Способы производства сульфата калия

Сульфат калия: способы получения и химические свойства

Сульфат калия K₂SO₄ — соль щелочного металла калия и серной кислоты. Белый, термически устойчивый. Хорошо растворяется в воде (гидролиза нет).

Относительная молекулярная масса Mr = 174,26; относительная плотность для тв. и ж. состояния d = 2,662; t_пл = 1074º C; t_кип > 2000º C

Способ получения

1. В результате взаимодействия при надпероксида калия и серы образуется сульфат калия:

2. Оксид калия реагирует с оксидом серы. В результате реакции образуется сульфат калия:

K₂O + SO₃ = K₂SO₄

3. В результате реакции между гидроксидом калия и серной кислотой происходит образование сульфата калия и воды:

4. Гидросульфат калия при 240 ºС разлагается с образованием сульфата калия и серной кислоты:

5. При взаимодействии концентрированного гидроксида калия и гидросульфата калия образуется сульфат калия и вода:

6. Сульфат калия взаимодействует с хлоридом калия при 450–700º C с образованием сульфата калия и соляной кислоты:

7. Твердый хлорид калия реагирует с концентрированной серной кислотой в состоянии кипения. В результате реакции образуется сульфат калия и газ хлороводород:

8. При температуре выше 500º С твердый сульфид калия взаимодействует с кислородом, образуя сульфат калия:

Качественная реакция

Качественная реакция на сульфат калия — взаимодействие его с хлоридом бария, в результате реакции происходит образование белого осадка , который не растворим в азотной кислоте:

1. При взаимодействии с хлоридом бария , сульфат калия образует сульфат бария и хлорид калия:

Химические свойства

1. Сульфат калия может реагировать с простыми веществами :

1.1. Сульфат калия реагирует с углеродом при температуре 900º C. При этом образуются сульфид калия и угарный газ:

1.2. С водородом сульфат калия реагирует при температуре 600º C, в присутствии катализатора Fe₂O₃ с образованием сульфида калия и воды:

2. Сульфат калия вступает в реакцию со многими сложными веществами :

2.1. Сульфат калия взаимодействует с гидроксидами :

2.1.1. Сульфат калия реагирует с гидроксидом бария с образованием гидроксида калия и сульфата бария:

2.2. Сульфат калия может реагировать с кислотами :

2.2.1. При взаимодействии с концентрированной серной кислотой твердый сульфат калия образует гидросульфат калия:

2.3. Сульфат калия может взаимодействовать с оксидами :

2.3.1. Сульфат калия реагирует с оксидом серы (VI) . Взаимодействие сульфата калия с оксидом серы (VI) приводит к образованию пиросульфата калия:

2.4. Сульфат калия реагирует с солями :

2.4.1. Сульфат калия взаимодействует с хлоридом бария . При этом образуются хлорид калия и осадок сульфат бария:

Источник

Сульфат калия

(20 °C) 11.1 г/100 мл

(25 °C) 12 г/100 мл

(100 °C) 24 г/100 мл

Сульфат калия
Систематическое наименование	сульфат калия
Традиционные названия	сернокислый калий
Хим. формула	K2SO4
Состояние	белое кристаллическое вещество
Молярная масса	174.259 г/моль
Плотность	2.66 г/см³
Т. плав.	1069 °C
Т. кип.	1689 °C
Т. всп.	негорюч °C
Мол. теплоёмк.	131,4 Дж/(моль·К)
Энтальпия образования	−1437,7 кДж/моль
Растворимость в воде
Растворимость в остальных веществах	слабо растворим в глицерине, нерастворим в ацетоне, спирте, CS2
Кристаллическая структура	ромбическая
ГОСТ	ГОСТ 4568-95 ГОСТ 4145-74
Рег. номер CAS	7778-80-5
PubChem	24507
Рег. номер EINECS	231-915-5
SMILES
Кодекс Алиментариус	E515(i)
RTECS	TT5900000
ChEBI	32036
ChemSpider	22915
ЛД50	6600 мг/кг
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Сульфат калия — неорганическое соединение. Химическая формула K₂SO₄.

Содержание

История

Сульфат калия был известен с начала 14-го века, изучен Глаубером, Бойлом и Тахеусом. В 17 веке он был назван arcanuni или sal duplicatum — эти названия были для кислот и щелочных солей.

