СВОЙСТВА МАТОЧНЫХ РАСТВОРОВ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРАСТВОРИМЫХ СОЛЕЙ КОНВЕРСИОННЫМ МЕТОДОМ

Рассмотрен конверсионный способ получения водорастворимых солей, в результате которого в качестве побочного продукта образуются маточные растворы. В ряде случаев эти растворы можно использовать в качестве товарных продуктов после предварительной доработки, однако оптимизация физико-химических и функциональных свойств жидких смесей эмпирическим путем может оказаться длительным и неэффективным процессом. В статье применяются физико-химический анализ гомогенных систем и метод математического планирования эксперимента, который позволяет оптимизировать жидкие смеси как по составу, так и по ряду заданных функциональных свойств. Отмечено, что конверсионный способ получения нитрата калия из нитрата кальция и хлорида калия защищен рядом патентов, однако в промышленном масштабе он до сих пор не реализован. Причиной этого может быть и проблема дальнейшего использования маточного раствора, содержащего хлориды и нитраты кальция и калия. В большинстве патентов отсутствуют сведения о получении хлорида кальция из маточного раствора, что свидетельствует о ряде трудностей, связанных с кристаллизацией этой соли. Маточный раствор производства нитрата калия может быть использован в качестве противогололедного реагента, хладагента, теплоносителя в энергетических системах, минерального удобрения и тяжелых жидкостей в нефтяной промышленности. Однако в каждом конкретном случае требуется определенная доработка его состава с целью достижения необходимых физико-химических и функциональных свойств. Исследована возможность использования маточного раствора производства нитрата калия в качестве тяжелых жидкостей в нефтяной промышленности. Изучены разрезы систем CaCl₂ – Ca(NO₃)₂ – М – H₂O, где М – маточные растворы после кристаллизации нитрата калия. В гомогенной области разрезов определена плотность и температура замерзания растворов. Показана принципиальная возможность улучшения эксплуатационных характеристик маточных растворов при введении дополнительных количеств солей кальция.

1. Пат. 2393117 Российская Федерация, МПК C01D 9/12, C01F 5/30. Способ получения нитрата калия и хлорида магния из хлорида калия и нитрата магния / Кудряшова О.С., Матвеева К.Р., Иваницкий А.И., Поляков А.Ю. – № 2008150608/15, заявл. 22.12.2008; опубл.27.06.2010, Бюл. № 18.

2. Пат. 2393118 Российская Федерация, МПК C01F 5/34, C01F 11/36. Способ получения хлорида магния и нитрата кальция в замкнутом цикле / Кудряшова О.С., Матвеева К.Р., Иваницкий А.И., Поляков А.Ю. – № 2008150606/15, заявл. 22.12.2008; опубл. 27.06.2010, Бюл. 18

3. Matveeva, K.R. Solubility in the 2KNO3 + MgCl2 ↔ 2KCl + Mg(NO3)2 – H2O system [Text] / K.R. Matveeva, O.S. Kudryashova // Russian Journal of Inorganic Chemistry. – 2009. – Vol. 54. – No 12. – P. 1998–2001.

4. Matveeva, K.R. Solubility in the CaCl2+ Mg(NO3)2 ↔ Ca(NO3)2+MgCl2 – H2O system [Text] / K.R. Matveeva, O.S. Kudryashova // Russian Journal of Inorganic Chemistry. – 2009. – Vol. 54. – No 7. – P. 1139–1143.

5. А.с. 31004 СССР, МПК C01D 9/12. Способ получения азотнокислого калия путем взаимодействия азотнокислого кальция и хлористого калия / Шойхет С.Н. – № 120160, заявл. 13.12.1932; опубл. 31.07.1933.

6. Пат. 1835704 USA, МПК C01D9/12 Production of potassium nitrate / Frowein F., Rahles E.;– заявл. 14.09.1928; опубл. 08.12.1931

7. Pat. 2751280 USA МПК B01J49/00. Process for effecting double conversion between two solutions of ionogenic substances by using ion exchangers / Hasselder W. – заявл. 19.01.1952; опубл. 19.06.1956.

8. Пат. 2206506 РФ МПК C01D 9/12, C01F 11/24 Способ получения хлорида кальция и нитрата калия из хлорида калия и нитрата кальция / Рустамбеков М.К., Таран А.Л., Данилов В.П., Щёголев А.И., Куп- цов Л.А., Зудин А.Б., Орлова В.Т., Мясников С.К., Щёголев И.А., Пирогов Л.В. - № 2002112843/12, за- явл. 16.05.2002; опубл. 20.06.2003, Бюл. 17.

9. Pat. 3361522 USA МПК C01D9/12. Process for the preparation of potassium nitrate / Flatt R., Flatt A., Flatt J.-P.– заяв. 28.03.1963; опубл. 02.01.1968.

10. А.с. 1495298 СССР, МПК C01D 9/12. Способ получения нитрата калия / Иванов Ю.А., Дмитревский Б.А., Мусиенко Л.И., Сукманов В.Е., Красильникова О.В. – № 4089140, заявл. 14.07.1986; опубл. 23.07.1989.

11. Пат. 2261227 Российская Федерация МПК C01D 9/12, C05C 5/02. Способ получения нитрата калия / Абрамов О.Б., Афанасенко Е.В., Дедов А.С., Захарова О.М., Киселевич П.В., Копылова Е.В., Мачехин Г.Н., Сеземин В.А., Шустов В.В. – № 2004125682/15, заявл. 23.08.2004; опубл. 27.09.2005 Бюл. № 27.

12. Pat. 2001077019 WO, МПК C01D9/04 A process for the production of potassium nitrate / Pipko G.– заяв. 12.04.2000; опубл. 05.04.2001.

13. Pat. 3433584 USA МПК C05C5/02. Production of potassium nitrate from calcium nitrate / Segar T.W., Ting Sin Go., – заяв. 07.03.1966; опубл. 18.03.1969.

14. Pat. 1706748 People Rep. Chine. High-purity potassium nitrate manufacture by low-temperature crystallization from concentrated calcium nitrate solution / Tang Sh. – № CN200410049426, заяв. 06.06.2004; опубл. 14.12.2005.

15. Danilov, V.P. Effect of reaction conditions on the conversion of calcium nitrate into potassium nitrate [Text] / V.P. Danilov [et al.] // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. – 2008. – Vol. 42. – No 5. – P. 579–582.

16. Данилов, В.П. Разработка способа получения нитрата калия из нитрата кальция – побочного продукта производства фосфорной кислоты [Текст] / В.П. Данилов [и др.] // Химическая технология. – 2006. – Т. 7. – № 12. – С. 4–8.

17. Kudryashova, O.S. Solubility in the Diagonal Sections of the 2KCl + Ca(NO3)2 ↔ 2KNO3 + CaCl2 – H2O System [Text] / O.S. Kudryashova, N.S. Kistanova // Russian Journal of Inorganic Chemistry. – 2016. – V. 61. – No 12. – P. 1596–1600.

18. Кистанова, Н.С. Исследование нонвариантных фазовых равновесий в системе KNO3 – CaCl2∙Ca(NO3)2∙4H2O – Ca(NO3)2∙4H2O–H2O при 25ºC [Текст] / Н.С. Кистанова [и др.] // Башкирский химический журнал. – 2012. – Т. 19. – № 4. – С. 178–181.

19. Feilchenfeld, H. The melting point adjustment of calcium chloride hexahydrate by addition of potassium chloride or calcium bromide hexahydrate [Text] / H. Feilchenfeld [et al.] // Solar energy. – 1985. – Vol. 34. – No 2. – P. 199–201.

20. Williams, D.F. Assessment of candidate molten salt coolants for the advanced high temperature reactor (AHTR) / D.F. Williams. – ORNL, 2006. – 86 p.

21. Pat. 4637888 USA МПК С09К5/06. Reversible phase change compositiqn fdr storing energy. / G.A. Lane, H.E. Rossow. – заяв. 11.06.1985; опубл. 20.01.1987.

22. Pat. 4392971 USA МПК С09К 5/06, F24H 7/00, F24J 3/02 Heat storage material / H. Kimura, J. Kai. – заяв. 18.12.1981; опубл. 12.07.1983.

23. Рябоконь, С.А. Технологические жидкости для закачивания и ремонта скважин [Текст] / С.А. Рябоконь. – 2-е изд. – Краснодар, 2009. – 337 с.

24. Рязанов, Я.А. Энциклопедия по буровым растворам [Текст] / Я.А. Рязанов. – Оренбург: «Летопись», 2005. – 651 с.

25. Krutikhin, E.V. A new method for liquid purifying compositions development [Text] / E.V. Krutikhin, O.S. Kudryashova // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. – 2009. – Vol. 43. – No 5. – P. 758–763.

26. Кудряшова, О.С. Александрова Г.А. Разработка дезинфицирующих композиций на основе систем ПАВ – вилагин – вода [Текст] / О.С. Кудряшова, Г.А. Александрова // Гигиена и санитария. – 2017. – Т. 96. – № 2. – С. 127–131.

27. Никурашина, Н.И. Метод сечений. Применение его к изучению многофазного состояния многокомпонентных систем [Текст] / Н.И. Никурашина, Р.В. Мерцлин. – Саратов: Саратовск. ун-т, 1969. – 120 с.

28. Журавлев, Е.Ф. Изучение растворимости в водно-солевых системах графоаналитическим методом сечений [Текст]/ Е.Ф. Журавлев, А.Д. Шевелева // Журнал неорганической химии. – 1960. – Т. 5. – № 11. – С. 2630.

29. Пат. 2416790 Российская Федерация МПК G01N 31/00, G01N 33/18 Способ изучения растворимости в многокомпонентных водно-солевых системах / Мазунин С.А., Фролова С.И., Кистанова Н.С. – № 2010105596/15, заявл. 18.02.2010; опубл. 20.04.2011, Бюл. № 11.

30. Крутихин, Е.В. Расчет математических моделей поверхностей свойств для 3-х и 4-х компонентных систем Optimum / Е.В. Крутихин, О.С. Кудряшова, Т.С. Белозерова. Св-во о гос. регистрации № 50200701160 от 01.06.2007.