Как получают калий в промышленности

Калий в золотодобыче: Применяется цианид калия (KCN) – как реагент для извлечения из руды серебра и золота.

Калий в нефтедобыче: Формиат калия используется в качестве жидкости для добуривания и рекон­струкции буровых скважин

Калий в металлургии: Фтористый калий (KF) есть в составе металлургических флюсов; применя­ется также и для введения фтора в органические соединения.

Калий в стекольном и мыловаренном производствах: Здесь используется углекислый калий (К2CO3)

Калий в фотографии: Здесь применяется бромистый калий (KBr) – он предохраняет негатив или отпечаток от вуали.

Калий в бытовой химии: Фосфаты калия, в частности
К4Р2О7 и К5Р3О10, – это компоненты моющих средств.

Калий в атомной промышленности: Тетрафторобромата калия (KBrF4) при­меняется для получения гексафторида урана при отделении урана от примесей редкоземельных элементов, а также для замены других фторокислителей при очистке и для получения фторидов таких металлов, как молибден, вольфрам, рений и других.

Как получают едкий калий?

Калий в пиротехнике и спичечном производстве: Применяется хлорат калия(КClO3)

• Что такое калий?

• Зачем калий нужен растениям
• Зачем калий нужен человеку
• Почему человечество не может обойтись без калия

• Применение в сельском хозяйстве

• Зачем фермеры используют удобрения
• Почему важно правильно удобрять растения
• Какими бывают удобрения
• Калийсодержащие удобрения
• Сколько калия нужно растениям
• Сколько калия растения поглощают из почвы
• Что будет с урожаем при недостатке калия

• Когда начали добывать калий
• Как добывают калий сейчас

• Метод подземного выщелачивания (или растворения)
• Шахтный метод добычи
• Выпаривание из соленых озер

• Флотация
• Галургия

Источник: infopotash.com

Добыча и получение калия

Земная кора содержит около 1,84% калия. Этот химический элемент занимает второе место за натрием по объему количеству присутствия в природе. В литосферных плитах калия присутствует огромное количество в виде алюмосиликатов, таких как полевой шпат ортоклаза. Это соединение занимает практически 18% объема коры нашей планеты.

Значительные залежи солей калия в достаточно чистом состоянии были образованы вследствие выпаривания древних водоемов. Самым значимым минеральным соединением калия для химической отрасли можно назвать сильвин (KCl), а также сильвинит (объединенная соль NaCl и KCl). Внушительные залежи калиевых солей обнаружили геологи из Стассфурта (Германия) в 1856 году. В этих местах на протяжении ста лет промышленными методами происходила добыча калия, а именно поташа.

Получение калия

Впервые получение металлического калия состоялось методом электролиза расплавленного едкого калия (KOH) в 1807. Сделать это смог английский химик и физик Гемфри Дэви. Он назвал подученный элемент «potassium». Вероятно, Дэви выбрал такое название из-за того, что нашел этот элемент в поташе. В русском языке «калий» появился в 1831 году благодаря трудам академика Германа Гесса, работавшего в Петербурге.

Добыча и обработка калия. MADE.BY

Производство калия основано на обменных реакциях между металлическим натрием и KOH или KCl, которые выглядят таким образом:

• KOH + Na = NaOH + К
• KCl + Na = NaCl + К.

Обязательным условием для протекания реакции между расплавленным гидроксидом калия и жидким натрием является наличие противотока в тарельчатой никелевой колонке для протекания реакций. Происходит это при температурах от 380 до 440 С. Для протекания второй реакции сквозь расплавленную соль KCl проводят пары Na при температуре от 760 до 800 С. Образующиеся пары калия специалисты подвергают конденсированию.
Кроме этого этот металл специалисты получают при помощи нагревания свыше 200 C смесей калий хлора в присутствии алюминия (или кремния), а также извести. Сегодня метод электролиза используется крайне редко. Причина этого заключается в слишком малом выходе калия и сложности гарантирования безопасного протекания реакции.

Калий в природе

В океанических водах находится примерно 0,06% хлорида калия. Хотя несколько небольших водоемов, к примеру, озеро Солт-Лейк или Мертвое море, содержат больше этого вещества, до 1,5%. В таких случая добыча данного элемента рентабельна. На территории Иордании возведено большое предприятие, которое производит миллионы тонн калийных солей из Мертвого моря.
Несмотря на примерно одинаковое распространение в горное породе натрия и калия, количество калия в океанах практически в 30 раз ниже, чем натрия. Это происходит вследствие того, что калийные соли, содержат крупный катион, и из-за это имеют более низкую растворимость. Калий образует высокопрочные связи в силикатах и алюмосиликатах, расположенных в почве вследствие ионного обмена в глине. Помимо этого, выщелачиваемый из горных пород калий в большой степени поглощают растения. Ученые посчитали, что из одной тысячи атомов калия, которые освобождаются в процессе химического выветривания, лишь два попадают в морской бассейн, а остальные оседают в земле.
Калий – это крайне значимый элемент жизнедеятельности растений, и развитие дикорастущих растений зачастую ограничено доступностью этого элемента. В результате нехватки калия рост растений замедляется, а их листья становятся желтыми. Нехватку калия восполняют при помощи удобрений.

