3. Получение сульфата калия конверсией хлорида калия сер­ной кислотой

3.1. Характеристика основного и вспомогательного сырья

Хлорид калия.

Хлорид калия (KCl) в природе встречается в виде минерала сильвин кубической сингонии с твердостью 2 и плотностью 2 г / см³; окрашивает пламя в фиолетовый цвет, растворим в воде, диэлектрик. В усыхающих водоемах откладывается из растворов одним из последних, поэтому залегает в верхних слоях соленосных толщ. Встречается в природе совместно с карналлитом, гипсом, ангидридом и другими минералами.

Основные физико-химические свойства хлорида калия представлены в табл. 3.1.1.

Таблица 3.1.1

Основные физико-химические свойства хлорида калия.

Плотность, кг / м3	1990,00
Удельная теплоемкость при 25 оС, Дж / (кг · К)	691,30
Теплота плавления, кДж / моль	26,80
Теплота сублимации, кДж / моль	223,60
Температура плавления, оС	768,00
Температура кипения, оС	1417,00
Стандартная теплота образования (энтальпия) кристаллического KCl, кДж / моль	435,89
Теплоемкость при постоянном давлении, Дж / (моль · к)	51,49

Растворимость KCl (концентрация насыщенного раствора с) в воде при различных температурах представлена в табл. 3.1.2.

Таблица 3.1.2

Растворимость в воде при различных температурах.

Т, оС	с, % мас.	Т, оС	с, % мас.	Т, оС	с, % мас.
-5	20,95	40	28,70	100	35,90
0	21,90	50	30,10	125	38,20
10	23,80	60	31,40	150	40,50
20	25,60	70	32,60	200	44,90
25	26,45	80	33,80	250	49,50
30	27,20	90	43,90	300	54,00

В табл. 3.1.3. приведены значения плотности водных растворов KCl при 20 ^оС и различных концентрациях.

Таблица 3.1.3

Плотности водных растворов KCl при 20 ^оС и различных концентрациях.

с, % мас.	2	10	20	24
ρ, кг / м3	1011	1063	1323	1623

Значения температуры кипения водных растворов хлорида калия при различных концентрациях представлены в табл. 3.1.4

Таблица 3.1.4

Значения температуры кипения водных растворов хлорида калия при различных концентрациях.

с, % мас.	91,0	20,0	33,3
Т, оС	101,1	103,3	107,7

Зависимость динамической вязкости водных растворов KCl от температуры и концентрации раствора приведена в табл. 3.1.5.

Таблица 3.1.5

Коэффициенты динамической вязкости водных растворов KCl.

с, % мас.	Динамическая вязкость (мПа · с) при температуре (оС)
	0	10	20	30	40	50	60	70	80
5	1,70	1,27	0,99	0,80	0,66	0,56	0,48	0,42	0,38
10	1,63	1,25	0,99	0,81	0,67	0,57	0,49	0,44	0,40
15	1,58	1,24	1,00	0,83	0,69	0,59	0,52	0,46	0,42
20	–	1,25	1,02	0,85	0,72	0,62	0,54	0,49	0,44
25	–	–	–	–	–	–	–	0,52	0,47

По физико-химическим показателям хлорид калия должен соответ­ствовать требованиям и нормам ГОСТ 4568 – 95, приведенным в табл. 3.1.6 .

Таблица 3.1.6

Химический состав хлорида калия.

Наименование показателя	Значения для марок
	Гранулированный		Мелкий
	1-й сорт	2-й сорт	1-й сорт		2-й сорт
Внешний вид	Спрессованные гранулы неправильной формы серовато-белого или различных оттенков красно-бурого цвета или крупные кристаллы серовато-белого цвета.		Мелкие кристаллы серовато-белого цвета или мелкие зерна различных оттенков красно-бурого цвета.
Массовая доля калия в пересчете на K2О, %, не менее	60	58	60	58
Массовая доля воды, %, не более	0,5	0,5	1,0	1,0
Гранулометрический состав (массовая доля фракций), %: сверх 6 мм от 1 до 4 мм, не менее менее 1 мм, не более	0 95 5	0 95 5	Не нормируется
Динамическая прочность (массовая доля неразрушенных гранул), %, не менее	80	80	Не нормируется
Рассыпчатость, %	100	100	100	100

В зависимости от способов получения хлорид калия частично слеживается. Его следует хранить в сухом месте, а транспортировать насыпью или в упакованном виде. Срок годности хлорида калия не ограничен.

