Исследование термической устойчивости респлавов технического нитрата калия

Международный научно-исследовательский журнал  № 9(40)  Часть 2  Октябрь

Куликов М.А.

Кандидат химических наук,

Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехнического университета ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ РЕСПЛАВОВ ТЕХНИЧЕСКОГО НИТРАТА КАЛИЯ

Аннотация

Приведены результаты исследования скорости термического разложения промышленных образцов калиевой селитры. Показано влияние температуры и продолжительности нагрева на содержание в пробах нитрита калия, как основного продукта разложения нитрата калия. Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологических решений получения гранулированного продукта методом приллирования.

Ключевые слова: нитрат калия, термическая устойчивость, гранулирование, приллирование.

Kulikov M.A.

PhD in Chemistry, State National Research Politechnical University of Perm, Berezniki branch RESEARCH THE THERMAL STABILITY OF THE TECHNICAL POTASSIUM NITRATE MELTS

Abstract

The results of the study of the thermal decomposition rate of industrial designs potassium nitrate. The influence of temperature and heating time on the content in samples potassium nitrite, as the main product of potassium nitrate decomposition has been shown. The results can be used in the development of technological solutions for granulated product by prilling.

Keywords: potassium nitrate, thermal stability, granulation, prilling.

Одним из путей улучшения качественных показателей минеральных удобрений является их выпуск в гранулированном виде [1-5]. Гранулирование минеральных удобрений может осуществляться несколькими методами, например, окатыванием, прессованием, приллированием и другими [2]. Выбор того или иного метода будет определяться физико-химическими свойствами исходных материалов. Так, для гранулирования удобрений со сравнительно высокой температурой плавления (хлорид калия) используется метод прессования [6], а для более легкоплавких веществ (аммиачная селитра) используется метод приллирования [7].

Интересным соединением с точки зрения приллирования является калиевая селитра или нитрат калия. В настоящее время единственным производителем калиевой селитры в России является Березниковский филиал «Азот» АО «ОХК «УРАЛХИМ» [8], где нитрат калия выпускается в кристаллическом виде. В процессе хранения технический продукт заметно слеживается, что ухудшает его потребительские свойства. Для снижения слеживаемости его обрабатывают сульфонолом [9], также предложено использовать поташ [10].

Способ получения калиевой селитры в гранулированном виде был запатентован в 2008 году [11] и показывает принципиальную возможность его реализации в промышленном масштабе. Позднее процесс гранулирования расплава нитрата калия был детально изучен в работе [12].

Известно [1], что нитрат калия при нагревании выше температуры плавления (337 °С) разлагается по реакции

2 KNO3 = 2 KNO2 + O2 .

Таким образом, в гранулированном продукте может появиться нитрит калия, содержание которого в калиевой селитре не должно превышать 0,01 % [9]. Имеющиеся данные по термоустойчивости нитрата калия относятся, главным образом, к чистому веществу. В производственных же условиях приходится иметь дело с техническими продуктами. Примеси, которые в них содержаться, могут оказывать существенное влияние на скорость термического разложения KNO3. В связи с тем, что производство гранулированного нитрата калия является достаточно перспективным, весьма интересно оценить скорость термического разложения технической калиевой селитры.

Объектом исследования в представленной работе является техническая калиевая селитра марки Б со следующими показателями качества (таблица 1).

Таблица 1 - Качественные показатели калиевой селитры

Наименование показателя Норма Факт

Массовая доля (М. д.) KNO3, %, не менее 99,90 99,95

М. д. H2O, %, не более 0,20 0,18

М. д. NaCl, %, не более 0,017 0,014

М. д. K2CO3, %, не более 0,01 0,008

М. д. нерастворимого в воде остатка, %, не более 0,01 0,007

М. д. KNO2, %, не более 0,01 0,0015

М. д. солей Ca и Mg в пересчете на Ca, %, не более 0,002 0,002

М. д. Fe, %, не более 0,005 0,00015

Для оценки степени разложения нитрата калия проведена серия опытов, сущность которых заключалась в плавлении образцов калиевой селитры в муфельной печи при температуре 350 °С. Полученные расплавы выдерживали в муфеле при 350 °С в течение 5, 10 и 15 минут. После выдержки расплав выливали в фарфоровую чашку, охлаждали и анализировали на содержание нитрита калия. Аналогичные опыты проведены при температуре 380 °С, полученные результаты представлены на рисунке 1.

