CC BY
11
kuNiVERSUM:
№ 10 (103)_ЛД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_октябрь. 2022 г.
DOI -10.32743/UniTech.2022.103.10.14409
ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОКСИДА КАЛИЯ КОНВЕРСИОННО-ЭКСТРАКЦИОННЫМ СПОСОБОМ НА ОСНОВЕ МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Чавлиева Фарогат Бойбуриевна
базовый докторант, Институт общей и неорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Иномжонов Шохрух Эркин угли
инженер-химик ООО «Nika Pharma» Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: shoxrux445566@gmail.com
Туракулов Бехзод Бегматович
ст. преподаватель Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Эркаев Актам Улашевич
д-р техн. наук,
проф. кафедры «Химическая технология неорганических веществ» Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Кучаров Бахром Хайриевич
д-р техн. наук, доц.,
начальник лаборатории «Комплексные азотные удобрения и стимуляторы,
отдел супромолекулярные соединения», Академия наук Республики Узбекистан, Институт обшей и неорганической химии, Республика Узбекистан, г. Ташкент
OBTAINING POTASSIUM HYDROXIDE BY THE CONVERSION-EXTRACTION METHOD
BASED ON LOCAL MATERIALS
Farogat Chavlieva
Associate Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Shokhruh Inomjonov
Chemical engineer, «Nika Pharma» LLC, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Behzod Turakulov
Assistant professor of Tashkent Chemical Technology Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Библиографическое описание: ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОКСИДА КАЛИЯ КОНВЕРСИОННО - ЭКСТРАКЦИОННЫМ СПОСОБОМ НА ОСНОВЕ МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Чавлиева Ф.Б. [и др.]. 2022. 10(103). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14409
A UNiVERSUM:
№ 10 (1031_ЛД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_октябрь. 2022 г.
Aktam Erkayev
Doctor of Engineering Sciences, Professor, of the department "Chemical technology of inorganic substances" Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Bahrom Kucharov
Doctor of technical sciences, associate professor, Head of the laboratory "Complex nitrogen fertilizers and stimulants, Department of Supromolecular compounds", Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Institute of General and Inorganic Chemistry, Republic Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
Целью работы являлось исследование и разработка технологического процесса получения гидроксида калия конверсионно - экстракционным способом на основе местных материалов. Установлены оптимальные технологические параметры процесса. Исследован ряд физико-химических свойств получаемого продукта в зависимости от технологических параметров. Рекомендованы стадий принципиальной технологической схемы производства гидроксида калия на основе известкового молока и поташа.
ABSTRACT
The aim of the work was to research and develop a technological process for the production of potassium hydroxide by a conversion-extraction method based on local materials. The optimal technological parameters of the process have been established. A number of physicochemical properties of the resulting product have been studied depending on the technological parameters. The stages of the basic technological scheme for the production of potassium hydroxide based on milk of lime and potash are recommended.
Ключевые слова: известковое молоко, карбонат калия, карбонат кальция, гидроксид калия, каустификация, температура.
Keywords: milk of lime, potassium carbonate, calcium carbonate, potassium hydroxide, causticization, temperature.
Среди выявленных известных [1-6] способов получения и очистки гидроксида калия наибольший интерес представляют способы его очистки методом соосаждения. В качестве реагентов, применяемых для осаждения примесей, так называемых коллек -торов, в известных методах используют различные химические соединения.
В качестве таковых, например, используют карбонат кальция в виде извести, мела или мрамора с размером частиц 0.1-5 мм [7], оксид магния [8], основной углекислый магний. Недостатками данных способов очистки, прежде всего, является недостаточно высокая степень очистки, а также невозможность в одном процессе очистить гидроксид калия от значительной группы примесей, а не только от железа, кальция и магния [9].
Известен способ очистки раствора щелочи от примесей железа, кальция и магния [10]. Очистку данным известным способом осуществляют фильтрованием раствора щелочи при комнатной температуре через слой основного углекислого магния высотой 3-100 мм. Основным недостатком способа является невозможность в одном процессе очистить гидроксида калия сразу от нескольких примесей. Кроме того, известный способ не технологичен и не
экономичен, поскольку использование колонок с обрабатывающим агентом приводит к быстрому их загрязнению и выходу из строя [10].