Нахождение в природе

В природе находится на месторождениях калийных солей. Присутствует в водах солёных озёр.

Физические свойства

Бесцветные кристаллы, ромбическая сингония (a = 0,742 нм, b = 1,001 нм, c = 0,573 нм, Z = 4, пространственная группа Pnam). При температуре выше 584 °C переходит в гексагональную модификацию (a = 0,5947 нм, c = 0,8375 нм, Z = 2, пространственная группа P6₃/mmc).

Хорошо растворим в воде, не подвергается гидролизу. Нерастворим в концентрированных растворах щелочей или в чистом этаноле.

Получение

Минеральные формы чистого сульфата калия относительно редки. Минерал арканит (англ. Arcanite ) состоит из чистого K₂SO₄, представляет собой белые или прозрачные кристаллы, встречается в Калифорнии (США).

Есть много минералов, содержащих соли калия:

Промышленные методы получения основаны на обменных реакциях KCl с различными сульфатами и в результате сульфат калия, как правило, сильно загрязнён побочными продуктами:

Наиболее чистый продукт получают, обрабатывая твёрдый хлорид калия концентрированной серной кислотой:

Прокаливанием с углём минерала лангбейнита:

В лабораторной практике применяют следующие методы:

Сульфат калия получается при нагреве сульфита калия до температуры в 600 °C:

Окисление серы бихроматом калия:

Взаимодействием сульфата аммония и гидроксид калия:

(NH₄)₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2NH₃↑ + 2H₂O

Химические свойства

Как соль двухосновной кислоты образует кислые соли:

Как все сульфаты взаимодействует с растворимыми соединениями бария:

Восстанавливается до сульфида:

С оксидом серы образует пиросульфат:

Применение

Основной потребитель сульфата калия — сельское хозяйство. Сульфат калия является ценным бесхлорным удобрением. Эффективность сульфата калия лучше проявляется на бедных калием дерново-подзолистых почвах гранулометрического состава и торфяных почвах. На черноземных почвах он применяется обычно под культуры, которые усваивают много калия и натрия (сахарная свёкла, подсолнечники, плодовые, для корнеплодов, овощей). На каштановых и серозёмных почвах используют в зависимости от вида культуры, технологии выращивания и содержания калия в почве. Сульфат калия намного эффективнее влияет на величину урожая и его качество, если его применять в комплексе с азотными и фосфорными удобрениями. На кислых почвах действие сульфата калия повышается на фоне использования извести.

Калий повышает содержание сахаров и витаминов в выращиваемой продукции, а подкормки в конце августа-сентября способствуют лучшему зимованию плодово-ягодным и декоративным деревьям и кустарникам. Используется на различных почвах, под все культуры, а также для комнатного и балконного цветоводства. Сульфат калия пригоден для всех способов внесения: основного (при перекопке почвы весной или осенью) и для подкормки в течение вегетационного периода.

Применяется в первую очередь под культуры, чувствительные к хлору (картофель, табак, лён, виноград, цитрусовые и др.). Наличие в удобрении сульфат-иона положительно влияет на урожай растений семейства крестоцветных (капуста, брюква, турнепс и др.) и бобовых, потребляющих много серы.

Также сульфат калия используется в производстве стекла, различных квасцов и других соединений калия, как флюс в металлургии. В Европейском союзе допущен в качестве использования как пищевая добавка E515.

Сведения о безопасности

Следующие действия сульфатом калия на части тела могут вызвать:

• Глаза: попадание пыли может вызвать механическое раздражение,
• Кожа: попадание на кожу может вызвать раздражение,
• Проглатывание: употребление в пищу больших количеств может вызвать раздражение желудочно-кишечного тракта,
• Вдыхание: при вдыхании может вызвать раздражение дыхательных путей,
• При хроническом употреблении сульфата калия: отравления могут возникать в редких случаях длительного воздействия.

