61.05 ЗХТ

Таблиця 2.1. Результати визначення карбонатної твердості води

	Об’єм води для	Об’єм 0,1Н HCl, мл	Карбонатна	Середнє значення
	титрування, мл		твердість

Загальну твердість води визначають методом комплексометричного титрування в присутності спеціальних індикаторів — хромогеннів - в слабколужному середовищі, яке створює аміачний буферний розчин NH4OH і NH4Cl (аміачна суміш: 100 мл 20%-го розчину хлористого амонію змішують з 100 мл 20%-го розчину аміаку і доводять до об’єму 1000 мл).

У конічну колбу об'ємом 250 мл за допомогою піпетки переносять 50,0 мл досліджуваної води, додають 50 мл води дистильованої, додають 5 мл аміачного буферного розчину, перемішують і додають 5-6 крапель індикатора - водного розчину хромогену чорного (0,5 г. хромогену розчиняють в 20 мл аміачної суміші і додають 80 мл етилового спирту). При цьому проба набуває червоного забарвлення. Пробу, добре перемішуючи, повільно титрують 0,05 N розчином трилону Б до зміни кольору розчину від червоного до синього.

Результати оформляють в таблицю:

Таблиця 2.2. Результати визначення загальної твердості води

	Об’єм води для	Об’єм	0,05	н.	Загальна	Середнє значення
	титрування, мл	розчином	трилону		твердість,
		Б, мл			мекв/л

	Установка іонного обміну
	Іонообмінна колонка складається
	із скляної трубки довжиною близько
	50-60 см і діаметром 3-5 см, в нижній
	частині якої знаходиться скловата (3), а
	вище шар Na-катіоніту (2) висотою
	близько 40 см, залитий дистильованою
	водою (1). Колонка закінчується
	відводом з краном (4). Регенерація
	катіоніту проводиться за допомогою 5
	% розчину NaCl, який на протязі 2
	годин по краплям пропускають через
	колонку. Надлишок		NaCl видаляють
	промивкою катіоніта		дистильованою
	водою до повного зникнення іонів Cl-
	(витрачається	близько		1	л
Рис. 2.1. Установка іонного	дистильованої води).
обміну.

11

5. Обробка результатів експерименту

Карбонатну твердість води розраховують за рівнянням:

К	заг	=V1×N×1000
		V2	,	(2.1)

де V1 – об’єм кислоти, витраченої на титрування проби, мл; N - нормальна концентрація робочого розчину кислоти; V2 - об'єм води, взятої для дослідження, мл.

Загальну твердість води розраховують за формулою:

Т =V1×N×1000

заг	V2	(2.2)

де V1 - кількість трилону Б, витраченого на титрування, мл; N - нормальна концентрація робочого розчину трилону Б; V2 - об'єм води, взятої для визначення загальної твердості, мл.

5.1. Пом’якшення води фосфатним методом

Розраховують кількість тринатрійфосфату, необхідного для пом’якшення 0.5 л води. Для розрахунку використовують закон еквівалентів, тобто, на 1 мг.екв. загальної твердості води використовують 1 мг.екв. пом’якшувача. Пом’якшувач, як правило, береться з надлишком 10-15 % з врахуванням кількісного вмісту.

Приклад. Розрахувати необхідну для пом’якшення води об’ємом 0.5 л кількість Na3PO4 , якщо загальна твердість її складає 10.4 мекв/л, а чистота Na3PO4 — 95 %. Надлишок пом’якшувача повинен складати 15%.

Рішення. Маса 1 г.екв Na3PO4 = Mr/3 = 164/3 = 55 г. В 0.5 л води

міститься 5.2 мг.екв. солей твердості. Тобто, для осадження	5.2 мг.екв. солей
твердості необхідно 5.2 мг.екв. Na3PO4, або 5.2´55 = 286	мг Na3PO4. З
врахуванням надлишку та чистоті Na3PO4, отримуємо:
(286´1.15)/0.95 = 345 мг.