Для повышения качества гидроксида калия предложен способ очистки его раствора, который включает обработку исходного продукта основным углекислым магнием. Для очистки раствора гидроксида калия используют основной углекислый магний, содержащий 0,1 - 0,5 мас.% солей лантаноидов, которые добавляют при перемешивании к очищаемому раствору. После этого реакционную массу подвергают микрофильтрации. Изобретение позволяет повысить чистоту получаемого продукта. Основным отличием данного способа является использование в качестве обрабатывающего агента (коллектора) основного углекислого магния, содержащего определенные количества солей лантаноидов. Введение этой добавки в основной углекислый магний в комплексе с другими компонентами обеспечивает повышение степени чистоты конечного продукта по ряду примесей и позволяет расширить число удаляемых примесей катионов металлов.
Экспериментальные данные показали образование в продуктах двух слоев (нижний и верхний) при повышении содержания воды.
№ 10 (103)
A UNI
/т те;
UNIVERSUM:
технические науки
октябрь, 2022 г.
Таблица 1,
Изотермы растворимости системы С2Н5ОН-КОН-Н2О при температурах
№ Соотношения Н2О : С2Н5ОН Температура, оС Содержание К2О в жидкой фазе, % Светопреломление, п при ^ р, г/см3
1. 100 : 0 - 3 39,55 1,4607 1,504
2. 0 41,11 1,4619 1,510
3. 20 44,35 1,4634 1,518
4. 40 47,94 1,4642 1,522
5. 60 50,10 1,4718 1,560
6 80 52,14 1,4747 1,575
7. 80 : 20 - 3 32,36 1,4427 1,430
8. 0 34,69 1,4391 1,410
9. 20 35,27 1,4446 1,455
10. 40 36,19 1,4449 1,470
11. 60 37,08 1,4570 1,480
12. 80 38,77 1,4668 1,535
13. 50 : 50 - 3 23,50 1,4231 1,350
14. 0 28,78 1,4087 1,240
15. 20 32,07 1,4220 1,340
16. 40 33,09 1,4391 1,410
17. 60 34,23 1,4430 1,440
18. 80 38,10 1,4510 1,475
19. 20 : 80 - 3 23,44 1,3840 1,100
20. 0 23,93 1,3890 1,105
21. 20 25,33 1,3970 1,070
22. 40 26,47 1,4030 1,074
23. 60 28,85 1,4070 1,077
24. 80 30,96 1,4180 1,153
25. 0 : 100 - 3 30,25 1,3950 1,068
26. 0 32,05 1,403 1,092
27. 20 34,36 1,4007 1,097
28. 40 35,97 1,4002 1,073
29. 60 37,11 1,3930 1,064
30. 80 38,28 1,3810 1,055
В наших исследованиях для получения гидрок-сида калия исходными материалами служили поташ (К2СО3), синтезированный из хлорида калия АО "Дехканабадский калийный завод" и извести, полученной обжигом известняка Джамансайского месторождения Республики Каракалпакстан в ООО "Кунградский содовый завод", а также этиловый спирт квалификации "ХЧ".
После окончания процесса конверсии в пульпу добавляли спирт и образующаяся суспензия на лабораторной фильтровальной установке разделялась на жидкую (спиртовый раствор КОН) и твердую (осадок СаСОз) фазы. Соотношение пульпа: спирт было
выбрано так, чтобы соотношение Н2О : спирт находилось в пределах 0,25.
По данным табл 1. светопреломление колеблется в пределах 1.3810-1.4747. С повышением температуры оно повышается на 0.0010-0.0020, а со снижением соотношения ШО:спирт-уменьшается. Например, при соотношениях Н2О: спирт 50:50 и 20:80 и температуре 40 0С светопреломление составляет 1.4030 и 1.4070 соответственно (табл 1,2.).
Анализ химического состава верхнего (в.с) и нижнего (н.с) слоев показывает, что содержание СаО и СО2 в нижнем слое больше, чем в верхнем.
А иЫ^ЕВЗиМ:
№ 10 (1031_ЛД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_октябрь. 2022 г.
Поэтому желательно увеличить соотношение в.с:н.с., а это, достигается с поддержанием соотношения ШО:спирт менее 0.25.
Рисунок 1. Плотность жидкой фазы в зависимости от соотношения Н2О: спирт и температуры
Таблица 2.
Химический состав системы С2Н5ОН-КОН-Н2О по слоям
Соотношения ШО:С2ШОН Соотношения в*с/н*с Состав равновесных фаз, в %.
№ т, ос Верхний слой Нижний слой
п Р К2О п Р К2О
1. -3 - - - 1,4741 1,595
2. 0 - - - 1,4726 1,580
3. 100 : 0 20 0 : 1 - - - 1,4703 1,557 62,31
4. 40 - - - 1,4684 1,540
5. 60 - - - 1,4668 1,525
6. 80 - - - 1,4657 1,515
7. -3 - - - -
8. 0 - - - -
9. 80 : 20 20 1 : 23,48 1,3538 1,107 37,51 1,4703 1,557 46,42
10. 40 1,3524 1,090 1,4691 1,545
11. 60 1,3517 1,077 1,4669 1,536
12 80 1,3509 1,062 1,4659 1,527
№ 10 (103)
A UNI
/ш, те;
UNIVERSUM:
технические науки
октябрь, 2022 г.
Соотношения Н2О:С2Н2ОН Соотношения в*с/н*с Состав равновесных фаз, в %.
№ T, oC Верхний слой Нижний слой
n Р K2O n Р K2O
13. -3 - - - -
14. 0 - - - -
15. 20 1,3515 1,082 1,4674 1,540 46,88
16. 50 : 50 40 1 : 13,68 1,3510 1,070 28,02 1,4662 1,532
17. 60 1,3487 1,030 1,4555 1,520
18. 80 1,3474 1,012 1,4491 1,513
19. -3 - - -
20. 0 - - -
21. 20 : 80 20 1 : 6,35 1,3508 1,068 27,49 -
22. 40 1,3497 1,048 -
23. 60 1,3489 1,032 -
24. 80 1,3480 1,015 -
25. -3 - - - - -
26. 0 - - - - -
27. 0 : 100 20 1 : 0 1,3482 1,025 25,45 - - -
28. 40 1,3476 1,013 - - -
29. 60 1,3469 0,999 - - -
30. 80 1,3463 0,986 - - -
Для обеспечения максимального выхода продукта с таким составами верхнего слоя процесс экстракции надо проводить в технологических условиях температуры и соотношений Н20:спирт, находящихся в поле ВЬ1!^ (рис.2).
Как показывают исследования, при охлаждении экстракта, полученного при 800С с применением 80-96%-ного этилового спирта, выпадают кристаллы с образованием суспензии с Ж:Т = 2:1 необходимо отметит, что при применении 80%-ного раствора этилового спирта образуется твердая фаза в виде агломератов. А при применении 90%-ного спирта образуются пластинчатые ромбообразные чешуйчатые кристаллы.
Таким образом, оптимальный состав верхнего слоя составляет, масс %: С2Ш0Н-59.5-61.0; КОН-27.5-33.0; Н2О - 6,0-13%.
Также установлено, что образующийся карбонат кальция быстро осаждается из суспензии и легко фильтруется, что позволяет рекомендовать применение существующих стандартных сгустителей и фильтрующих установок с минимальной рабочей поверхностью, после которых фильтрат легко упаривается под разрежением до 50-80% с дальнейшей экстракцией гидроксида калия этиловым спиртом.
После дистилляции получен гидроксид калия, отвечающий требованиям на продукты реактивной квалификации и специального назначения.
№ 10 (103)
A UNI
/m te;
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
октябрь, 2022 г.
Рисунок 2. Рентгенограмма осадков после экстракции
Рентгенофазовый анализ (рис.2) показал, что осадок после экстракции содержит в основном следующие соединения: СаСО3 - 3.012, 2.28, 1.609Ао, моногидрат гидроксида калия (КОН*Н2О)-2.85; 1.96; 1.748; 1.04 Ао, а также остатки исходных компонентов Са(ОН)2 - 2.67; 1.95; 1.68 Ао и К2СО3-2.85; 2.67; 2.06; 1.95; 1.68 Ао.
