Лабораторные работы по общей химической технологии (стр. 4 )

И ЕГО АНАЛИЗ

1. Цель работы

1. Разделение смеси солей, содержащих хлориды калия и натрия.

2. Определение массовой доли хлорида калия  в исходной смеси и в продуктах, полученных после их разделения избирательным растворением.

2. Теоретическая часть

В природных условиях соли обычно смешаны с другими солями. Отделение солей друг от друга осуществляется растворением их в воде с последующим фильтрованием и кристаллизацией. Дальнейшая очистка солей проводится путем дробной кристаллизации.

Для выделения веществ из раствора находит применение метод политермической кристаллизации, который основан на различной  растворимости солей в зависимости от температуры. Если растворимость одной из солей увеличивается с повышением температуры более резко по сравнению с растворимостью другой соли, то выделение первой соли  можно осуществить охлаждением раствора солей, приготовленного при повышенной температуре. Этим методом проводят выделение хлорида калия из сильвинита.

При кристаллизации соли участвуют самые разнообразные факторы: скорость кристаллизации, температуру, степень очистки солей от примесей, использование теплоты, получаемой при охлаждений раствора, и т. д.

Выделения хлорида калия из сильвинита и его анализ.

Производство хлорида калия из сильвинитовой руды галургическим способом – растворением и раздельной кристаллизацией основано на различной растворимости в воде KCl и NaCl. Процесс растворения ведут при 90 – 1000С с последующим охлаждением раствора до 20-25 0С. В растворах, насыщенных обоими солями, с повышением температуры от 20-25 до 90-100 0С содержание KCl возрастает примерно в 2 раза, а содержание NaCl – уменьшается. При охлаждении такого горячего раствора будет кристаллизоваться только KCl, а NaCl останется в растворе. Это свойство системы KCl – NaCl – H2O используется в циклическом процессе получения KCl из сильвинита.

Оптимальные условия переработки сильвинита можно установить исходя из данных по растворимости  в системе  NaCl-KCl-H2O, приведенных в таблице 11. 1. В таблице 1 приведены растворимости солей (NaCl и KCl), а также состав раствора, находящегося в состоянии равновесия со смесью хлоридов калия и натрия.

  Таблица 11. 1

Температура, 0С	Состав осадка	Количество граммов соли на 100 г воды
NaCl	KCl
25	KCl	-	26.96
NaCl	36.63	-
KCl+NaCl	29.38	16.28
50	KCl	-	43.12
NaCl	36.50	-
KCl+NaCl	29.09	22.03
75	KCl	-	49.70
NaCl	37.75	-
KCl+NaCl	27.87	29.06
100	KCl	-	56.20
NaCl	39.40	-
KCl+NaCl	27.39	35.16

Принципиальная схема переработки сильвинитовых руд состоит из следующих операций:

Выщелачивание измельченного сильвинита горячим маточным раствором, полученным после кристаллизации KCl; при этом из сильвинита в раствор переходит KCl, a NaCl полностью остается в отвале Отделение горячего щелока от отвала и осветление его от мелких увлеченных твердых частиц (ил и солевой шлам) Охлаждение щелока, сопровождающееся кристаллизацией KCl Отделение кристаллов KCl от маточного раствора, сушка Нагревание маточного раствора, возвращаемого на выщелачивание KCl из новых порций сильвинита

Практически получаемые составы твердых и жидких фаз после выщелачивания и кристаллизации несколько отличаются от характерных для данного процесса. Состав горячего щелока после выщелачивания сильвинита отличается от эвтонического – степень насыщения его хлористым калием, в зависимости от способа выщелачивания, составляет 90-96%; поэтому при охлаждении щелока вначале кристаллизуется только NaCl. После достижения температуры, соответствующей насыщению, начинает кристаллизоваться KCl, а выделившийся ранее NaCl при активном перемешивании мог бы раствориться, но он обычно прикрывается кристаллами KCl и поэтому не растворяется. Это является причиной загрязнения продукта хлористым натрием. Так, при степени насыщения горчего щелока хлористым калием на 96% его содержание в кристаллизующейся соли составляет 99,3%, а из щелока, насыщенного только на 90,6% получается соль, содержащая 94,3% KCl. Это показывает важность достижения максимальной степени насыщения горячего щелока хлористым калием, как и использования прямоточного выщелачивания, когда в щелоке содержится меньше кристаллической трудноотделяемой взвеси NaCl хлористым калием при противоточном выщелачивании.

       В производственных условиях в процессе осветления горячего щелока он несколько охлаждается и из него кристаллизуется некоторое количество NaCl, удаляющееся вместе с солевым и глинистыми шламами, - происходит самоочищение горячего щелока, повышается степень его насыщения хлористым калием.

       При вакуум-охлаждении щелока от 100 до 20 0С теоретически может быть испарено 12% воды без загрязнения кристаллизующегося KCl хлористым натрием. Практически выделяющийся в начале кристаллизации с испарением воды хлористый натрий прикрывается затем слоем хлористого калия и не может перейти обратно в раствор; поэтому маточный щелок остается недонасыщенным по NaCl. Для предотвращения загрязнения хлористого калия хлористым натрием к щелоку добавляют в начале кристаллизации воду – конденсат.

       Если сильвинит загрязнен карналлитом, то вследствие циркуляции щелока в нем постепенно накапливается MgCl2. В этом случае щелок нужно обновлять, так как в присутствии MgCl2 растворимость KCl уменьшается, а при концентрации MgCl2 больше 100г/1000г Н2О растворимость NaCl в насыщенных растворах KCl с понижением температуры уменьшается. Это приводит к загрязнению KCl, кристаллизующегося при охлаждении горячего щелока, хлористым натрием. При содержании в сильвините 1,106% MgCl2 и при испарении в процессе охлаждения щелока 4% воды содержание KCl в продукте равно 87% при концентрации MgCl2 в маточном растворе 137г/1000г Н2О и 80% при 213г/1000г Н2О; извлечение KCl из сырья в первом случае 90,3, во втором 92%.

3. Экспериментальная часть

Химические реактивы, посуда, приборы

Два фарфоровых или стеклянных стакана на 200-250 мл Мешалка Термометр Воронка для горячего фильтрования Раздробленный сильвинит или искусственная смесь эквивалентных количеств  хлорида калия хлорида натрия Технохимические и аналитические весы Мензурка на 100-150 мл Раствор гексанитриткобальт (III) натрия

Порядок проведения работы

Сильвинит растворяют в стакане, снабженном стеклянной мешалкой  термометром.

Выщелачивание сильвинита  проводится щелком. Для его получения отвешивают в стакане 50  г сильвинита, наливают 100 мл воды, нагревают до кипения и после перемешивания  стеклянной палочкой охлаждают.

Холодный раствор декантируют  с выпавшего осадка в стакан, в который добавляют 50 г сильвинита, и смесь при перемешивании нагревают до 100 С. Затем раствор отделяют от осадка через воронку для горячего фильтрования через воронку Бухнера с отсосом. Для фильтрования можно применить  обычный бумажный фильтр. Оставшуюся смесь солей сдают лаборанту. Охлаждают раствор до 25 С, выпавший осадок хлорида калия отфильтровывают через воронку с пористой стеклянной пластинкой или через бумажный фильтр, осадок высушивают и взвешивают.

4. Обработка результатов

Для анализа продукта отвешивают на аналитических весах 0,1-0,2 г соли, растворяют ее в 10-12 мл воды, подкисляют 1-2 мл уксусной кислоты и приливают раствор кобальтнитрита натрия до прекращения выделения желтого осадка K2Na[Co(NО2)6]·H2O. Фильтруют осадок через воронку с пористой пластинкой и асбестовым волокном Осадок промывают сначала 10%-ным раствором уксусной кислоты до появления бесцветного фильтрата, а затем спиртом. Осадок высушивают при 110 0С, взвешивают и рассчитывают процентное содержание хлорида калия во взятой навеске. Аналитический фактор для определения количества хлорида по массе K2Na[Co(NО2)6]·H2O – 0,1642.

где m – масса высушенного осадка гексанитрокобальтата натрия калия, г; m1 – масса навески анализируемой смеси, г; 0,1642 – аналитический множитель.

На основании количества полученного хлорида калия и количества  взятого сильвинита рассчитывают выход хлорида калия.

Фильтрат, оставшийся после отделения хлорида калия, можно использовать в дальнейших работах по выщелачиванию  хлорида калия из сильвинита.

5. Задания и оформление работы

Результаты опыта оформляют в виде таблицы

Взято воды (в г.)	Взято солей (в г.)	Выпало солей из раствора (в г.)	Выход соли (в %)
KCl	NaCl	KCl	NaCl

Блиц-тест

1. Укажите формулу сильвинита

А.        В.        С.

D.        Е.