Наважку Na3PO4, взяту з точністю 0.01 г, розчиняють при інтенсивному перемішуванні в 0.5 л води, дають відстоятись і фільтрують через фільт, відкидаючи перші 5 мл фільтрату. Потім від фільтрату відбирають 100.0 мл води, вміщують в конічну колбу об’ємом 250 мл і визначають загальну твердість води комплекснометричним методом, використовуючи 0,005 N розчин трилону Б. Загальну твердість розраховують за формулою (2).

5.2. Пом’якшення води методом іонного обміну

Пом’якшення води відбувається на катіонообмінній колонці, заповненій Na-катіонітом, який знаходиться над шаром дистильованої води. Дистильовану воду спускають до поверхні катіоніту і додають воду для пом’якшення. Перші 100 мл води відкидають, оскільки це залишкова дистильована вода, далі збирають пропущену через катіоніт воду, додаючи, при необхідності нові порції в колонку. Відбирають 100,0 мл води, вміщують в конічну колбу об’ємом 250 мл і визначають загальну твердість води

12

комплекснометричним методом, використовуючи 0,005 N розчин трилону Б. Загальну твердість розраховують за формулою (2).

Результати оформляють в таблицю:

Таблиця 2.3. Результати визначення загальної твердості води після очистки методом іонного обміну.

	Об’єм води для	Об’єм	0,05	н.	Загальна	Середнє значення
	титрування, мл	розчином	трилону		твердість,
		Б, мл			мекв/л

Для всіх вимірювань розраховують стандартне відхилення за формулою:

	√
	n
s(x)=	∑(xi		−̄x)2	(2.3)
	i=1		,
		n−1

де xi - значення одного із вимірювань в серії х1, х2, …хі; ̄x - середнє значення в серії вимірювань; n - кількість вимірювань.

6.Контрольні питання

1.Перерахуйте операції промислової водопідготовки.

2.Класифікуйте воду по твердості. Які існують способи пом’якшення

води?

3.Як досягнути повного знесолювання води?

4.Що таке тимчасова і загальна твердість води?

5.По яким параметрам контролюють якість води?

6.Перерахуйте способи пом’якшення води.

7.Принцип дії іонообмінників.

8.Як регенерують катіонообміники?

9.Сутність хімічного методу пом’якшення води.

13

Лабораторна робота № 3 ОТРИМАННЯ КАЛІЮ ХЛОРИДУ ІЗ СИЛЬВІНІТУ

1. Мета роботи

Ознайомитися з методами отримання хлориду калію і практичним проведенням циклів переробки сильвініту галургійним методом.

2. Теоретична частина

Хлористий калій є концентрованим калійним добривом. Це біла кристалічна речовина, яка легко розчиняється у воді. Вміст поживної речовини K2O знаходиться на рівні 52-62%. Основною сировиною для виробництва хлористого калію є природні калійні солі (сильвініт та карналіт - солі з вмістом чистої речовини на рівні 12-15% з домішками солей натрію і магнію). Хлористий калій застосовують на будь-яких ґрунтах як основне добриво. Особливо ефективно при використанні під коренеплоди, картоплю, соняшник, плодові та інші культури. Калійні добрива, як правило, застосовуються в комплексі з азотними і фосфорними добривами. Крім збільшення врожайності, калійні добрива підвищують якісні характеристики вирощуваної продукції: це проявляється в підвищенні опірності рослин до захворювань, підвищенні стійкості плодів при зберіганні і транспортуванні, а також поліпшенні їх смакових і естетичних якостей.

Багато калійних добрив являють собою природні калійні солі, які використовують в сільському господарстві в розмеленому вигляді. Значна кількість хлору в таких калійних добривах негативно впливає на ріст і розвиток рослин, а вміст натрію погіршує фізико-хімічні властивості багатьох ґрунтів, особливо чорноземних, каштанових і солонцевих.

Калійні добрива поділяються на три групи:

1.Концентровані, що є продуктами заводської переробки калійних руд - хлористий калій, сірчанокислий калій, калійно-магнієвий концентрат, сульфат калію-магнію (калімагнезія);

2.Сирі калійні солі, що представляють собою розмелені природні калійні руди - каїніт, сильвініт;

3.Калійні солі, які одержують шляхом змішання сирих калійних солей з концентрованими, як правило з хлористим калієм - 30-ти і 40%-ні калійні солі.