Источник

Исследование процесса получения сульфата калия переработкой глазерита

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований по переработки глазерита, полученного взаимодействием флотационного хлористого калия с раствором сульфата натрия из природного мирабилита. Установлены оптимальные технологические параметры получения сульфата калия. Повышение мольного соотношения Na₂SО₄ : KCl в растворе глазерита приводит к некоторому увеличению К₂О, хлора и снижению сульфатов в составе твердой фазы. Однократная промывка твердой фазы холодной водой при Т:Ж = 1:1 приводит к снижению содержания Na₂О, хлора. Сульфат калия содержит (масс. %): K₂SO₄ — 98,44, Na₂SО₄ — 0,22, NaCl — 0,45, Н₂О — 0,89. Степень конверсии при этом составляет 86,65 % в пересчете на калий. Пульпы сульфата калия обладают приемлемыми реологическими свойствами и вполне транспортабельны.

ABSTRACT

The results of research on the processing of glaserite obtained by the interaction of flotation potassium chloride with a solution of sodium sulfate from natural mirabilite are presented. The optimal technological parameters for the production of potassium sulfate are established. An increase in the molar ratio of Na₂SO₄ : KCl in the glaserite solution leads to a slight increase in K₂O, chlorine, and a decrease in sulfates in the composition of the solid phase. A single washing of the solid phase with cold water at S:L = 1:1 leads to a decrease in the content of Na₂O and chlorine. Potassium sulfate contains (wt. %): K₂SO₄ — 98.44, Na₂SO₄ — 0.22, NaCl — 0.45, H₂O — 0.89. The degree of conversion is 86.65% in terms of potassium.

Potassium sulfate pulps have acceptable rheological properties and are quite transportable.

Ключевые слова: хлористый натрий, сульфат натрия, глазерит, сульфат калия, химический состав, реологические свойства.

Keywords: sodium chloride, sodium sulfate, glaserite, potassium sulfate, chemical composition, rheological properties.

Введение. В последнее время с выращиванием овощей методом гидропоники и капельного орошения сильно возрос спрос на бесхлорные калийные удобрения, к которым относятся сульфат, нитрат, фосфат калия, калимагнезия, калийно-магниевый концентрат [7, 8, 16].

Одной из основных и наиболее эффективных форм бесхлорных калийных удобрений является сульфат калия, что определяется высоким содержанием полезного компонента в пересчете на К₂О (48-50%), а также наличием иона SO₄ 2- , обеспечивающее питание растений серой [12].

Существуют многочисленные способы получения сульфата калия с использованием в качестве сырья природных калийных руд сульфатного типа, а также хлористого калия и различных сульфатсодержащих химических продуктов. Чаще всего сульфатные калийные удобрения получают из природного сырья – сульфатных калийных руд галургическим методом. Другой перспективный метод получения сульфата калия конверсионный – взаимодействием хлористого калия и сульфатсодержащего реагента [1-3, 6, 13].

Промышленное получение сульфата калия из природных сульфатных солей натрия освоено в Канаде. В США получают сульфат калия из глазерита и хлористого калия, добываемого из озера Серлз [12].

Узбекистан располагает большими природными запасами сырья для производства сульфата калия, в качестве которых можно использовать хлорид калия АО «Дехканабадский калийный завод», получаемого из сильвинита Тюбегатанского месторождения, мирабилит Тумрюкского месторождения, сульфаты натрия или аммония [4, 14, 15].

Однако до настоящего времени в Республике не разработаны приемлемые, непрерывные технологии и способы получения сульфата калия из приведенных местных сырьевых ресурсов.

В связи с выше изложенным, перед наукой и производителями республики стоит актуальная задача — разработка эффективной технологии получения сульфата калия на основе имеющихся сырьевых ресурсов Узбекистана, решение которой позволит обеспечить потребности внутреннего рынка в бесхлорных калийных удобрениях и увеличить экспортный потенциал республики.

Объекты и методы исследования. Наиболее приемлемым способом получения сульфата калия для условий республики является конверсионный метод, так как в этом случае можно использовать хлорид калия Тюбегатанского месторождения, а в качестве сульфатной составляющей сульфаты натрия или аммония, которые производятся в промышленных масштабах или мирабилит Тумрюкского месторождения.

Для исследований использовали флотационный хлористый калий АО «Дехканабадский калийный завод» состава (масс. %): KCl — 95,3; NaCl — 2,97; н.о. — 1,1; Н₂О — 0,43 и раствор сульфат натрия, полученный из природного мирабилита Тумрюкского месторождения при температуре 50 о С.

Технология получения сульфата калия состоит из двух стадий. На первой стадии проводили конверсию хлорида калия сульфатом натрия с получением глазерита и на второй стадии растворением глазерита в воде и введением хлористого калия.

