Производство бесхлорных калийных удобрений. Нитрат калия.

Нитрат калия KNO₃, известный также под названием калийной селитры, представляет безводную кристаллическую соль белого цвета, хорошо растворимую в воде,содержит 46,58% К₂О, что в пересчете на азот составляет 13,85%.

Нитрат калия – сильный окислитель. При температуре выше 340°С он интенсивно разлагается в собственном расплаве с образованием вначале атомарного кислорода:

KNО₃ = KNО₂ + О.

Нитрат калия применяют для технических целей (в производстве дымного пороха, пиротехнике, пищевой и стекольной промышленности), а также в качестве минерального удобрения.

Нитрат калия – перспективное минеральное удобрение. Это концентрированное, физиологически щелочное, комплексное удобрение, обладающее хорошими физическими свойствами.

Нитрат калия может быть получен несколькими методами.

Наиболее распространен конверсионный метод, заключающийся в обменном разложении между различными нитратами и хлоридом, карбонатом или сульфатом калия. Обычно осуществляют обменное разложение между хлористым калием и нитратом натрия:

NaNО₃ + KCl = NaCl + КNО₃.

Можно использовать также NH₄NO₃, но в этом случае в качестве побочного продукта получается NH₄C1, спрос на который ограничен.

Сравнительно просто нитрат калия может быть получен ней­трализацией азотной кислоты гидроокисью или карбонатом калия или улавливанием растворами этих веществ выхлопных нитрозных газов. В по­следнем случае получаются растворы нитрата и нитрита калия:

2KOH + NO + NО₂ = 2KNО₂ + H₂О,

2КОН + NO₂ = KNO₃ + KNО₂ + Н₂О,

которые инвертируют азотной кислотой по обычной схеме:

3KNО₃ + 2HNО₃ = 3KNО₃ + 2NО + Н₂О.

Однако названные способы из-за дефицитности гидроокиси калия и поташа применяются пока сравнительно редко.

Калийную селитру получают также методом катионного обмена с использованием в качестве исходного сырья нитрата кальция и хлористого калия.

Сущность метода заключается в обменной гетерогенной реакции между катионом твердой фазы (катионитом) и катионами жидкой фазы. В качестве катионитов применяются различные природные и искусственные цеолиты, сульфированные угли, органические смолы.

Получение нитрата калия методом катионного обмена состоит из нескольких операций:

1)      получение раствора Ca(NО₃)₂;

2) катионный обмен между ионами Са²⁺ на ионы К⁺ с получением         кальцийсодержащего катионита:

Са(NО₃)₂ + /катионит/К₂ = 2КNO₃ + /катионит/Са;

3) регенерация кальциевого катионита раствором хлористого
калия и получение калийсодержащего катионита:

/катнонит/ Са + 2КС1 = /катионит/ К₂ + СаСl₂;

4)    упаривание раствора нитрата калия, полученного на стадии катионного обмена, кристаллизация соли, центрифугирование и сушка;

5)    утилизация раствора СаС1₂, полученного на стадии регенерации катионита.

Основной процесс получения нитрата калия осуществляется в башнях, наполненных катионитом, в которых попеременно проводится обработка катионита раствором нитрата кальция (операция катионного обмена), а затем раствором хлористого калия (операция регенерации катионита).

Производство нитрата калия указанным методом – процесс сравнительно энергоемкий, однако простой технологически и связан с применением недефицитного сырья.

Значительное внимание уделяется также разработке способов получения калийной селитры, основанных на взаимодействии хлористого калия с азотной кислотой или окислами азота. Схематично протекающие при этом процессы можно выразить реакциями:

3KCl + 4HNO₃ = 3KNO₃ + Cl₂ + 2H₂O + NOCl,

2KC1 + 3NO₂ + H₂O = 2KNO₃ + 2HC1 + NO,

HC1 + 2NO₂ = HNO₃ + NOC1.

Реакции осуществляют в растворах при 75–85°C.

Существуют модификации этого метода. Предлагается, например, обрабатывать твердый хлористый калий парами азотной кислоты с получением плава нитрата калия:

KC1 + 2HNO₃ = KNO₃ + HNO₃ + HC1,

HNO₃ + 3HC1 = NOC1 + C1₂ + 2H₂O.

В другом случае твердый хлористый калий обрабатывают жидкой или газообразной двуокисью азота

KCl + 2NO₂ = KNO₃ + NOCl.

Эта реакция ускоряется в присутствии паров воды и идет с большой скоростью при низкой температуре (– 10°C), причем с жидкой двуокисью азота взаимодействие можно проводить в автоклаве, а с газообразной – в шаровых мельницах.

Все эти способы получения KNO₃ из хлористого калия и азотной кислоты (или окислов азота) не нашли пока промышленного применения из-за трудностей, связанных главным образом со значительной коррозией аппаратуры.

В промышленности наиболее распространен конверсионный способ получения нитрата калия..

В качестве минерального удобрения нитрат калия применяется пока в ограниченных количествах, главным образом под хлорофобные культуры (табак, виноград, плодовые), а также в составе жидких и твердых смешанных удобрений.