Основним калійним добривом є хлористий калій. Вміст в ньому К2О

складає 63,2 %. Калій з дрібнокристалічної форми активно поглинається ґрунтом і стає недоступний рослинам. Тому для обробки ґрунтів застосовують крупно-кристалічний і гранульований види добрива, які також менше злежуються. Гранулят є високоякісним продуктом, який використовується, головним чином, в країнах, що застосовують більш передові методи удобрення ґрунту. Грануляція уповільнює всмоктування поживних елементів у ґрунт, що,

14

в свою чергу, продовжує дію добрив. В першу чергу, даний вид продукції використовується в сільськогосподарських цілях - або для безпосереднього внесення в ґрунт, або змішується з азотними і фосфатними добривами. Володіє найбільшою доданою вартістю в порівнянні з іншими видами калійних добрив, як правило поставляється на експорт на найбільш розвинені ринки. Рожевий хлористий калій має рожевий колір, виробляється як окремий стандартний продукт, рівень вмісту калію в якому дуже близький до грануляту. Випускається на флотаційних збагачувальних фабриках. Може використовуватися як для прямого внесення в ґрунт, так і для виробництва змішаних добрив. Також використовується в якості сировини для виробництва гранульованого хлористого калію. Білий хлористий калій має білий колір. Виробляється з сильвінітової руди. Білий хлористий калій в основному використовується для виробництва змішаних азотнофосфатнокалійних добрив.

Переробку сильвінітової і карналлітових руд на хлорид калію здійснюють:

1.Методом розчинення і роздільної кристалізації, основаної на різниці температурних коефіцієнтів розчинності сольових складових руди (цей метод називають ще тепловим або галургійним);

2.Механічним збагаченням породи, головним чином флотацією; гравітаційні методи при збагаченні калійних руд не знайшла широкого розповсюдження;

3.Комбінацією флотаційного збагачення з розчиненням і кристалізацією дрібних фракцій руди; такого роду схеми починають широко застосовуватися в останні роки в зарубіжній практиці;

4.Підземним вилуговуванням руди з подальшою переробкою розсолу випарюванням і кристалізацією; цей спосіб застосовується поки тільки в Канаді при переробці руди, що залягає на великій глибині.

2.1. Виробництво калію хлориду галургійним методом

Галургія (в перекладі з грецької – «соляна справа») включає вивчення складу і властивостей природної сольової сировини і розробку способів промислового отримання з нього мінеральних солей.

Виробництво хлориду калію з сильвінітової руди галургічним способом - розчиненням і роздільною кристалізацією - основане на різній розчинності у воді KCl і NaCl. Процес розчинення ведуть при 90-100 °С з наступним охолодженням розчину до 20-25 °С. У розчинах, насичених обома солями, з підвищенням температури від 20-25 до 90-100 °С вміст KCl зростає приблизно в 2 рази, а вміст NaCl – зменшується (див. табл. 3.1.). При охолодженні такого гарячого розчину буде кристалізуватися тільки KCl, а NaCl залишиться в розчині.

15

Таблиця 3.1. Розчинність хлоридів калію і натрію і сильвініту у воді при різній температурі.

Температура,		Кількість г солі
	Склад осаду		в 100 г води
°С
		NaCl		KCl
	KCl	–		26,96
25	NaCl	35,63		–
	KCl + NaCl	29,38		16,28
	(сильвініт)
	KCl	–		43,12
50	NaCl	36,50		–
	KCl + NaCl	29,09		22,03
	(сильвініт)
	KCl	–		49,70
75	NaCl	37,75		–
	KCl + NaCl
	(сильвініт)	27,87		29,06
	KCl	–		56,20
100	NaCl	39,40		–
	KCl + NaCl	27,39		35,16
	(сильвініт)

Ця властивість системи NaCl-КCl-Н2O використовується в циклічному процесі отримання КCl із сильвініту. Технологічний процес галургічного способу складається з дроблення сильвінітової руди, розчинення сильвініту гарячим лугом в розчинниках із шнековими мішалками і ковшовими елеваторами, охолодження (з метою кристалізації хлориду калію із освітленого насиченого розчину) і згущення в відстійниках. Потім згущена суспензія через проміжну мішалку подається на центрифуги.

