Отримання калійних добрив

Калійні мінеральні добрива — солі природного або синтетичного походження, які містять живильний елемент у вигляді катіону калію, а залежно від виду аніону калійні мінеральні добрива розрізняють як хлоридні та безхлоридні.

Сировиною для отримання калійних добрив хлоридного типу є руди, що містять мінерали сильвініт (KCl + NaCl) та карналіт KCl · MgCl₂ · 6H₂O, а для безхлорних — каїніт KCl · MgSO₄   3H₂O та лангбейніт K₂SO₄ · 2MgSO₄. Поклади калійних руд в Україні містяться у Калуші (Івано-Франківська область) і Стебніку (Львівська обл.), де і знаходяться підприємства з їх переробки й отримання калійних добрив.

Головним калійним добривом є хлорид калію KCl, який містить 63,1 % калію в перерахунку на K₂O, та близько 95 % якого іде на задоволення потреб сільського господарства. Обсяг його виробництва становить приблизно 80 % загального випуску калійних добрив.

Існують два способи отримання хлориду калію з сильвініту: флотаційний та галургічний.

Флотаційний метод отримання хлориду калію з сильвініту засновано на флотаційному розділенні водорозчинних мінералів калійної руди в середовищі насиченого сольового розчину за рахунок селективної гідрофобізації поверхні часток калійних мінералів за допомогою флотореагентів.

Технологічний процес починають з того, що подрібнений сильвініт обробляють насиченим розчином KCl та NaCl за співвідношення твердої фази та рідини 1 : 2 за наявності спеціальних флотоагентів. У флотаційних машинах через суспензію, що утворилася, пропускають повітря. Кристали хлориду калію спливають на поверхню, знаходячись у шарі піни, а хлорид натрію залишається внизу, його видаляють через спеціальний пристрій флотаційної машини. Концентрат хлориду калію відділяють за допомогою центрифуг та висушують. Ступінь відокремлення KCl перебуває в межах 90—92 %, а вміст основного продукту в до- бриві — від 93 до 95 %.

Галургічний метод отримання хлориду калію з сильвініту (метод вибіркової розчинності та розділеної кристалізації) засновано на різній розчинності хлоридів калію та натрію за зміни температури за їх спільної присутності в системі «KCl — NaCl — H₂O». У розчинах, що насичені обома солями, за підвищення температури вміст хлориду калію збільшується приблизно в два рази, а хлориду натрію дещо зменшується (табл. 5.8).

Таблиця 5.8

РОЗЧИННІСТЬ ХЛОРИДІВ КАЛІЮ ТА НАТРІЮ ЗА ЇХ СПІЛЬНОЇ ПРИСУТНОСТІ (в масових частках)

Сіль	Температура, С
	10	20	80	90	100
NaCl	0,297	0,292	0,264	0,261	0,259
KCl	0,127	0,147	0,300	0,329	0,359

Охолодження такого гарячого розчину приводить до того, що він буде перенасиченим відносно хлориду калію, що зумовить випадання останнього в осад, а хлорид натрію залишиться в розчині. При нагріванні цього розчину він стане ненасиченим відносно хлориду калію і насиченим відносно хлориду натрію. При обробленні гарячим розчином твердого сильвініту в розчин буде переходити лише хлорид калію, а хлорид натрію розчинятися не буде. Ця властивість системи «KCl — NaCl — H₂O» використовується в галургічному методі отримання KCl з сильвініту для організації циклічного процесу.

Технологічна схема галургічного процесу наведена на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Технологічна схема отримання хлориду калію із сильвініту галургічним методом:

1 — бункер сильвініту, 2 — шнековий змішувач, 3 — план-фільтр для відділення хлориду натрію, 4 — відстійник, 5 — вакуум-кристалізатор, 6 — центрифуга, 7 — барабанна сушарка, 8 — підігрівач лугу

Технологічний процес галургічного отримання хлориду калію з сильвініту складається з таких стадій:

1. Подрібнення руди, що містить сильвініт (надходить у бункер 1).

2. Вилуговування хлориду калію з сильвініту гарячим оборот­ним розчином відбувається в змішувачі 2.

3. Гаряче фільтрування отриманого розчину і відокремлення твердого хлориду натрію відбувається на фільтрі 3.

4. Охолодження розчину і кристалізація з нього хлориду калію (використовують відстійник 4 та кристалізатор 5).

5. Висушування хлориду калію на барабанній сушарці 7.

6. Нагрівання оборотного розчину і повернення його на початок процесу для вилуговування сильвініту (після центрифуги 6 холодний розчин нагрівають у 8).

Ступінь відокремлення KCl перебуває в межах 90—95 %. Цей метод дає змогу комплексно переробляти руди, відокремлюючи корисні компоненти, в тому числі хлориди магнію, броміди, та отримувати харчовий хлорид натрію.

У таблиці 5.9 наведені витратні коефіцієнти обох методів у розрахунку на 1 тонну хлориду калію з вмістом основного продукту 95 %.

Таблиця 5.9

ВИТРАТНІ КОЕФІЦІЄНТИ РІЗНИХ МЕТОДІВ ОТРИМАННЯ ХЛОРИДУ КАЛІЮ

Сировина та енергія	Метод виробництва
	флотаційний	галургічний
Сильвініт (22 % KCl), t	5,0—5,2	5,0
Паливо умовне, kg	—	15
Електроенергія, kWh	85	25
Вода, m3	5	9
Реагент RNH2HCl, g	500	180

Незважаючи на те, що витрати електроенергії та сировини для флотаційного методу вищі, ніж для галургічного, собівартість хлориду калію, отриманого флотаційним методом, нижча. За багатьма техніко-економічними параметрами цей метод переважає, проте якість продукту, отриманого галургічним методом, значно вища.