Для получения глазерита использовали насыщенный, осветленный раствор сульфата натрия и кристаллический хлористый калий. По истечению заданного времени разделяли жидкую и твердую фазу путем фильтрования [9].

Химический анализ исходных, промежуточных и конечных продуктов проводили известными методами [5, 10, 11].

Результаты исследований и их обсуждение. Сульфат калия получали растворением полученного глазерита в воде с добавлением хлорида калия. Норму хлорида калия поддерживали исходя из мольного соотношения к сульфату натрия в глазерите. Т:Ж поддерживали 1:1 исходя из суммарной нормы глазерита и хлорида калия при температуре 30°С и продолжительности процесса 40 мин. Поэтому в дальнейшем при получении сульфата калия исходили из мольного соотношения Na₂SО₄:KCl. В таблице 1 приведены данные по составу получаемого сульфата калия из глазерита и маточного раствора.

С повышением мольного соотношения Na₂SО₄:KCl при получении сульфата калия от 1:0,8 до 1:2 при введении КС1 в раствор глазерита содержание К₂О увеличивается в твердой фазе с 45,43% до 47,10%, тогда как содержание сульфат ионов снижается с 51,3% до 48,1%, a Na₂О с 4,13 до 2,01%. С повышением исходного мольного соотношения содержание ионов хлора повышается с 1,10 до 2,30%, как и содержание влаги с 6,84% до 9,00%. Состав жидкой фазы обогащается К₂О, Na₂О, хлор-ионами и обедняется сульфат- ионами.

Таблица 1.

Влияние исходного соотношения хлорида калия и сульфата натрия, при получении глазерита, на химический состав сульфата калия и жидкой фазы

Мольное

Отношение

Химический состав твердой фазы

до промывки, масс. %

Химический состав жидкой фазы, масс. %

Промывку сульфата калия осуществляли на фильтре холодной водой при Т:Ж=1:1. Химический состав сульфата калия после промывки и состав промывных вод приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Влияние исходного соотношения Na₂SО₄:KCl и однократной промывки водой на химический состав сульфата калия и промывного раствора

Мольное отношение

Химический состав твердой фазы после промывки, масс. %

Химический состав промывного раствора, масс. %

Содержание К₂О сохраняется на уровне 53,05-53,47%, сульфат ионов — 54,62-54,24%, содержание Na₂О снижается с 0,46% при соотношении 1:0,8 до 0,15% при 1:2, тогда как содержание ионов хлора увеличивается с 0,20% до 0,50%, а содержание влаги колеблется в интервале 0,78-0,89%. Все это указывает на то, что с увеличением исходного мольного соотношения Na₂SО₄:KCl увеличивается чистота сульфата калия. Наилучшие результаты получены при мольном соотношении Na₂SО₄:KCl=l:l. При этом полученный продукт содержит (масс. %): K₂SO₄ — 98,44, Na₂SО₄ — 0,22, NaCl — 0,45, Н₂О — 0,89. Степень конверсии при этом составляет 86,65 % в пересчете на калий.

В таблице 3 приведены реологические свойства растворов при получении сульфата калия в зависимости от Т:Ж и температуры.

Таблица 3.

Реологические свойство пульп при получении сульфата калия

Плотность, г/см 3

Изменения плотности и вязкости пульп сульфата калия от Т:Ж и температуры носят аналогичный характер как и в случае пульп при конверсии хлорида калия сульфатом натрия. С увеличением доли жидкой фазы плотность снижается с 1,570 г/см 3 до 1,399 г/см 3 при 20°С и изменении Т:Ж от 0,6:1 до 2:1

Вязкость при этих параметрах снижается с 6,205 мПа-с до 5,691 мПа-с. С повышением температуры с 20 до 80°С плотность при Т:Ж= 1:1 изменяется с 1,500 г/см 3 до 1,408 г/см 3 , а вязкость с 5.987 до 2,912 мПа-с. Пульпы сульфата калия обладают приемлемыми реологическими свойствами и вполне транспортабельны.

