Технология неорганических веществ и минеральных удобрений (стр. 30 )

Выгружаемый из камеры сульфат аммония имеет высокую температуру (до 2200С), при которой его нельзя загружать в тару. Но уже в процессе подачи на склад он успевает достаточно остыть. Получаемый таким способом продукт содержит 21% N, менее 0.1% влаги и н/б 0.15% свободной кислоты. Однако для этого требуется точное соблюдение технологического режима – подача кислоты необходимой концентрации и достаточного количества аммиака для того, чтобы температура реакции между ними выдерживалась в пределах 200-2200С. Снижение температуры приводит к образованию продукта с повышенной влажностью и кислотностью. Так как получаемый сухим способом сульфат аммония представляет собой очень мелкий, пылящий порошок, то с целью уменьшения потерь от пыления при перегрузке и транспорте его иногда подвергают грануляции. Для этого его смачивают небольшим количеством слабой аммиачной воды; при быстром перемешивании по мере приближение его к выходу из шнека порошок превращается в кусочки размером 5-25мм. После дробления на вальцах продукт высушивается в барабанных сушилках при 105-1150С.

3.3.3.Нитрат натрия.

Свойства.

Нитрат натрия (натриевая селитра) NаNО3 – бесцветные, прозрачные кристаллы, плавящиеся при 309.50С. Выше 3800С нитрат натрия разлагается ни нитрит натрия и кислород. Нитрат натрия почти не гигроскопичен; в присутствии небольших примесей хлоридов его гигроскопичность сильно возрастает. Его выпускают двух сортов: продукт 1-го сорта содержит н/м 99.5% NаNО3 (в пересчете на сухое вещество) и н/б 1% влаги, продукт 2-го сорта –99% NаNО3 и н/б 1.8% влаги; в продукте 1-го сорта не должно быть более 0.05% нерастворимых в воде веществ, 0.5% хлоридов (NаСl), 0.0-2% окисляемых веществ (NаNО2).

Нитрат натрия является ценным физиологически щелочным удобрением, применение которого особенно эффективно на кислых почвах. Несмотря на это его применяют в небольших масштабах из-за малого содержания азота (в чистом NаNО3 16.47% N) и относительно высокой его стоимости. В основном его используют для технических целей.

Нитрат натрия нередко встречается в природных условиях, однако почти все его залежи вследствие низкой концентрации NаNО3 не имеют промышленного значения. Мощное месторождение натриевой селитры имеется в Чили, где и производится его добыча.

Методы получения нитрата натрия.

Получение абсорбцией окислов азота щелочами.

Наиболее простой метод получения натриевой селитры нейтрализацией соды или едкого натра азотной кислотой в промышленности практически не применяется, так как расходовать на этот процесс азотную кислоту не экономично. В большинстве случаев NаNО3 получают нейтрализацией соды или едкого натра выхлопными нитрозными газами, отходящими из абсорбционных систем в производстве азотной кислоты (главным образом, работающих под атмосферным давлением). Этим достигается обезвреживание выбрасываемых в атмосферу газов с одновременной утилизацией содержащихся в них оксидов азота.

При абсорбции оксидов азота содой идут следующие реакции:

Nа2СО3 +NО +NО2 =2 NаNО2 +СО2

Nа2СО3 +2О2 =2NаNО2 + NаNО3 +СО2

Получаемые растворы содержат нитрат и нитрит натрия. Соотношение между ними зависит от температуры и степени окисленности нитрозных газов. Чем меньше в газе NО и чем больше NО2, тем больше получается в растворе нитрата натрия. Для хорошего поглощения оксидов азота необходимо, чтобы степень окисленности нитрозного газа была не меньше 50%. Температуру раствора следует поддерживать на уровне 20-250С. Обычно отношение нитрита к нитрату в получаемом щелоке равно 4:1. «Сырой» нитрит-нитратный щелок содержит 250-400г/л NаNО2 50-80 г/л NаNО3, 3-5г/л NаНСО3 и Nа2СО3, 2-4г/л NаСl.

Нитрозные газы, уходящие из кислотных абсорберов в производстве азотной кислоты и содержащие 0.5-1.5%об. оксидов азота и 3-5% об. кислорода, проходят последовательно через две абсорбционные башни, орошаемые циркулирующим щелочным раствором. Газ просасывается через абсорбционную систему вентилятором и, пройдя щелочные башни, содержит н/б 0.2 % оксидов азота. Обычно в качестве щелочи применяют соду, более дешевую, чем едкий натр. Если питать последнюю башню раствором соды, то вследствие относительно небольшой ее растворимости в воде в систему вводится значительное количество воды, на выпарку которой в дальнейшем тратится много тепла; получаемый нитрит-нитратный щелок, отбираемый из первой по ходу газа башни, содержит в этом случае всего 200-250г/л NаNО2 и 50-7-г/л NаNО3, а также 10г/л Nа2СО3 и 5г/л NаНСО3. Поэтому обычно соду вводят в сборники под абсорбционными башнями в твердом виде, растворяя ее в циркулирующем нитрит-нитратном щелоке. Такое укрепление щелока возможно, так как растворимость нитрита и нитрата натрия значительно больше растворимости соды. Таким способом получают щелок, содержащий в два раза больше нитрата натрия, чем при подаче в систему соды в виде 20% раствора.

