Введение.

Производство минеральных солей удобрений составляют одну из важнеших задач химической промышленности. Ассортимент минеральных, используемых в сельском хозяйстве, самой химической промышленности, металлургии, фармацевтическом производстве, строительстве, быту, составляет сотни наименований и непрерывно растет. Масштабы добычи и выработки солей исключительно велики и для некоторых из них составляют десятки миллионов тонн в год. В наибольших количествах производятся и потребляются соединения натрия, фосфора, калия, азота, алюминия, железа, серы, меди, хлора, фтора и др. Самым крупнотоннажным является производство минеральных удобрений.

Самым крупным потребителем солей и минеральных удобрений является сельское хозяйство. Связано это с тем, что современное интенсивное сельскохозяйственное производство невозможно без внесения в почву научно обоснованного количества различных минеральных удобрений, содержащих элементы, которых недостаточно в почве для нормального роста растений, в частности зерна.

Минеральными удобрениями называют соли, содержащие в своем составе элементы, необходимые для питания, развития и роста растений

В качестве калийных удобрений применяют сырые природные вещества (чаще всего сильвинит) и продукты их переработки (хлорид и сульфат калия; 40%-ные калийные соли), а также золу растений.

Основным сырьем для получения калийных удобрений в России является сильвинит, представляющий собой породу состава mNaCI+nNaCl, которая содержит ~14—18% К2O. В качестве примесей сильвиниту сопутствуют в небольших количествах соединения, магния, кальция и др. Из сильвинита получают и основное калийное удобрение—хлорид калия. Получение хлорида калия из сильвинита осуществляется методами галургии, флотационным или комибинированным.

Методы получения калийных удобрений.

Метод галургии основан на использовании различной растворимости хлоридов калия и натрия. С повышением температуры растворимость КСl (s2) резко возрастает, a NaCI (s1) меняется незначительно. При совместном присутствии обеих солей растворимость хлорида натрия с ростом температуры падает, а KCl - сильно возрастает. На этих различиях и построены :галургические операции разделения. Из диаграммы состояния системы КС1—NaCI—H2O (рис.) видно, что избирательная кристаллизация КС1 возможна из всех растворов, состав отвечает полю ниже линии H2O —E1 (10°С) или H2O—Е2 (100°С),

Рис Влияние температуры и совместного присутствия на растворимость хлорида натрия (s1 и s1') и хлорида калия (s2 и s2').

s1 и s2 при 10 °С (кривая 1); s1' и s2').д>' при 100 (кривая 2)

Если исходный раствор имеет состав, отвечающий точке а, а температура его 100 °С, то первым из этого раствора начинает кристаллизоваться КС1 (точка b). При понижении температуры до 10°С состав раствора изменится вдоль линии bd и часть КС1, а' именно (b-d) моль, кристаллизуется. Когда такими последовательными операциями нагревания—охлаждения системы придет в составу, отвечающему точке k, то при низкой температуре из этого раствора будет выкристаллизовываться КС1, а при высокой (точка k') — уже хлорид натрия.

Поэтому при получении хлорида калия сильвинит при повышенной температуре обрабатывают насыщенным на холоду раствором обеих солей. При этом раствор обогащается КС1, а часть NaCl переходит в осадок и отделяется фильтрованием. Затем раствор охлаждают; при этом из него выделяются кристаллы КС1, которые отделяют от маточного раствора и высушивают. Маточный раствор снова направляют на растворение сильвинита. Получаемый таким способом технический продукт содержит 52—60% K2O.

Метод флотации основан на использовании различной смачиваемости водой минералов сильвина (КС1) и галита (NaCI). Флотацию с применением в качестве флотореагентов октадециламина, карбоновых кислот ведут из насыщенных растворов сырых калийных солей. Хлорид калия, получаемый флотационным разделением сильвинита, имеет гораздо более крупную кристаллическую структуру, чем полученный кристаллизацией, поэтому он меньше слеживается.

Флотация—широко распространенный способ обогащения, применяющийся для разделения различных сульфидных руд, отделения апатита от нефелина, обогащения каменных углей и многих других минералов. Флотация основана на различии в избирательной смачиваемости водой и прилипании частиц обогащаемого минерала к пузырькам пропускаемого через пульпу воздуха. Смачиваемость минералов характеризуется главным образом краевым углом смачивания 6, образующегося вдоль линейной границы раздела твердое тело—жидкость—воздух (рис. ). С несмачиваемой частицей минерала 1 жидкость образует тупой краевой угол q, а со смачиваемой 2—острый. Силы поверхностного натяжения стремятся выровнить уровень жидкости, вследствие чего несмачиваемая (гидрофобная) частица, прилипая к пузырькам воздуха, выталкивается из жидкости и всплывает на поверхность, а смачиваемая (гидрофильная) погружается в жидкость. Смачиваемость частиц определяется работой адгезии вода— минерал Wa ж-т

Wa ж-т = dж-г + dг-г — dж-т, где dж-г, dт-г, dж-т—удельная свободная поверхностная энергия на границе соответствующих фаз.

Прилипание гидрофобных частиц к пузырькам воздуха определяется работой адгезии минерал — воздух Waт-г ;

Wa т-г=dж-г(1+cosq)

Плотность агрегата минерал—воздух меньше, чем плотность того же объема пульпы, поэтому он всплывает на поверхность.

Большинство минералов природных руд мало отличаются по смачиваемости друг от друга. Для их разделения необходимо создать условия неодинаковой смачиваемости водой отдельных компонентов породы, для чего применяют разнообразные химические соединения—флотационные реагенты. Они избирательно усиливают или ослабляют смачиваемость водой, а также прилипаемость к пузырькам воздуха взвешенных минеральных частиц. Внесенные в пульпу флотореагенты, называемые собирателями (коллекторами), адсорбируются поверхностью определенного минерала (минералов), образуя гидрофобный адсорбционный слой. Гидрофобизированные частицы прилипают к пузырькам воздуха и поднимаются на поверхность пульпы в пену, находящуюся на поверхности пульпы, и удаляются вместе с нею. Собирателями служат поверхностно-активные органические вещества, содержащие полярную и неполярную группы, например жирные кислоты и их мыла, такие, как олеиновая, нафтеновые, а также ксантогенаты, чаще всего калия.

Полярные группы молекул собирателя при адсорбции направлены в сторону поверхности минеральных частиц, а неполярные— в сторону воды, образуя гидрофобную оболочку. Частицы, которые не адсорбируют коллекторы, в частности пустая порода, остаются в пульпе, образуя так называемый камерный продукт.

Минерализованная пена {пенный продукт), которая и дает флорационный концентрат, должна быть устойчивой, плотной и подвижной. Такая пена создается внесением в суспензию пенообразователей, поверхностно-активных веществ, образующих адсорбционные пленки на поверхности пузырьков воздуха. К наиболее эффективным пенообразователям относятся сосновое масло, вспениватели ОПСБ, Т-80 и др. Расход вспенивателей составляет 25—100 г/т.