Меньшая скорость фильтрации и пониженный выход К2О в продукт связаны с низкими значениями Т:Ж и степени каустификации соответственно.
Предлагается технологическая схема, состоящая из стадий: конверсия, отстаивание, фильтрация сгущенной части с трехкратной промывкой и возвращением промывной воды на стадию каустифика-ции и упарка фильтрата с получением раствора КОН
высокой концентрации (40-50 %) с дальнейшей ее переработкой на чешуйчатый или таблетированный гидроксид калия.
Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что оптимальными параметрами процесса каусти-фикации являются: температура не менее 95оС, соотношение Н2О:К2СО3:Са(ОН)2 - (1.8-3):2:1; продолжительность конверсии - не менее 120 мин.
Экстракцию необходимо проводить при соотношении пульпа:спирт 1.0 - 2.0. При этом выход К2О в продукт составляет не менее 60%, а его концентрация достигает не менее 45%, в результате чего получается очищенный раствор гидроксида калия.
Список литературы:
1. Туракулов Б.Б., Кучаров Б.Х., Эркаев А.У., Тоиров З.К., Реймов А.М. Усовершенствование производства гидроксида калия известковым способом. UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. Г. МОСКВА - 2017. № 10(43).
2. Патент РФ 1562805 с 01D1/32. Способ очистки раствора гидроокиси калия. Филатова Л.Н., Волводов А.И., Вендило А.Г. и др. Заявлено 01.11. 2010. Опубликовано 27.03.2012.
3. Schmidl W., Ball A.R., Frederick Jr., W.J., DeMartini N., Experimental Determination and Modeling of potassium hydroxide Solubilities in High Solids Kraft Black Liquor - Accepted for Presentation at the 2003 TAPPI Fall Technical Conference. р-5-13.
4. Shi B.; Euhus D.D.; Rousseau R.W., "Crystallization and Control of potassium hydroxide Scales in Black Liquor Concentrators," Tappi J. 3(6):7-13 (2004).
5. Патент RU1321565 с 01D1/32. Способ очистки раствора гидроокиси калия. Вендило А.Г., Ковалёва Н.Е. и др. Заявлено 03.12. 1969. 0публиковано11Л0.1972.
6. Патент US 2634102. 23 - 45. Methd of purifying potassium hydroxide solution. B. Zhao, X. Wang, X. Qian. Заявлено 21.04. 1953. Опубликовано 18.11.1955.
7. Туракулов Б.Б., Эркаев А.У., Кучаров Б.Х., Тоиров З.К.,Искендеров А.М. Исследование реологических свойств и фильтруемости суспензии при получении гидроксида калия известковым способом.// Кимёвий технология назорат ва бош^арув «Хал^аро илмий-техникавий журнал 4-5/2019».-30-37 б.
№ 10 (103)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
октябрь, 2022 г.
8. Turakulov B.B., Erkayev A.U., Kucharov B.X., Toirov Z.K. Physical-chemical and Technological Bases of Producing Pure Potassium Hydroxide in Combined Method.// Vol. 29. -No. 6s (2020): Vol 29 No 6s (2020) (Special Issue) | International Journal of Advanced Science and Technology http:// sersc. org/ journals/ index. php/IJAST/is-sue/view/275. - С. 1126 - 1134.
9. Туракулов Б.Б., Кучаров Б.Х., Эркаев А.У., Тоиров З.К., Реймов А.М. Усовершенствование производства гидроксида калия известковым способом. UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. Г. МОСКВА - 2017. № 10(43).
10. Bobokulov A.N., Erkaev A.U., Toirov Z.K., Kucharov B.X. Research on the Carbonization Process of Potassium Chloride Solutions in the Presence of Diethylamine. International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE), Volume-8 Issue-9S2, 2019, ISSN: 2278-3075 https://www.ijitee.org/wp-content/uploads/pa-pers/v8i9S2/I10480789S219.pdf
