Введение

Вещества, содержащие калий широко применяются в повседневной жизни человека. Они в значительном количестве используются в текстильной, стекольной, мыловаренной, фармацевтической, целлюлозно-бумажной, строительной, химической промышленности, в черной и цветной металлургии, пиротехнике и других отраслях. Однако свыше 90 % калия, вырабатываемого в виде растворимых солей, применяют в сельском хозяйстве в качестве минеральных удобрений, поскольку калий наряду с азотом и фосфором – один из важнейших элементов, необходимых для повышения урожайности. Поэтому развитие калийной промышленности тесно связано с уровнем развития сельского хозяйства.

Мировая практика земледелия показала высокую эффективность применения минеральных удобрений, поэтому в настоящее время их производство – одна из ведущих отраслей химической промышленности. Современное мировое потребление минеральных удобрений составляет десятки миллионов тонн в год. Из этого количества на долю калийных удобрений приходится около 30 %.

Калий активно влияет на синтез углеводов и их перемещение к органам, принимает участие в других биохимических процессах, в частности, в дыхании. Он улучшает водный режим растений, поэтому они лучше переносят засуху и низкую температуру. Ионы калия влияют на обмен азотистых веществ. В случае его нехватки в клетках накапливается избыток аммиака, что может привести к отравлению и гибели растений. Дефицит калия обуславливает расщепление белков, которые снижают качество зерна, плодов и провоцируют развитие болезней. Во время роста зерновых культур калий способствует прочности стебля, что повышает устойчивость растений к вылеганию.

По легкости усвоения калия растениями различают водорастворимый калий, обменный (поглощенный) калий, то есть переходящий в почвенный раствор в результате ионообменных процессов, и необменный калий.

К водорастворимым соединениям калия относятся нитраты, сульфаты, хлориды, карбонаты и фосфаты калия. Наличие водорастворимого калия в почве мало, и составляет в среднем десять миллиграммов на килограмм почвы.

Водорастворимый калий представлен различными солями, растворенными в почвенной влаге (нитраты, фосфаты, сульфаты, хлориды, карбонаты калия), которые непосредственно усваиваются растениями. Содержание его в почве обычно незначительно и составляет в среднем десять миллиграммов на килограмм почвы.

Обменный калий составляет от 0,8 ­до 1,5 % мас. от общего содержания калия в почве. Ему принадлежит основная роль в питании растений. Хорошая доступность обменного калия для растений обусловлена способностью его при обмене с другими катионами легко переходить в раствор, из которого он усваивается растениями. При усвоении растениями калия из раствора новые порции его переходят из поглощенного состояния в почвенный раствор По мере использования обменного калия этот процесс все более замедляется, а остающийся калий все прочнее удерживается в поглощенном состоянии.

Необменный калий входит в состав безводных силикатов, из которых он извлекается растениями лишь частично и очень медленно.

Калий принадлежит к весьма распространенным химическим элементам. По содержанию в земной коре (около 2 %) он уступает только кислороду, кремнию, алюминию, железу, кальцию и натрию.

Наиболее широко применяемое калийное удобрение ­– хлористый калий. Он содержит от 57 до 60 % мас. К₂О. Это кристаллическая соль или гранулы белого или розового цвета. Имеет хорошие физические свойства, малогигроскопичная, не слеживается, легко рассеивается, хорошо растворима в воде. Но эта соль содержит в своем составе хлор и поэтому внесение его под некоторые сельскохозяйственные культуры нежелательно. Поэтому под эти культуры в качестве бесхлорных калийных удобрений чаще всего используют сульфат калия, который содержит

от 42 до 52 % мас. К₂О. Очень ценное бесхлорное удобрение, не гигроскопичное, не слеживается. Рекомендуют использовать на разных типах почв, под все культуры, особенно эффективно вносить под культуры, чувствительные к хлору, и под овощи в закрытом грунте. Однако это удобрение достаточно дорогое, что ограничивает его использование.

Данная курсовая работа посвящена изучению методов получения сульфата калия, выбору оптимального метода и дальнейшей его разработки.