Хлорид калия применяется в изготовлении кожи, синтетического каучука, хлебопекарных и кормовых дрожжей, производства лечебно – профилактической соли, в сельском хозяйстве и других различных областях.

Серная кислота.

Серная кислота (H₂SO₄) –сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота – тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO₃. Если молярное отношение SO₃ : H₂O меньше 1, то это водный раствор серной кислоты, если больше 1 – раствор SO₃ в серной кислоте, называемый олеумом.

Серная кислота довольно сильный окислитель, особенно при нагревании и в концентрированном виде; окисляет HI и частично HBr до свободных галогенов, углерод до CO₂, S до SO₂, окисляет многие металлы (Cu, Hg и др.). При этом серная кислота восстанавливается до SO₂, а наиболее сильными восстановителями – до S и H₂S. Концентрированная H₂SO₄ частично восстанавливается водородом, из-за чего не может применяться для его сушки. Разбавленная H₂SO₄ взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода с его выделением. Окислительные свойства для разбавленной H₂SO₄ нехарактерны. Серная кислота образует два ряда солей: средние – сульфаты и кислые – гидросульфаты, а также эфиры. Известны пероксомоносерная (или кислота Каро) H₂SO₅ и пероксодисерная H₂S₂O₈ кислоты.

Основные физико-химические свойства серной кислоты представлены в табл. 3.1.7.

Таблица 3.1.7

Основные физико-химические свойства серной кислоты.

Мольная масса, г / моль	98,00
Плотность, г / см3	1,84
Температура плавления, оС	-10,38
Температура кипения, оС	279,60
Удельная теплота плавления, Дж / кг	10,73

Изменение температуры кипения, плавления и плотности раствора серной кислоты в зависимости от концентрации (% мас.) приведены в табл. 3.1.8.

Таблица 3.1.9

Изменение температуры кипения, плавления и плотности раствора серной кислоты в зависимости от концентрации.

Содержание H2SO4, % мас.	ρ, при 20 оС, г / см3	Температура кипения, оС	Температура плавления, оС
10	1,07	102,00	– 5,50
60	1,50	141,80	– 25,80
100	1,83	296,20	10,40

По физико-химическим показателям серная кислота должена соответ­ствовать требованиям и нормам ГОСТ 4204 – 77, приведенным в табл. 3.1.9 .

Таблица 3.1.9

Химический состав серной кислоты.

Наименование показателя	Значение
	химически чистый (х.ч.) ОКП 26 1212 0023 02	чистый для анализа (ч.д.а.) ОКП 26 1212 0022 03	чистый (ч.) ОКП 26 1212 0021 04
Массовая доля серной кислоты (Н2SO4), %, не менее	от 93,6 до 95,6	от 93,6 до 95,6	от 93,6 до 95,6
Массовая доля остатка после прокаливания, %, не более	0,0006	0,001	0,005
Массовая доля хлоридов (Сl), %, не более	0,0002	0,00005	0,00010
Массовая доля нитратов (NО3), %, не более	0,00002	0,00005	0,00050
Массовая доля аммонийных солей (NH4), %, не более	0,0001	0,0002	0,0005
Массовая доля тяжелых металлов (Рb), %, не более	0,0001	0,0002	0,0005
Массовая доля железа (Fe), %, не более	0,00002	0,00005	0,00030
Массовая доля мышьяка (As), %, не более	0,000001	0,000003	0,000010
Массовая доля селена (Se), %, не более	0,0001	0,0001	0,0005
Массовая доля веществ, восстанавливающих КМnО4, % (в пересчете на SO2), не более	0,0002	0,0003	0,0004

Серную кислоту расфасовывают в бутыли и герметизируют. При транспортировке бутыли упаковывают в металлические, полимерные или деревянные ящики или контейнеры. При отсутствии фиксирующих элементов в транспортной таре промежуток между бутылями и транспортной тарой заполняют древесной стружкой, которую пропитывают растворами хлористого кальция, хлористого магния или сернокислого аммония, а также шлаковату или другой негорючий уплотняющий материал. Серную кислоту хранят в упаковке (бутылях) производителя в закрытых складских помещениях. Срок годности продукта составляет три года со дня изготовления.

Серная кислота применяется для производства минеральных удобрений, как электролит в свинцовых аккумуляторах, для получения различных минеральных кислот и солей, для производства химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ, в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности.