Bài giảng Công nghệ sản xuất phân bón vô cơ - Chương 3: Sản xuất phân Kali - Nguyễn Văn Hòa

1Các loại phân kali: Nguyên liệu sản xuất: khoáng Silvinit, khoáng Carnalit, khoáng kainit, khoáng langbeinit, phèn alunit CHƯƠNG 3: SẢN XUẤT PHÂN KALI K2SO4 (48-52% K2O) KCl (40-60%K2O) KNO3, KHCO3, K2SO4 + MgSO4 23.1. 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 • Hàm lượng các muối: 22-31% KCl (thường 25%); 71% NaCl; 1,8% CaSO4; 0,2% MgCl2; khoảng 2% sét không tan. 33.1.1.1 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 4a • Giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ NaCl-KCl-H2O a' 25°C A’ 100°C Số g KCl/100g H2O 2 W(H O) b KCl NaCl E 1 a E 2 b' S ố g N aC l/ 1 0 0 g H 2 O B A a5 d c b m E25 E100 a N L H2O K NaCl KCl 6a • Sơ đồ sản xuất KCl từ Silvinit Khoáng SilvinitNghiền quặngHòa tan ở 1150C Đun nóng nước cái lên 1150C Lọc tách KCl ở dưới 300C Sấy khô, đóng gói sản phẩm Lọc loại cặn và NaCl ở 900C Hạ nhiệt độ xuống 300C, kết tinh KCl Cặn bẩn và muối NaCl 95-98% KCl 73.1.1.2. Phương pháp tuyển nổi 8Khoáng SilvinitNghiền 0,7mm Tuyển nổi (dung dịch bão hòa NaCl+KCl) Cặn bẩn và muối NaCl Thuốc tuyển Bọt chứa KCl Ly tâm Sấy Sản phẩm • Thuốc tuyển: các ankylsunfat của kim loại kiềm (VD C12H25SO4Na), các aliphaticamin (VD C18H37NH2, HCl). • Chất tạo bọt: dầu thông, butanol > 90% KCl 93.1.1.3. 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. 10 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 11 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). • 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. 12 a Giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ MgCl2-KCl-H2O 250C 1000C 3 H2O A B % MgCl2 E44 E3 E2 E1 2 1 D (KCl.MgCl2.6H2O) % KCl 5040302010 c 1’ 1’’ - 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 ’ 13 3.2. Chế tạo K2SO4 K2SO4 không hút ẩm, không kết khối Khối lượng riêng: 2,66 g/cm3 Hàm lượng K2O: 48 – 52% T0nc = 1066 0C Tan tốt trong nước: Nhiệt độ, 0C Độ tan, g/100g nước 25 12,05 50 16,5 100 242 14 3.2.1. Phương pháp Mannheim Phản ứng tỏa nhiệt: KCl + H2SO4  KHSO4 + HCl Phản ứng thu nhiệt: KHSO4 + KCl  K2SO4 + HCl 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 >50%K2O 15 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 16 3.2.2. Phương pháp đi từ khoáng thiên nhiên Đi từ khoáng kainit (KCl.MgSO4.3H2O): 12,7%K2O; 16,2%MgO 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 17 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 18 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 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