Сушка відфільтрованого хлориду калію здійснюється на сушильних барабанах або в печах киплячого шару. Вміст хлористого калію в концентраті становить 95-98%, в галітових відходах 2,5-3,0%, вихід продукту 86,5-87,5%. Для виділення хлориду калію цей метод використовується ширше методу флотації, який базується на різній змочуваності речовин.

Таким чином, принципова схема отримання хлориду калію з сильвінітової руд за методом розчинення і кристалізації складається з наступних основних операцій:

1)вилуговування подрібненого сильвініту гарячим маточним розчином, отриманим кристалізацією КCl;

2)відділення гарячого розчину від відвалу (NaCl) і освітлення його;

3)кристалізація КCl охолодженням розчину;

16

4)відділення від маточного розчину кристалів КCl та сушка їх;

5)нагрівання маточного розчину і повернення його на розчинення КCl з нових порцій сильвініту.

2.2. Флотаційний спосіб виробництва хлориду калію

Флотаційний спосіб збагачення сильвінітової руди ведеться в насичених сольових розчинах. Він оснований на селективній гідрофобізації реагентами збирачами поверхні калійних мінералів, що створює умови для закріплення частинок на бульбашках повітря та вилучення їх у пінний продукт. Флотаційний метод переробки включає підготовчі операції по подрібненню і класифікації мінеральних зерен і по виділенню глинисто-карбонатних шламів (знешламлювання).

Кінцевий концентрат із вмістом KCl 95,3-96,2% проходить операції зневоднення і сушки. “Хвости флотації”, з вмістом KCl 2,5-3,0% після зневоднення передаються на солевідвал. Шламовий продукт після згущення і освітлення транспортується на шламосховище. Вилучення корисного компонента при флотаційному методі переробки становить 84-85%.

Флотаційне збагачення сильвінітової руди включає наступні основні операції:

1)дроблення і подрібнення руди;

2)попереднє видалення глинястого шламу з руди або його придушення в процесі основної флотації;

3)основна флотація з виділенням КCl в пінний продукт і наступною переочисткою отриманого концентрату;

4)переочистка глинистого шламу з метою зниження втрат КCl;

5)зневоднення хвостів, шламу і концентрату з поверненням в цикл оборотного розчину.

3.Завдання на виконання роботи

1.Ознайомитися з методами отримання хлориду калію і практичним проведенням циклів переробки сильвініту галургійним методом.

2.Розрахувати вихід калію хлориду після переробки сильвініту галургійним методом.

4. Експериментальна частина

Хімічні реактиви, посуд, обладнання

Обладнання: стакани ємністю 100 і 250 мл, мішалка; лійка для гарячого фільтрування або лійка Бюхнера; циліндр об’ємом 100, 150 і 200 мл; колба з пробкою об’ємом 150–200 мл; фарфорова ступка; сито з отворами 0,1–0,05 мм; ваги; сушильна шафа; термометр.

Реактиви: подрібнений сильвініт або штучна суміш еквівалентних

17

кількостей хлориду калію і натрію.

Опис лабораторної установки

Отримання хлориду калію здійснюється на лабораторній установці, схема якої наведена на малюнку.

Рис 3.1. Установка для отримання сильвініту: 1 – електродвигун; 2 – мішалка; 3 – стакан; 4 – термометр; 5

– гліцеринова баня.

Для розділення суміші сухих солей отримують спочатку розчин при заданій температурі, із якого потім охолодженням кристалізують хлорид калію. Маточний розчин, який залишився, насичений КCl і трохи недонасичений NaCl, знову нагрівають і використовують для розчинення нових кількостей вихідної суміші солей. Вихідний розчин отримують при неповному розчиненні сильвініту або гарячою водою або маточним розчином. Вихідний розчин отримують при неповному розчиненні сильвініту або гарячою водою або маточним розчином.

