Поташ (производство П.) — почти до середины текущего столетия единственным источником для получения П. служила зола растений, древесных и травянистых. Ныне получение П. из золы сохранило свое значение лишь в странах, обладающих большими лесными пространствами, в таких местностях, из которых не может быть полного сбыта леса, как в России на С и на СВ, а также во многих местах Сев. Америки. Из других источников для получения П. в Зап. Европе стали прежде всего пользоваться золой так называемой паточной, или мелассной барды (Dubrunfaut, 1838 г.), затем стали извлекать П. также из овечьего пота (Maumenet и Rogelet, 1859 г.), а с открытием и установлением разработки стассфуртских залежей калиевых солей главным источником для добывания П. сделались эти соли, именно хлористый калий и сернокалиевая соль, перерабатываемые на П. по способу Леблана.
П. из золы растений. Различают два сорта такого П.: древесный и травяной. Для получения последнего служит зола травянистых степных растений, а также зола стеблей подсолнечника. Получение травяного П. производится у нас в вост. губерниях. Древесная зола для получения П. прежде нарочно заготовлялась в наших лесах посредством сжигания не имеющего сбыта лесного материала в кострах, ямах или в печах. Такое пользование лесным материалом возможно еще и теперь в отдаленных от торговых центров местностях, употребляя для этой цели различные лесные отбросы, как ветви, корни и т. п. Во всяком случае и в России производство травяного и древесного П. постепенно сокращается, частью благодаря возможности получать П. из Германии, частью вследствие замены П. во многих случаях более дешевой содой и, наконец, отчасти вследствие мероприятий, направленных против хищнического пользования лесами. Производство П. из растительной золы носит кустарный характер, а потому техническая обстановка этого производства весьма проста. Общий ход получения П. из золы состоит в том, что сначала водой выщелачивают растворимые соли, содержащиеся в золе, полученный щелок выпаривают и затем сырой П. прокаливают. Из березы, сосны, ели получают менее 1% чистой золы (не содержащей угля); вообще древесина содержит меньше минеральных солей, нежели кора деревьев и травянистые растения. Вполне выжженная зола содержит в %: щелочи до 18,6 (K2O), извести (СаО) до 49,80, магнезии (MgO) 10,80, углекислоты (СО2) до 30,10, серной кислоты (SO3) до 4,96, остальные составные части заключаются в небольших количествах, а именно, закись марганца (MnO), окись железа (Fe2O3), глинозем (Al2O3) и кремнезем (SiO2). В практике различают два главных сорта золы: лесную, получаемую сжиганием древесного материала в кострах, ямах и пр., и печную (Brennasche) из топок. Выщелачивание золы производят в деревянных чанах со вторым продырявленным дном, на которое накладывают слой соломы; между двумя днищами делают отверстие со вставленной в него трубкой для опускания щелока; в ложное дно вставляют иногда вертикальную открытую с обоих концов трубку для удаления воздуха, вытесняемого водой из золы; для более удобного удаления выщелоченной золы чаны устанавливают так, что они могут быть опрокидываемы, вращаясь около горизонтальной оси; для наполнения золой над чанами располагают воронку, соединяющуюся с пеньковыми рукавами, по которым зола насыпается в чаны. Лучше наполнять чаны для выщелачивания золой, предварительно смоченной водой, так как тогда при выщелачивании вода равномернее проникает в массу золы и выщелачивание вообще происходит более правильно. Золу смачивают водой, тщательно перемешивают, дают ей лежать 1/2—1 день и тогда нагружают в чаны для выщелачивания, причем стараются наложить ее возможно плотнее. Выщелачивание обыкновенно ведут следующим образом. В чан, наполнений золой до 3/4 высоты, наливают холодной или горячей воды и оставляют на 4 часа; тогда спускают первый щелок крепостью около 20°В., который подвергается прямо выпариванию. На золу наливают еще 2 раза воду, давая стоять каждый раз 2 часа; второй и третий щелока, как более слабые, последовательно проходят через 1 или 2 чана со свежей золой и настолько насыщаются солями, что затем подвергаются выпариванию. Таким образом при установившемся ходе выщелачивания зола в каждом чане подвергается выщелачиванию три раза, притом в первый и второй раз слабым щелоком, а в третий раз водой. Получаемый щелок, как главную составную часть, содержит углекалиевую соль (K2CO3), далее немного угленатриевой соли и сернокислых солей калия и натрия, и, кроме того, малые количества хлористых и кремникислых солей щелочлых металлов, органические вещества, окрашивающие щелок в грязновато-бурый цвет, и механические примеси (Fe2O3, Mn3O4 и др.) вследствие неудовлетворительной фильтрации. Выпаривание щелока производится в железных сковородах и в чугунных котлах на голом огне. Более удобная комбинация аппаратов из применяемых на таких заводах для выпаривания щелока состоит из трех выпарительных сковород с одной топкой, из которой огонь проходит последовательно под дном этих сковород, и котла с отдельной топкой. Щелок в сковородах только сгущается, в котле же окончательно выпаривается досуха. Цвет щелока во время выпаривания становится темнее; по достижении надлежащей концентрации из него начинают выделяться твердые соли (K2SO4 и др.) и лучше всего с этого времени прекратить нагревание, производя помешивание затвердевающей при охлаждении массы; тогда получают П. в виде массы, не пристающей к стенкам котла, в противном случае приходится отбивать П. от стенок котла. Получаемый сырой П. имеет грязно-бурый цвет, на воздухе легко расплывается, дает бурый водный раствор. Поэтому такой П. подвергают прокаливанию или кальцинированию в пламенных или в отражательных печах. При кальцинировании удаляется вода и сгорают органические вещества, так что кальцинированный П. имеет белый цвет и дает бесцветный водный раствор. Главное условие, которое должно быть выполнено при кальцинировании — такая температура накаливания, чтобы не происходило сплавления П.: во время кальцинирования П. должен иметь вид раскаленного песка; кальцирование продолжается до 6 часов. При кальцинировании П. теряет 10 — 25% в весе. Кальцинированный П. представляет пористую твердую массу белого цвета с синеватым оттенком; содержит от 72 до 78% углекалиевой соли и в небольших количествах другие калиевые соли (К2SO4, KCl, K2SiO3, К3PO4), не растворимые в воде соединения (SiO2, СаСО3, Fe2O3), а также немного натриевых солей (преимущественно Na2CO3) [1]. В Америке готовят несколько сортов древесного П. Обыкновенный сорт П. весьма часто получают прибавляя к древесной золе перед выщелачиванием известь. Такой П. содержит более половины щелочи в виде едкой и потому плавится при низкой температуре и легко расплывается на воздухе. Американский П., соответствующий русскому, приготовляют, растворяя сырой П. вновь в воде, выпаривая раствор, по отделении нерастворимых веществ, и прокаливая остаток. Такой П. (pearl-ash) более чист, нежели кальцинированный П.