Для перевода нитрита натрия в нитрат щелок обрабатывают 50% азотной кислотой. Этот процесс, называемый инверсией, идет по реакции

3NаNО2+3НNО3 =3 NаNО3 +3НNО2

3НNО2 = НNО3 +2NО +Н2О

 

3NаNО2+2НNО3 = NаNО3 + 2NО +Н2О

Скорость процесса увеличивается с повышением температуры, так как при этом ускоряется распад свободной азотистой кислоты, вытесняемой из нитрита натрия азотной кислотой. Избыток азотной кислоты и перемешивание реакционной смеси воздухом также ускоряют процесс. Кислород воздуха окисляет выделяющуюся при инверсии окись азота в двуокись; диоксид азота действует инвертирующим образом подобно азотной кислоте. Инверсию нитритного раствора можно производить только оксидами азота, без применения азотной кислоты; этот метод применяется редко из-за технических неудобств. Нитрат натрия извлекают из полученного после инверсии раствора выпариванием и кристаллизацией (рис.1). Инверсию нитрит-нитратного щелока осуществляют в периодически или непрерывно действующем аппарате или в башне с насадкой. Воздух, уносящий из инвертора некоторое количество оксидов азота, направляется в абсорбционные башни. Инверсия протекает при температуре 85-900С. Нитрит натрия ядовит, поэтому при его производстве и при обращении с ним следует соблюдать меры предосторожности.

Рис. 1. Схема производства нитрата натрия из нитрит-нитратных щелоков:

1\— приемный бак; 2 — центробежный насос; 3 — подогреватель; ' 4 — фильтрпресс; 6 — сборник отфильтрованного раствора; 6 — инвертор; 7 — сборник инвертированного раствора; * — напорный бак; 9 — выпарной аппарат I ступени; 10 — выпарной аппарат II ступени; 11 — брызгоуловитель; 12 — шнековый кристаллизатор; 13 — центрифуга; 14 — сушильный барабан; 15 — барометрический конденсатор; 1в — вакуум-насос; 17 — циклон; is — барометрический ящик; 19 — скруббер для улавливания пыли NaNO3 из сушильного барабана; 20 — вентилятор.

Получение нитрата натрия методом катионного обмена.

Представляют интерес способы получения нитрата натрия, не требующие затраты соды или едкого натра. К таким способам относятся получение нитрата натрия из поваренной соли и оксидов азота, аналогично получению калиевой селитры и метод катионного обмена. Процесс получения натриевой селитры методом катионного обмена состоит из трех основных стадий:

1)  получение раствора Са(NО3)2;

2)  катионный обмен и регенерация катионита (обмен ионов кальция на ион натрия);

3)  выпаривание растворов NаNО3, кристаллизация соли, центрифугирование, сушка и упаковка.

Реакции, протекающие во второй стадии процесса, могут быть схематически выражены следующими уравнениями:

Са(NО3)2 +2RNа ↔2 NаNО3 +Н2Са Н2Са +2 NаСl ↔2RNа +СаСl2

Происходит непрерывное чередование конверсии кальциевой селитры и регенерации катионита растворами хлористого натрия.

Этот метод нашел промышленное применение в Норвегии. Раствор Са(NО3)2 пропускают через несколько ионообменников, загруженных цеолитом (минералы природного происхождения, водные алюмосиликаты кальция и натрия). Для регенерации цеолита используют морскую воду. Получаемый раствор нитрата натрия концентрируют выпариванием, далее соль кристаллизуют и подвергают последующей перекристаллизации для получения более чистого продукта.

3.3.4. Нитрат кальция.

Свойства

Нитрат кальция (известковая или кальциевая селитра) образует несколько кристаллогидратов (рис.1). При невысокой температуре из раствора кристаллизуется стабильная α-форма тетрагидрата Са(NО3)2*4Н2О. Растворимость тетрагидрата характеризуется кривой АВС. Максимум на этой кривой в точке В соответствует плавлению тетрагидрата при 42.70С. Линия А'С' – растворимость метастабильной β-формы тетрагидрата. Кривая СDЕ – растворимость Са(NО3)2 *3Н2О с макимумом в точке D при температуре плавления тригидрата 51.10С. Линия ЕF – растворимость метастабильного дигидрата Са(NО3)2 *2Н2О. Линия ЕG – растворимость безводной соли, почти не увеличивающаяся с повышением температуры. Точка G соответствует температуре кипения насыщенного раствора (1510С), содержащего 78.4% Са(NО3)2 . Безводная соль плавится при температуре 5610С, однако уже при 5000С начинается ее разложение с потерей кислорода и образованием нитрита кальция, который далее распадается на СаО и оксиды азота. Как безводная соль, так и кристаллогидраты нитрата кальция сильно гигроскопичны и на воздухе «расплываются».

Рис. 1. Растворимость в системе Ca(NO3)2-H2O.

Кальциевая селитра является универсальным физиологически щелочным удобрением, пригодным для всех почв и, прежде всего, для почв нечерноземной полосы с недостаточным содержанием кальция. Недостатками этого удобрения являются его большая гигроскопичность и относительно невысокое содержание азота. Кальциевую селитру выпускают в виде чешуйчатого или гранулированного продукта. Содержание в нем азота должно быть н/м 17.5%, количество влаги (общей, т. е. кристаллизационной и гигроскопической) не должно превышать 14%. С целью улучшения свойств кальциевой селитры допускается добавка к ней 4-7% аммиачной селитры, а также ее поверхностная обработка молотым известняком или парафинистым мазутом.