При відповідному співвідношенні між кількостями маточного розчину і сильвініту процес циклічного розділення сильвініту зводиться до трьох основних операцій (без врахування операції по відокремленню твердих солей): 1) вилуговування хлориду калію маточним розчином (або водою); 2) охолодження гарячого розчину, насиченого солями хлориду калію і натрію, до 25 °С з кристалізацією при цьому хлориду калію; 3) нагрівання відфільтрованого маточного розчину від 25 °С до, наприклад, 100 °С. В лабораторних умовах ця операція, за звичай, проводиться в стакані 3 об’ємом 150 - 200 мл, оснащеним скляною мішалкою 2 і термометром 4. Мішалка закріплюється на штативі за допомогою лапок. Пустий стакан 3 разом з мішалкою, до проведення досліду, зважують на технічних вагах. При нагріванні холодного розчину стакан поміщають в гліцеринову баню 5, а для охолодження гарячого розчину — в водяну баню з проточною водою.

Гарячий розчин відділяють від осаду на лійці для гарячого фільтрування або на лійці Бюхнера, використовуючи обладнання для вакуумного фільтрування на водоструменевому насосі. Для цього виймають мішалку із стакана, а вміст стакану швидко переносять на попередньо підготовлену лійку. Осад після фільтрування не промивають, оскільки хлориди калію і натрію розчинні у воді. Вихід солі в сухому вигляді визначають по вмісту води у

18

вологому осаді і у відповідності зі складом розчину визначають кількість солей, які знаходяться у розчині, що утримується осадом. По різниці між масою вологого осаду і масою розчину вираховують масу солі в осаді.

Порядок виконання роботи

Хлорид калію отримують із сильвініту. Розділення хлоридів калію і натрію базується на їх різній розчинності. Оскільки розчинність хориду калію, на відміну від хлориду натрію, різко зростає із підвищенням температури, відокремлення хлориду калію можна провести охолодженням гарячого насиченого розчину суміші солей.

В стакан для вилуговування хлориду калію вміщують 75 г розчину, який містить 12,5 % KCl и 18,5 % NaCl. Склад розчину відповідає складу маточного розчину, який отримується після кристалізації хлориду калію. Стакан вміщують в гліцеринову баню і нагрівають розчин до 100 °С.

Відважують 25 г сильвініту із вмістом 25 % KCl і 75 % NaCl або штучну суміш із відповідним вмістом KCl і NaCl. Коли температура досягне 100 °С, вносять в стакан відважену кількість сильвініту і продовжують нагрівання при перемішуванні, підтримуючи температуру близько 100 °С.

Розчинення солі проводять 30–40 хв. За цей час готують систему для фільтрування. Потім вилуговування припиняють і відокремлюють розчин від осаду на лійці гарячого фільтрування або вакуумній системі фільтрування. Суміш солей, яка залишилась, здають лаборанту.

Профільтрований розчин охолоджують на повітрі до кімнатної температури. Утворену після кристалізації сіль відокремлюють від рідини фільтруванням у звичайних умовах. Фільтрат збирають у попередньо підготовлений стакан (попередньо зважений), осад висушують і зважують.

Виходячи із кількості отриманого хлориду калію і кількістю взятого сильвініту розраховують вихід хлориду калію. Фільтрат можна використовувати для подальших розділень.

Кількість солей, які перейшли в розчин, визначають теоретичним шляхом на основі кількості взятої води і розчинності солей. Кількість хлориду калію розраховують на основі загальної маси отриманого осаду солей.

5. Обробка результатів експерименту

Результати оформляють у вигляді таблиці. Таблиця 3.2. Результати отримання калію хлориду.

Взято			Випало солей із
	Взято солей, г		розчину, г			Вихід
води, г						солі, %
	NaCl	KCl	NaCl		KCl

19

6.Контрольні питання

1.Назвіть властивості і сфери використання хлориду калію.

2.Які види хлориду калію випускаються? Дайте їм характеристику.

3.Які є види калійних добрив?

4.Чому для обробки ґрунтів використовують крупнокристалічні та гранульовані калійні добрива?

5.Що таке галургія?

6.Основні технологічні етапи галургічного способу отримання хлориду калію.

7.Принцип флотаційного збагачення сильвінітових руд.

8.Основні операції флотаційного збагачення флотаційних руд.

9.В чому відмінність методів отримання хлориду калію із сильвініту.

20