Таким образом проведенные исследования показали принципиальную возможность получения сульфата калия из промышленного флотационного черта калия Тюбегатанского месторождения и сульфата натрия из мирабилита Тумрюкского месторождения. Для этого необходимо конверсию хлорида калия проводить при мольном соотношении KCl:Na₂SО₄=l:l при температуре 50°С и продолжительности 60 мин, полученный глазерит распульповывать в воде при Т:Ж=1:1, температуре 25-30°С и продолжительности процесса 40 мин. При этом получается сульфат калия состава (масс. %): К₂О – 46,05; SO₄ – 50,94; Na₂О – 3,22; С1 — 1,27, а после однократной промывки получается сульфат калия состава (масс. %): К₂О – 53,18; SO₄ – 54,46; Na₂О – 0,33; С1 -0,27; Н₂О – 0,89. Перекристаллизация сульфата калия позволяет снизить содержание хлора до концентрации менее 0,02%.

Список литературы:
1. Cui Yishun. Wujiyan gangye. Исследование приготовления сульфата калия двухстадийным методом. // Inorg. Chem. 2006. 38 № 3, C. 13-15. Библ 3. Кит.; рез. Англ.
2. Patent USA, № 6143271, C 01D 5/00. Process for producing potassium sulfate from potash and sodium sulfate: // Holdengraber Curt. № 09/152103 // Application 14.09.1998; Pub. 07.11.2000.
3. Бобоев А.Х, Самадий М.А., Усманов И.И., Мирзакулов Х.Ч. Исследование процесса переработки глазерита на сульфат калия. //Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2019. № 1 (58). URL:http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6834.
4. Бобокулова. О.С. Разработка технологии переработки сырьевых ресурсов озер Караумбет и Барсакельмес на гидроксид, оксид магния и сульфат натрия. Дисс. … канд. техн. наук, Ташкент, 2018. 113 с.
5. Бурриель – Марти Ф., Рамирес–Муньос Х. Фотометрия пламени. М., «Мир», 1972. 520 с.
6. Гончарик И.И., Шевчук В.В., Кудина О.А., Можейко Ф.Ф. Получение сульфата калия взаимодействием хлорида калия и сульфата кальция. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical series, 2017, no. 3, pp. 98-103.
7. Дормешкин О.Б., Воробьев Н.И. Производство бесхлорных водорастворимых комплексрых удобрений. Минск, БГТУ, 2006. 248 с.
8. Дормешкин О.Б., Новик Д.М., Шатило В.И. Универсальная технология получения бесхлорных водорастворимых комплексных удобрений из основе технических продуктов. Минск, Вестник ПНИПУ, 2018, № 4. — С. 163-172.
9. Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. — М.: Химия, 1971. — 440 с.
10. Крешков А.П. Основы аналитической химии. В 3-х т. Т. 2. Количественный анализ. — М.: Химия, 1965. — 376 с.
11. Методы анализа комплексных удобрений. // Винник М.М., Ербанова Л.Н. и др. – М.: Химия. 1975. – 218 с.
12. Обзор рынка сульфата калия в России и мире. Москва, 2016, 117 с. www/infomine/ru.
13. Патент № 2167815, РФ, Способ получения сульфата калия. МПК7 С 01 В 5/08. ОАО «Уралкалий». Сафрыгин Ю.С., Осипов Г.В., Букша Ю.В., Тимофеев В.И., Черепанова Т.И., Поликша А.М., Гнип В.А., Альжев И.А., Заявл. 17.03.2000; Опубл. 27.05.2001. Рус.
14. Патент РУз № IAP 04526. Способ переработки природных рассолов, содержащих хлориды и сульфаты натрия и магния / Туробжонов С.М., Мирзакулов Х.Ч., Асамов Д.Д., Халмуминов С.А., Кузнецова Ж.Н., Бардин С.В., Тоджиев Р.Р., Бобокулова О.С., Джураева Г.Х. Опубл. 2012. Бюл. №7.
15. Патент РУз № IAP 05794. Способ получения сульфата натрия. Х.Ч. Мирзакулов, И.И. Усманов, О.С. Бобокулова, Г.Э. Меликулова, И.Т. Шамшидинов. Опубл. 2019. Бюл. № 4.
16. Печковский В.В., Пинаев Г.Ф., Дзюба Е.Д. и др. Под общ. Ред. Печковского В.В. — 2-е изд. перераб. — Мн.: Выс. школа, 1978. — 304 с.

профессор Ташкентского химико-технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Источник