Методы получения нитрата калия конверсионным способом из нитрата натрия и хлористого калия

Методы получения нитрата калия конверсионным способом из нитрата натрия и хлористого калия

        Нитрат калия, азотнокислый калий (калиевая селитра, калийная селитра, индийская селитра и др.) – неорганическое соединение, калиевая соль азотной кислоты с формулой KNO3. В кристаллическом состоянии – бесцветное вещество, нелетучее, слегка гигроскопичное, без запаха. Нитрат калия хорошо растворим в воде. Практически не токсичен для живых организмов.

        Основное применение находит в пиротехнике (до XX века особенно широко, как компонент основного в то время взрывчатого вещества – дымного (чёрного) пороха) и как калий-азотное удобрение (очень удобное соединение двух обычно плохо сочетающихся при усваивании растениями элементов).

Нитрат калия также применяют при изготовлении дымовых шашек или дымного пороха, карамельного ракетного топлива (35% сорбита и 60% — нитрата калия); используется при производстве пиротехники.

Химическое соединение применяют в оптическом стекловарении для осветления хрусталя, придания прочности изделиям, в электровакуумной промышленности. Используют электролиз в лабораторных условиях для синтеза элементарного калия. Вещество применяют в металлургии, во время переработки никелевой руды.

Нитрат калия нашел применение в пищевой промышленности для консервации, код E252. При добавлении средства в пищевые продукты, обычно – в изделия из мяса, образуется нитрит калия, который оказывает выраженное антибактериальное действие. Также вещество применяют при производстве сыров, зубной пасты для чувствительных зубов

Лабораторно-исследовательские работы.

        Согласно изученным литературным данным было выполнено 1-й этап лабораторных исследований по получению нитрата калия конверсией нитрата натрия с хлористым калием. В качестве сырья использовалось нитрат натрия марки Б из установки нитрата натрия цеха АС-72М, а хлорид калия с АО «ДехканабадКалий» марки В.

        Процесс получения нитрата калия основывается на следующих стадиях:

1. Растворения хлорида калия в растворе нитрата натрия;
2. Конверсия нитрата натрия с хлорид калия;
3. Выпаривание;
4. Горячее фильтрование кристаллов хлорида натрия;
5. Осаждение кристаллов нитрата калия охлаждением маточного раствора;
6. Фильтрование (или центрифугирование) кристаллов нитрата калия;
7. Сушка кристаллов нитрата калия;
8. Рециркуляция маточного раствора.

По 1-му этапу лабораторных исследований нитрат натрия был взят сверх стехиометрии на 6 – 10% с избытком, с концентрациями 45,5; 50,0; 55,5; 62,5%-ные водные растворы.

Для проведения опыта приготавливали раствор нитрата натрия в заданных концентрациях. Процесс растворение нитрата натрия в воде – эндотермический. Раствор нитрата натрия нагревали до 90-100 0С до полного растворения кристаллов нитрата натрия. После чего добавляли заданное количество кристаллов хлорида калия по порциям.

Реакция конверсии протекает по следующей реакции:

NaNO3  + КСl   NaС1 + КNO3[pic 1]

Процесс конверсии проводили в постоянном перемешивание раствора и постоянном нагреве в интервале температур 100-110 0С.

Раствор начинает вскипать при температуре 115-116 0С. Согласно литературе [3,9] процесс доводили до температуры кипения раствора 120-122 0С. При этом в растворе наблюдалось осадок в виде кристаллов. Так как использовался флотационный хлорид калия цветом кристаллов красноватого оттенка, то и раствор приобрел слегка розовато-красный оттенок. Выделившиеся кристаллы хлорида натрия также имели смешанный оттенок цвета – белые и красные.

Согласно диаграмме (рис.2,3,4) растворимости, при упаривание раствора при 100 0С из раствора начнет выпадать кристаллы NaCl. При его охлаждении из раствора также начнет выпадать кристаллы нитрата калия, и состав выпавших кристаллов окажется двойной солями нитрата калия и хлористого натрия. Если при 100 0С отделить кристаллический NaCl и охладить раствор до температуры 25°C в твердую фазу выделяется только кристаллический KNO3.