48

Международный научно-исследовательский журнал  № 9(40)  Часть 2  Октябрь

при различных температурах: 1 - 380 °С; 2 - 350 °С

Оценивая результаты проведенных опытов можно сделать вывод, что разложения нитрата калия при 350 °С практически не происходит, а при 380°С идет с незначительной скоростью, при этом содержание нитрита калия не превышает норму даже при выдержке в расплаве в течение 15 минут.

Литература

1. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. - Л.: Химия, 1989. - 352 с.

2. Классен П.В., Гришаев И.Г. Основные процессы технологии минеральных удобрений. - М.: Химия, 1990. - 304 с.

3. Кочергин С.А. Повышение эффективности производства сложных минеральных удобрений путем оптимизации процессов гранулирования и сушки: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Иваново, 2008. - 20 с.

4. Бабенко С.А., Семакина О.К., Бокуцова К.П., Лиханова О.В. Разработка технологии гранулирования органоминеральных удобрений на основе озерных сапропелей. - Известия Томского политехнического университета, 2005. Т. 308. № 1. С. 119 - 122.

5. Назаров В.И., Макаренков Д.А. Гранулирование комплексных удобрений и реологические и физикохимические свойства компонентов. - Вестник Московского государственного областного университета, 2011. № 4. С. 143 - 148.

6. Калий хлористый - удобрения: Методы производства / ПАО «Уралкалий» - URL

http://www.uralkali.com/ru/buyers/production/methods/ (дата обращения 09.09.2015).

7. Производство аммиачной селитры в агрегатах большой единичной мощности / М.Е. Иванов [и др.]. - М.: Химия, 1990. - 288 с.

8. Активы // АО «ОХК «УРАЛХИМ» - URL http://www.uralchem.ru/rus/asset/azot/about/ (дата обращения

09.09.2015).

9. ГОСТ Р 53949-2010. Селитра калиевая техническая. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2011.

10. Способ предотвращения слеживаемости нитрата калия: пат. 2324652 Рос. Федерация / А.И. Суханов, Н.И. Бердичевский, А.П. Стародумов, С.В. Костюшева. № 2006145997/15; заявл. 26.12.2006; опубл. 20.05.2008. Бюлл. № 14. - 4 с.

11. Способ получения нитрата калия: пат. 2317255 Рос. Федерация / А.И. Суханов, С.Е. Макаров [и др.]. № 2006132939/15; заявл. 13.09.2006; опубл. 20.02.2008. Бюлл. № 5. - 4 с.

12. Таран Ю.А. Разработка и анализ процессов гранулирования расплавов с использованием экологически безопасных энергосберегающих схем: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Москва, 2011. - 24 с.

References

1. Pozin M.E. Tehnologija mineral'nyh udobrenij. - L.: Himija, 1989. - 352 s.

2. Klassen P.V., Grishaev I.G. Osnovnye processy tehnologii mineral'nyh udobrenij. - M.: Himija, 1990. - 304 s.

3. Kochergin S.A. Povyshenie jeffektivnosti proizvodstva slozhnyh mineral'nyh udobrenij putem optimizacii processov granulirovanija i sushki: avtoref. dis. ... kand. tehn. nauk. - Ivanovo, 2008. - 20 s.

4. Babenko S.A., Semakina O.K., Bokucova K.P., Lihanova O.V. Razrabotka tehnologii granulirovanija organo-mineral'nyh udobrenij na osnove ozernyh sapropelej. - Izvestija Tomskogo politehnicheskogo universiteta, 2005. T. 308. № 1.

S. 119 - 122.

5. Nazarov V.I., Makarenkov D.A. Granulirovanie kompleksnyh udobrenij i reologicheskie i fiziko-himicheskie svojstva komponentov. - Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo oblastnogo universiteta, 2011. № 4. S. 143 - 148.

6. Kalij hloristyj - udobrenija: Metody proizvodstva / PAO «Uralkalij» - URL

http://www.uralkali.com/ru/buyers/production/methods/ (data obrashhenija 09.09.2015).

49

Международный научно-исследовательский журнал  № 9(40)  Часть 2  Октябрь

7. Proizvodstvo ammiachnoj selitry v agregatah bol'shoj edinichnoj moshhnosti / M.E. Ivanov [i dr.]. - M.: Himija, 1990. - 288 s.

