маточный раствор глазерита из стадии конверсии. Суспензию таким образом можно подавать в стадию конверсии.

Упаривание проводили при атмосферном давлении. Время упаривания при 100 °С составило 16 минут после кипения воды (35–39 %). Дальнейшее упаривание маточного раствора приводит к осаждению сульфатов, в особенности глазерита.

Во второй стадии взаимодействует полученный в технологической стадии I глазерит с хлоридом калия и водой, с образованием сульфата калия. Результаты исследования показывают, что оптимальная продолжительность конверсии составляет 30 минут. Температура второй стадии 25 °С.

Литература:

1. Самадий М.; Мирзакулов, Х. Ч.; Кучаров Б.; Джураева С. Технология получения сульфата калия конверсионным методом из мирабилита Темрюкского месторождения и хлорида калия Тюбегатанского месторождения. // Аналитик кимё фанининг долзарб муаммолари — 2010: III Республиканская научно-техническая конференция. ‑31–23 апреля 2010. — Термиз, — 2010. — С. 227–228.