Получение сульфата калия из низкосортной сильвинитовой руды ионообменным методом
Рахматов Элдор,
преподаватель кафедры химии Каршинского инженерно-экономического института, Республика Узбекистан.
Разрабатываемые калийные руды, в том числе руды среднеазиатских месторождений, представлены главным образом сильвинитами (КС1 + NaCl), которые служат сырьем для производства основного вида калийных удобрений — хлористого калия.
Однако введение калийных удобрений в форме хлоридов нежелательно. Агрохимические исследования показали, что калий в сочетании с различными анионами (SО4, NO3 и др.) оказывается более эффективным удобрением. В связи с этим для калийной промышленности особое значение приобретает задача переработки хлористого калия в сульфатные соли.
Существующие методы получения сульфата калия страдают сложностью технологической схемы, большими затратами энергии и обусловливают дороговизну получаемого продукта. Предлагается метод, сущность которого заключается в конверсии хлористого калия с наиболее дешевым сульфатом натрия путем ионообмена в динамических условиях.
Ионный обмен протекает в нейтральной среде, т. е. в среде, которую создают сами реагенты. Через промытую до нейтральной реакции колонку, содержащую иониты в определенной форме, пропускают раствор электролита определенной концентрации. Фильтрат подвергают анализу для определения в нем количества продукта обмена и проскочивших ионов.
В ионообменном процессе в динамических условиях при прохождении раствора электролита через слой катионита происходит обмен катионами между раствором и катионитом, а анионы исходного вещества, не вступая в реакцию с катионитом, проходят через колонку вместе с вытесненными ионами, которые являются продуктом обмена. При условии достаточной ионообменной емкости колонки продукт обмена до проскока выходит чистым и концентрация его в фильтрате близка или равна концентрации исходного пропущенного раствора.
Была поставлена задача, получит продукт обмена (K2SO4) в чистом виде.
Для проведения ионного обмена в динамических условиях приготовили колонку диаметром 26 мм, суженную книзу и снабженную зажимом. Нижняя часть колонки на 1-2 см была заполнена стеклянной ватой для удерживания зернышек ионита.
В колонку поместили 200 г воздушно-сухого катионита КУ-2. После набухания катионит обработали насыщенным раствором хлористого натрия, а для удаления примесей—10%-ным раствором соляной кислоты. Затем колонку промыли дистиллированной водой до нейтральной реакции промывных вод. Катионит перевели из Н+- в К+- форму пропусканием через колонку раствора хлористого калия. Полноту перевода ионита в К-форму определяли анализом исходного раствора и фильтрата. Для удаления из межзернового пространства раствора хлористого калия колонку промывали дистиллированной водой до исчезновения в фильтратах ионов хлора.
Через колонку, содержащую катионит в К+- форме, пропускали сверху вниз со скоростью 25 мл/мин при комнатной температуре растворы сульфата натрия. Ионообменный процесс протекал по схеме:
Na2SО4+2KR→2NaR + K2SО4.
Изменение концентрации ионов в фильтрате наблюдали, непрерывно отбирая пробы порциями по 100 мл, а в некоторых случаях - по 25 мл. Анализ отобранных проб на содержание ионов К+ и Na+ осуществляли пламенно-фотометрическим методом.
Для изучения выхода чистого продукта обмена (K2SO4) в зависимости от концентрации исходного раствора сульфат натрия брали разной концентрации (0,1-2,5 н.).
На рис. для примера показаны кривые обмена иона Na+ (1,25H) на ион К+в ионите с получением сульфата калия.
В фильтрате до проскока ионов Na+ во всех случаях (при пропускании 0,1-2,5 н. раствора Na2SО4) получены чистые растворы продукта обмена (K2SO4) с различными объемами.
При пропускании через колонку раствора сульфата натрия в исследованном нами пределе концентрации показатель обмена остается постоянным, равным 100%.
Основываясь на лабораторных исследованиях, можно получить чистый K2SO4 на укрупненной установке.
Литература
1. Геворгян А.М., Разматов Х.Б. и др. Определение природы анодных токов электроокисления 1-морфолино-4-метил-гексин-2-ола-4 в неводных растворах. Деп. В ГФНТИ ГКНТ РУз., № 1817 – Уз 93. 1993. – 7 с..
2. Лайтинин Г.Л. Химический анализ. М.: Химия. – 1966. – 314 с.
Поступила в редакцию 23.06.2017 г.