CHƯƠNG 3: SẢN XUẤT PHÂN KALI
KCl (40-60%K2O)
Các loại phân kali:
K2SO4 (48-52% K2O)
KNO3, KHCO3, K2SO4 + MgSO4
1
Nguyên liệu sản xuất: khoáng Silvinit, khoáng Carnalit, khoáng kainit, khoáng langbeinit, phèn alunit
3.1. Chế tạo phân KCl 3.1.1 Chế tạo phân kali từ Silvinit
• Khoáng Silvinit có màu trắng nâu, hồng… tùy tạp
chất mang màu.
• Khối lượng riêng 1,97 – 1,99 g/cm3
• Độ cứng 1,5 – 2,0
2
• Hàm lượng các muối: 22-31% KCl (thường 25%); 71% NaCl; 1,8% CaSO4; 0,2% MgCl2; khoảng 2% sét không tan.
3.1.1.1 Phương pháp kết tinh riêng
• Nguyên tắc: Dựa vào độ tan khác nhau của các muối ở cùng nhiệt độ (bảng độ tan g/100gH2O):
00C
100C 200C 300C 400C 500C 600C 700C 800C 900C 1000C
KCl
27,6 31,0 34,0 37,0 40,0 42,6 45,5 48,1 51,1 54,0 56,7
NaCl 35,7 35,8 36,0 36,3 36,6 37,0 37,3 37,8 38,4 39,0 39,8
3
a
A
2
a a'
• Giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ NaCl-KCl-H2O
A’
NaCl O H g 0 0 1 / l
E2
E 1
B
C a N g
ố S
100°C
25°C
KCl
b'
W(H O) 2
b Số g KCl/100g H2O
4
a
5
a
Hòa tan ở 1150C
Nghiền quặng
Khoáng Silvinit
Đun nóng nước cái lên 1150C
Lọc loại cặn và NaCl ở 900C
Cặn bẩn và muối NaCl
Lọc tách KCl ở dưới 300C
Hạ nhiệt độ xuống 300C, kết tinh KCl
• Sơ đồ sản xuất KCl từ Silvinit
95-98% KCl
Sấy khô, đóng gói sản phẩm
6
7
3.1.1.2. Phương pháp tuyển nổi
Khoáng Silvinit
Nghiền 0,7mm
Bọt chứa KCl
Thuốc tuyển
Tuyển nổi (dung dịch bão hòa NaCl+KCl)
Ly tâm
Cặn bẩn và muối NaCl
Sấy
• Thuốc tuyển: các ankylsunfat của kim các kiềm (VD C12H25SO4Na), loại aliphaticamin (VD C18H37NH2, HCl).
Sản phẩm > 90% KCl
• Chất tạo bọt: dầu thông, butanol
8
9
3.1.1.3. Phương pháp tuyển trọng lực • Nguyên tắc: dùng dung dịch có tỷ trọng trung bình để tách khoáng có tỷ trọng cao ra khỏi khoáng có tỷ trọng thấp hơn.
Tỷ trọng khoáng silvinit: 1,97 – 1,99 Tỷ trọng khoáng halit (chủ yếu NaCl): 2,1 – 2,2 Trộn khoáng chứa halit-silvinit vào nước ót bão hòa silvinit (pha thêm bột FeS2 tạo huyền phù). Tạo dòng chảy xoáy để tách halit nhờ lực ly tâm. Thu huyền phù (tuần hoàn) và silvinit (47,5-
63,3% KCl)
Cyclon tách huyền phù
10
3.1.2. Chế tạo KCl từ Carnalit
• Khoáng Carnalit (KCl.MgCl2.6H2O) không màu,
hoặc có màu do lẫn tạp chất.
• Tỷ trọng: 1,6 • Hàm lượng các muối: 14,1% KCl; 8,7% MgCl2;
0,02-0,3% brom (KBr.MgBr2.6H2O).
11
• Nước ót trong quy trình sẽ dùng clo đẩy brom, dùng không khí thổi brom, brom cho phản ứng với phoi sắt. Tách brom từ FeBr2.
Giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ MgCl2-KCl-H2O % KCl
a - Phương pháp hoà tan hoàn toàn: 1-2-3-4-1 - Phương pháp hoà tan một phần: 1’’- E1-1’’ - Phương pháp hoà tan ở nhiệt độ thấp: 1’-1’’-E1-1’
B
1000C
D (KCl.MgCl2.6H2O)
A
1’’
1
250C
1’
3
2
E3
E4
E1
4
E2
H2O
% MgCl2
12
20
c 50
30
10
40
3.2. Chế tạo K2SO4
Nhiệt độ, 0C Độ tan, g/100g nước
25
12,05
50
16,5
100
242
13
K2SO4 không hút ẩm, không kết khối Khối lượng riêng: 2,66 g/cm3 Hàm lượng K2O: 48 – 52% nc = 10660C T0 Tan tốt trong nước:
3.2.1. Phương pháp Mannheim Phản ứng tỏa nhiệt: KCl + H2SO4 KHSO4 + HCl Phản ứng thu nhiệt: KHSO4 + KCl K2SO4 + HCl
>50%K2O
BC1-Băng tải; W2-Cân; SF3-Vít tải; H4-Lò Mannheim; D5-Thùng làm nguội; GR6-Máy nghiền búa; D7-Thùng trộn; E8-Thiết bị làm nguội bằng graphit; C9,C10-Thiết bị hấp thu; T11-Thùng chứa
14
1- Phễu; 2- Cân; 3- Trộn phối liệu; 4- Lò Mannheim; 5- Bét đốt; 6- Không gian cháy; 7- Thiết bị thu hồi; 8- Không gian phản ứng; 9- Máy trộn; 10- Cửa thoát khí HCl; 11- Tháo liệu K2SO4; 12- Làm nguội và nghiền; 13- Băng tải; 14- Thiết bị làm nguội khí
15
3.2.2. Phương pháp đi từ khoáng thiên nhiên
Đi từ khoáng kainit (KCl.MgSO4.3H2O):
12,7%K2O; 16,2%MgO
16
Hòa tan kailit ở 1000C, hạ xuống nhiệt độ thường: 2KCl.MgSO4.3H2O K2SO4.MgSO4.6H2O + MgCl2 Schoenit được cho vào dung dịch KCl nóng: K2SO4.MgSO4.6H2O + 2KCl ⇌ 2K2SO4 + MgCl2 + 6H2O
Kết tinh K2SO4 Trộn nước ót 2 quá trình, hạ xuống 250C tách KCl, hạ tiếp 180C tách schoenit. Scheonit này tuần hoàn lại chu trình.
Đi từ khoáng langbeinit:
Khử langbeinit ở 800 – 9000C K2SO4.2MgSO4 + C(CH4) K2SO4 + 2MgO + CO2 + 2SO2 Hòa tách MgO bằng nước nóng. Kết tinh thu được K2SO4
17
3.2.3. Thu hồi K2SO4 từ quá trình sản xuất oxit nhôm từ phèn alunit
Khoáng alunit (K2SO4.Al2(SO4)3.4Al(OH)3) Thành phần: 37% Al2O3; 38,6% SO3; 11,4% K2O Không tan trong nước. Tỷ trọng: 2,6 – 2,8
Màu trắng, khi lẫn tạp chất có màu xám hay ngả hồng
18
19
Nung 575 – 6000C: K2SO4.Al2(SO4)3.4Al(OH)3 K2SO4 + Al2(SO4)3 + 2Al2O3 + 6H2O Dùng nước NH3 chiết dịch: K2SO4 + Al2(SO4)3 + 2Al2O3 + 6NH4OH K2SO4 + 3(NH4)2SO4 + 2Al(OH)3 + 2Al2O3 Lọc tách Al(OH)3 + Al2O3 (sản phẩm chính) Cô đặc, kết tinh thu K2SO4 + (NH4)2SO4