Месторождения калия

Основные залежи солей калия находятся на территории Европы и Северной Америки. Крупнейшими месторождениями ученые признали Верхнекамское в России и Саскачеванское в Канаде. В этих двух места расположено 82.2% мировых запасов оксида калия. Более мелкие запасы этого металла присутствуют практически в 20 государствах. На первом месте Россия, на втором – Канада, на третьем – Беларусь, и на четвертом — Германия.

Таблица 1.Запасы калийного сырья по странам мира

СтранаЗапасы, млн. тонн%

Россия	20 346	50,7
Канада	14 506	36,1
Беларусь	1 482	3,7
Германия	1 220	3,0
Туркменистан	726	1,7
Таиланд	300	0,8
Прочие	1 613	4,0

На протяжении последних десятилетий много калиевых шахт было закрыто. Тем не менее сегодня предложение на четверть превышает спрос.
На территории нашей страны разработки ведутся только в Верхнекамском источнике, расположенном в Пермском крае. В нем находится 90% разведанных залежей и 98% — оцененных. Разработкой месторождения в крупнейшем горно химическом комплексе занимается предприятие ОАО «Уралкалий» совместно с ОАО «Сильвинит». Кроме калийных солей месторождение богато каменной солью.

Источник: mining-prom.ru

Как получают калий в промышленности

Наиболее разработанными способами термического получения калия являются обменное разложение металлическим натрием едкого кали и хлористого калия.
При первом методе в реакционный аппарат непрерывно подаются расплавленные KOH и натрий, а в реакторе при 380—440° образуются едкий натр и металлический калий. Смесь расплавленных KOH (40%), NaOH (60%) и калия непрерывно вытекает из реактора. Непрерывность процесса обеспечивает высокую производительность реакционного аппарата (рис. 2)
Второй метод базируется на реакции

KCl + Na = К + NaCl

В СШA этот способ реализован на заводе фирмы Каллари. При обменном разложении получается смесь хлоридов калия и натрия и сплав металлических калия и натрия. В колонне из нержавеющей стали, наполненной кольцами Рашига из того же материала, происходит перегонка сплава, в результате которой получают металлический калий. Этот же завод выпускает сплав калия с натрием, содержащий до 60% К.
Оба способа имеют ряд существенных недостатков: низкое использование сырья, обусловленное большими потерями его в производстве; низкое качество получаемого металлического калия (загрязнен натрием, щелочами, окислами и перекисями); легкая взрываемость получаемого продукта при наличии примесей; сильная коррозия аппаратов, вызванная присутствием едкого кали и приводящая к необходимости частой замены реакторов.
К термическим методам получения калия относится также сульфатный, основанный на реакции

2K2SО4 + 5Fe = 4К + FeS + 2Fe2О3 + SO2.

Недостатки его: высокая агрессивность расплава (остатков шихты) при температурах процесса 850—1050°; трудности, возникающие при извлечении остатков шихты из печи; низкое качество получаемого продукта. Хотя в этом случае применяется дешевый восстановитель и материальный поток относительно небольшой, но все же в настоящее время метод должен быть оценен как малоперспективный.
Недостатки термических способов получения калия и его сплавов с натрием побудили заняться разработкой вакуум-термических способов, этому благоприятствовало общее развитие вакуумной техники.
Вакуум-термические методы получения металлического калия базируются на следующих основных химических реакциях:

Кроме этого, могут быть осуществлены еще два метода получения металлического калия:

Алюмотермический способ разработан достаточно детально и может быть реализован в промышленности. Для его осуществления применяются вакуум-ретортные печи.
Загрузку и разгрузку реторты целесообразно производить без предварительного охлаждения. Перед началом термического процесса шихту следует выдержать при 600°. В последующем желательно максимально сократить продолжительность пребывания шихты при 700—800°, неблагоприятных для восстановления (улетучивание KCl). Наиболее полного извлечения калия добиваются, осуществляя процесс восстановления при температуре выше 900°; с повышением температуры продолжительность термического процесса резко сокращается. Давление в реторте во время реакции должно быть менее 0,5 мм рт. ст.
Технологические показатели этого способа в значительной мере зависят от состава шихты, наиболее перспективна шихта с молярным отношением CaO и KCl, равным 0,6—1,0 и Al к KCl, равным 0,8—1,2. Существенное повышение извлечения наблюдается при введении в шихту фтористых солей и, в частности, фтористого калия или фтористого кальция (5%). При применении алюминия в виде сплавов восстановительная способность его уменьшается с увеличением количества примесей.
Значительное влияние на извлечение калия оказывает крупность компонентов шихты — особенно восстановителя. Извлечение калия, приближающееся к 100%, можно получить лишь при работе на алюминиевом порошке и окиси кальция менее 36 мк.
Необходимость применения относительно дорогого алюминиевого порошка является недостатком алюмотермического метода.
Карбидотермический и силикотермический способы разработаны в одинаковой степени и оба могут быть реализованы в промышленности
При карбидотермическом способе можно применять в качестве восстановителя отходы карбидного производства (мелочь, получающаяся при дроблении блоков карбида кальция).
Удовлетворительные результаты восстановления достигнуты на вертикальной вакуум-ретортной печи, причем, в частности, решен вопрос раздельной конденсации соли и металла (рис. 3). Процесс можно вести без охлаждения печи, загружая шихту в горячую печь и выгружая продукты реакции также из горячей печи, что сокращает продолжительность цикла и снижает расход электроэнергии.

Разработаны технологические переделы процесса получения металлического калия и соответствующие мероприятия, обеспечивающие безопасность отдельных операций технологического процесса. Последнее имеет особо большое значение, поскольку выделение ацетилена может вызвать взрывы и отравление работающих.
Можно принять следующие технические условия на исходные материалы: потери при прокаливании хлористого калия не выше 0,3 /о, степень измельчения хлористого калия — не крупнее 80 меш, а карбида кальция — не крупнее 3 мм; время нахождения шихты на открытом воздухе не более 4 час. Некоторые показатели карбидотермического метода приведены в табл. 1.

По безопасности работы и меньшему удельному расходу восстановителя cиликотермический способ получения калия имеет преимущество перед карбидотермическим.
В качестве исходного сырья для получения калия силикотермическим методом применяют хлористый калий, известняк и ферросилиций Необходимо, чтобы исходные материалы содержали минимальное количество солей натрия, так как последний восстанавливается легче, чем :калий, и полностью переходит в продукт (металлический калий).
Исходная калийная соль должна быть высушена при температуре 200—400°. Остаточная влага не должна превышать десятых долей процента. Известняк прокаливается во вращающейся печи при температуре 1200—1250° до полного разложения карбоната.
Калийная соль, известь, фтористый кальций и ферросилиций подвергаются размолу во вращающейся шаровой мельнице до крупности — 80 меш. Соль и известь должны храниться в герметичной таре.
Исходные материалы дозируются и загружаются на 40—45 мин. в смеситель. Тщательно перемешанная шихта поступает на брикетирование, осуществляемое в валковых или револьверных прессах, при давлении порядка 500—700 кг/см2. Размеры брикетов диаметр 75 мм, высота 30 мм. Процесс прессования идет легко, а брикеты получаются прочными.
Готовые брикеты загружают в кюбеля и потом в горячую вакуум-ретортную электрическую или газовую печь. Температура процесса 900°. Остаточное давление в печи 0,2—0,3 мм рт. ст. Продолжительность цикла 10 час.: из них 2 часа загрузка и разгрузка печи и 8 час. процесс восстановления. Наиболее трудоемкой операцией при разгрузке печи является удаление сконденсировавшейся соли.

Показатели силикотермического процесса приведены в табл.
Трудности, возникающие при электролитическом получении калия электролизом расплавленных сред при твердом или жидком катоде, вызывают необходимость дальнейших исследований как в части аппаратурного оформления, так и в направлении улучшения технико-экономических показателей.
В связи с получением при ряде процессов не калия, а сплавов его с натрием и свинцом, необходимо совершенствовать методы вакуумной отгонки калия из сплава свинец — калий и ректификации сплава натрий — калий.
Применяемый ныне способ получения калия обменным разложением едкого кали или хлористого калия металлическим натрием обладает существенными недостатками.
Более перспективны вакуумные методы (силикотермический или карбидотермический), которые могут быть реализованы в промышленном масштабе, для этого необходимо создание вакуумной печи, позволяющей получать за цикл 480—500 кг металлического калия.

• Электролитические способы получения калия
• Свойства и применение калия
• Термические способы получения натрия
• Электролиз хлористого натрия
• Электролиз едкого натрия
• Свойства и применение натрия
• Вакуум-термические методы получения лития
• Электролитическое получение лития
• Извлечение лития из руд
• Свойства и применение лития и его соединений

Источник: metal-archive.ru