Курсовая работа по химии на тему Стадия растворения в ходе производства хлорида калия

В сельском хозяйстве широко применяются вещества, содержащие калий. Более того, соединения калия в изобилии находят применение в различных отраслях промышленности: текстильной, стекольной, мыловаренной, фармацевтической, целлюлозно-бумажной, кожевенной, химической, а также в черной и цветной металлургии. Внесение удобрений, помимо увеличения урожайности, способствует улучшению качества сельскохозяйственной продукции.
Калий играет ключевую роль в регулировании жизненных процессов, протекающих в растениях. Этот элемент выполняет несколько важных физиологических функций, включая влияние на углеводный обмен, синтез белка в зеленых растениях, регулирование активности других минеральных элементов питания, нейтрализацию органических кислот, активизацию ферментов, стимуляцию роста молодых растений и улучшение водного режима.
Хлористый калий (KCl) обычно производится в порошкообразной форме, полученной флотационным или галургическим методом. Продукт, полученный флотационным методом, обычно имеет разнообразную цветовую гамму от розовой до красной, в то время как продукт, полученный галургическим методом, представляет собой белый порошок.
Основное вещество продукта - хлорид калия KCl - обладает относительной молекулярной массой 74,55, плотностью 1,99 г/см3 при 20°C, температурой плавления 776°C, температурой кипения около 1500°C и стандартной молярной теплоемкостью (Сро) 51,29 Дж/(моль·К) при 25°C.
Гигроскопическая точка хлористого калия при 25°C, в зависимости от содержания примесей в продукте, колеблется в пределах 72-81% относительной влажности. Насыпная плотность хлористого калия, согласно практическим данным, варьируется в пределах 0,95-1,35 т/м3, а угол естественного откоса составляет приблизительно 25-30 градусов.
Хлористый калий, производимый в соответствии с предписаниями нормативно-технической документации, должен быть изготовлен, соблюдая следующие стандарты качества:
- Содержание K2O не ниже 60%, что соответствует содержанию основного вещества KCl не менее 95,0%. Эти параметры регламентированы в ГОСТ 4568-95 "Калий хлористый", марка "мелкий", 1-ый сорт, а также в СТО СПЭКС 001-98 "Калий хлористый, предназначенный для экспорта" с Изм.№ 1, марка "С", и ТУ 2184-041-00203944-2004 "Калий хлористый (экспортный)", марки "белый кристаллический стандарт" и "розовый кристаллический стандарт".
- Содержание K2O не менее 62%, что соответствует содержанию основного вещества KCl не менее 98,2%. Эти требования устанавливаются в ТУ 2184-072-00209527-2001 "Калий хлористый 98%" и ТУ 2184-041-00203944-2004 "Калий хлористый (экспортный)", марка "белый кристаллический стандарт".
Таким образом, соблюдение вышеуказанных стандартов обеспечивает высокое качество производства хлористого калия с различными массовыми долями K2O, что соответствует разнообразным требованиям отечественных и международных регулирующих органов.
Производство хлористого калия базируется на использовании сырья в виде сильвинитовой руды. В силу того, что сильвинит представляет собой смесь сильвина и галита, разделение этих компонентов для получения хлористого калия может быть осуществлено как физико-химическими методами, включающими растворение и последующую раздельную кристаллизацию, так и механическими способами, такими как флотация, гравитационная сепарация и электросепарация.
Метод, известный также как галургический или химический, основывается на различии в температуре растворения минералов, составляющих исходную руду. Процедура заключается в выщелачивании хлористого калия из сильвинита горячим оборотным щёлоком, а оставшийся невыщелаченный галит направляется в отвал. Полученный горячий крепкий щёлок проходит очистку от солевых и глинистых отходов путём отстаивания. Из промытого горячего щёлока производится кристаллизация хлористого калия. Сформированные кристаллы хлористого калия отделяются от исходного щёлока, подвергаются сушке и выпускаются в качестве готовой продукции, тогда как маточный щёлок, после подогрева, возвращается в процесс для выщелачивания новых порций хлористого калия.
Процедура приобретения хлористого калия с использованием галургического метода включает в себя последовательное осуществление следующих ключевых этапов:
1. Эксплуатация залежей сырья (сильвинита) с применением подземных комбайнов.
2. Фракционирование сильвинита.
3. Термическое растворение молотого сильвинита в раскаленном растворителе с целью создания высококонцентрированного раствора КСl с максимальным высвобождением КСl из сильвинита.
4. Обезвоживание галитового отхода.
5. Очистка горячего насыщенного раствора от солевого и глинистого осадка, с последующим удалением концентрированной суспензии глинисто-солевого осадка из технологического процесса.
6. Процесс кристаллизации хлористого калия на установке, обеспечивающей получение продукта необходимого качества и одновременно восстановление тепла, содержащегося в горячем насыщенном растворе.
7. Отвод воды из суспензии кристаллизированного продукта.
8. Сушка полученного кристаллизата.
Кроме того, в технологический комплекс по производству галургического хлористого калия включены секторы по подготовке реагентов, удалению отходов и выполнению погрузочно-разгрузочных операций.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА
Этот метод базируется на процессе выщелачивания хлористого калия из сильвинита при помощи горячего оборотного щелока. Нерастворенный галит (хлорид натрия) направляется в отвал, в то время как полученный горячий насыщенный щелок проходит очистку от солевых и глинистых шламов путем отстаивания. После этого происходит охлаждение очищенного горячего щелока. Кристаллизация КСl, которая возникает в результате этого процесса, связана с выраженными изменениями растворимости этой соли как в воде, так и в насыщенных растворах NaCl. Этот метод представляет собой уникальную комбинацию химических и физических процессов, опираясь на фундаментальные особенности растворимости соединений в различных средах.