8. Aktivy // AO «OHK «URALHIM» - URL http://www.uralchem.ru/rus/asset/azot/about/ (data obrashhenija

09.09.2015).

9. GOST R 53949-2010. Selitra kalievaja tehnicheskaja. Tehnicheskie uslovija. - M.: Standartinform, 2011.

10. Sposob predotvrashhenija slezhivaemosti nitrata kalija: pat. 2324652 Ros. Federacija / A.I. Suhanov, N.I. Berdichevskij, A.P. Starodumov, S.V. Kostjusheva. № 2006145997/15; zajavl. 26.12.2006; opubl. 20.05.2008. Bjull. № 14. - 4 s.

11. Sposob poluchenija nitrata kalija: pat. 2317255 Ros. Federacija / A.I. Suhanov, S.E. Makarov [i dr.]. № 2006132939/15; zajavl. 13.09.2006; opubl. 20.02.2008. Bjull. № 5. - 4 s.

12. Taran Ju.A. Razrabotka i analiz processov granulirovanija rasplavov s ispol'zovaniem jekologicheski bezopasnyh jenergosberegajushhih shem: avtoref. dis. ... kand. tehn. nauk. - Moskva, 2011. - 24 s.

Куликов М.А.

Кандидат химических наук,

Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехнического университета ПОЛУЧЕНИЕ НИТРАТА КАЛИЯ ИЗ ФЛОТАЦИОННОГО ХЛОРИДА КАЛИЯ

Аннотация

Исследована возможность замены галургического хлорида калия на флотационный в производстве калиевой селитры. Представлены результаты лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний по получению конверсионных растворов. Установлено, что качество продукта, получаемого из флотационного хлорида калия, соответствует требованиям нормативной документации.

Ключевые слова: калиевая селитра, флотационный хлорид калия, конверсионные растворы, технологический режим.

Kulikov M.A.

PhD in Chemistry,

State National Research Politechnical University of Perm, Berezniki branch POTASSIUM NITRATE PRODUCTION FROM FLOTATION POTASSIUM CHLORIDE

Abstract

The possibility of replacing halurgy potassium chloride on flotation potassium chloride in the potassium nitrate production has been investigated. The results of laboratory and pilot tests for conversion solution production have been presented. It has been found that the quality of the product resulting from the flotation ofpotassium chloride meets regulatory documentation.

Keywords: potassium nitrate, flotation potassium chloride, conversion solutions, operating practices.

Нитрат калия (калиевая селитра, KNO3) широко применяется в различных отраслях промышленности, а также в качестве ценного минерального удобрения. При этом, несмотря на свои свойства, KNO3 весьма ограниченно используется в сельском хозяйстве в виду его высокой стоимости, обусловленной, в первую очередь, стоимостью сырья, а именно хлорида калия [1]. Еще одним фактором, влияющим на стоимость калиевой селитры, является ограниченность отечественных производителей этого удобрения. В настоящее время калиевую селитру в России выпускает всего одно предприятие - Филиал «Азот» АО «ОХК «УРАЛХИМ» в городе Березники [2]. Производство введено в эксплуатацию в 1982 году и на сегодняшний день нуждается в серьезной реконструкции [3].

Наиболее распространенным способом получения нитрата калия является конверсия хлорида калия растворами солей азотной кислоты [4,5]. В Филиале «Азот» АО «ОХК «УРАЛХИМ» в городе Березники реализован способ производства нитрата калия обменным разложением солей по реакции:

NaNO3 + KCl ^ NaCl + KNO3 .

Температура процесса очень сильно влияет на состояние равновесия данной системы, что накладывает свои ограничения на ведение технологического процесса. В качестве калийной компоненты используется галургический хлорид калия.

Для облагораживания продукта предложено использовать поташ [6] и выпускать нитрат калия в гранулированном виде [7].

В настоящее время производство хлорида калия развивается преимущественно в направлении флотационного разделения сильвинита. В будущем это может привести к дефициту галургического хлорида калия, что отрицательно скажется на производстве нитрата калия.

Целью данной работы является исследование возможности замены галургического хлорида калия на флотационный.

Работа проводилась в два этапа. На первом этапе проведены сравнительные лабораторные испытания по получению конверсионного раствора (KCl + NaNO3) из флотационного и галургического хлорида калия. Качественные показатели образцов хлорида калия представлены в таблице 1.

50