1. Характеристика сульфата калия

Техническое наименование продукта – калий сернокислый, с химической формулой K₂SO₄. По внешнему виду он представляет собой бесцветные кристаллы ромбической сингонии (а = 0,742 нм, b = 1,001 нм, с = 0,573 нм, z = 4, пространственная группа Рпат). При температуре выше 584 ^оС устойчива гексагональная модификация (а = 0,5947 нм, с = 0,8375 нм, z = 2, пространственная группа Р63 / ттс) с плотностью 2,26 г / см³ и теплотой перехода – 8,0 кДж / моль. Сульфат калия образует четыре полиморфных модификации с температурами превращений 300, 350, 449, и 585 ^оС. Существует ряд кислых солей сульфата калия, температура плавления которых значительно ниже, чем у средней соли. Одним из ярчайших примеров является гидросульфат калия (KHSO₄). Он представляет из себя кристаллы ромбической сингонии (а = 0,840 нм, b = 0,979 нм, с = 1,893 нм, z = 16, пространственная группа Pbca). Температура плавления равна 222 ^оС, плотность равна 2,4 г / см³, энтальпия образования равна -1163,3 кДж / моль. Выше температуры плавления образует смесь К₂SO₄ и K₂S₂O₇. Хорошо растворяется в воде, не растворяется в ацетоне и этаноле.

Сульфат калия образует двойные соли, в том числе квасцы. Соли 2K₂SO₄ · Na₂SO₄ (глазерит), K₂SO₄ · MgSO₄ · 6Н₂О (шенит), K₂SO₄ · MgSO₄ · 4Н₂О (леонит), К₂SO₄ · 2MgSO₄ (лангбейнит), К₂SO₄ · MgSO₄ · 2CaSO₄ · 2Н₂О (полигалит) встречаются в природе в месторождениях калийных солей. Сульфат калия содержится также в водах соленых озер.

Основные физические и термодинамические свойства сульфата калия представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Основные физические и термодинамические свойства сульфата калия.

Температура кипения, ^оС	1069,00
Температура плавления, ^оС	1689,00
Мольная теплоемкость, Дж / (моль · К)	134,40
Энтальпия образования, кДж / моль	-1437,70
Мольная масса, г / моль	174,26
Плотность, г / см^3	2,66

Сульфат калия хорошо растворим в воде. Зависимость его растворимости от температуры приведена в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Растворимость сульфата калия в воде.

Температура, ^оС	0	20	40	60	80	100
Растворимость, г	7,33	11,15	14,79	18,2	21,29	24,10

Сульфат калия не подвергается гидролизу, не растворим в концентрированных растворах щелочей или в чистом этаноле.

По физико-химическим показателям продукт должен соответ­ствовать требованиям и нормам ГОСТ 4145 – 74, приведенным в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Химический состав сульфата калия.

Наименование показателя	Значение
	химически чистый (х.ч.) ОКП 26 2113 0993 10	чистый для анализа (ч.д.а.) ОКП 26 2113 0992 00	чистый (ч.) ОКП 26 2113 0991 01
Массовая доля сернокислого калия (K2SО4), %, не менее	99	98	97
Массовая доля нерастворимых в воле веществ, %, не более	0,005	0,010	0,020
Массовая доля аммонийных солей (NH4), %, не более	0,001	0,002	0,004
Массовая доля нитратов (NO3), %, не более	0,001	0,002	0,004
Массовая доля хлоридов (Сl), %, не более	0,0005	0,0010	0,0020
Массовая доля железа (F), %, не более	0,0002	0,0005	0,0010
Массовая доля мышьяка (As), %, не более	0,00005	0,00010	0,00040
Массовая доля натрия (Na), %. не более	0,05	0,15	0,15
Массовая доля кальция (Са), %, не более	0,005	0,010	0,020
Массовая доля тяжелых металлов (Рb), %, не более	0,0005	0,0010	0,0020
рН раствора препарата с массовой долей 5 %	от 5,5 до 8,0	от 5,5 до 8,0	от 5,5 до 8,0

Сульфат калия токсичен. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны составляет 10 мг / см³ по ГОСТ 12.1.005 –88, класс опасности – III (умеренно опасный). Помещения, в которых проводят работу с продуктом, должны быть оборудованы непрерывнодействующей приточно-вытяжной вентиляцией. При работе с сульфатом калия необходимо использовать индивидуальные средства защиты.

Сульфат калия применяют в качестве удобрения, в процессах получения квасцов и других соединений калия. Является компонентом шихты в производстве стекла.