Получение П. из мелассы. Меласса, или черная патока, представляющая отброс свеклосахарного производства (см.), содержит около 1/2 по весу сахара и 16 — 18 проц. солей (главным образом калия и частью натрия). Так как сахар благодаря содержанию других органических веществ и солей не может быть выделен из мелассы кристаллизацией, то до новейшего времени важнейшим применением мелассы являлось употребление ее для винокурения. При винокурении, после разбавления мелассы водой и прибавления серной кислоты до слабокислой реакции, ее подвергают брожению, и от перебродившей жидкости отгоняют спирт. Остающаяся после отгонки спирта жидкость, мелассная, или паточная барда, содержит все соли, заключавшиеся в мелассе. Выпаривая эту жидкость и прокаливая остаток, получают золу, содержащую преимущественно углекалиевую и угленатриевую соли, но вообще в различных количествах. В большинстве случаев такая зола содержит в процентах: K2CO3 от 30 до 60, Na2CO3 от 10 до 50, K2SO4 от 2 до 18, KCl от 6 до 20 и не растворимых в воде веществ от 7 до 20. При этом из 100 кг мелассы получают от 13 до 14 ч. прокаленных сырых солей (золы). Эта зола и служит для получения П., которое в общем состоит в том, что золу сначала выщелачивают, щелок выпаривают, получаемый П. прокаливают. При получении мелассного П. главную роль играет надлежащее выполнение двух операций: выпаривания мелассной барды, имеющей обыкновенно плотность только 4°В., с возможно меньшей затратой топлива, и затем отделение различных солей, содержащихся в этой жидкости от П., с целью получения последнего в более чистом виде. Мелассную барду нейтрализуют сначала мелом, жидкость отстаивают для отделения от осадка и затем подвергают сгущению. Выпаривание барды и получение из нее золы, заключающей П., производится в печах, состоящих из нескольких отделений: в одних происходит сгущение барды, в других нагревание сгущенной барды до получения золы (печи Пориона, Сименса и др.). При этом способе получения золы все органические вещества, содержащиеся в барде, сгорают. Существует несколько попыток воспользоваться также органическими веществами барды, именно азотистыми веществами. Так, по Винсенту (Vincent), разложение сгущенной барды производят в закрытых ретортах, причем, как побочные продукты, получают аммиак, триметиламин и метиловый спирт; по другому способу, разложение сгущенной барды производят также в ретортах, но после прибавления некоторого количества извести для превращения части П. в едкое кали, вследствие чего весь азот барды при прокаливании сухого вещества ее получается в виде аммиака. Образующаяся при разложении сгущенной барды зола подвергается методическому выщелачиванию водой, нагретой до 80°, причем получают щелок в 27°В. Этот щелок сгущают последовательно, для выделения различных солей, и именно обыкновенно следующим образом. Щелок сгущают в открытых железных котлах сначала до 40°В. и дают отстояться в нагретом состоянии: тогда выделяется большая часть содержащейся в щелоке K2SO4 в мелких кристаллах. Щелок, отделенный от этой соли, спускают в кристаллизационные сосуды и охлаждают до 29° — 30°: осаждается KCl; щелок, отделенный от последнего, сгущают до 50°В.; во время выпаривания осаждается Na2CO3, a при охлаждении сгущенного до 50°В. щелока до 50°С выделяется смесь K2SO4 и KCl; щелок, отделенный от этих солей, охлаждают в кристаллизационных ящиках: осаждается двойная соль KNaCO3,6Н2O. После того щелок еще раз сгущают до 52 — 57°В., причем вновь происходит выделение Na2CO3, и по отделении от последней перемещают в печь, где при постоянном перемешивании нагревают и выделяющуюся твердую массу прокаливают. Получаемый таким образом сырой П. очень нечист, содержит сернистые и двойные цианистые соединения, а потому обыкновенно подвергается очищению. Очищение, или рафинирование П. состоит в том, что его вновь обрабатывают кипящей водой в таком количестве, чтобы получить раствор в 47°В., причем большая часть K2SO4 и нерастворимые вещества получаются в остатке, а щелок, после предварительного выпаривания в сковородах, окончательно нагревают на поде пламенной печи. Очищенный П. содержит 95 — 97 проц. К2СО3, но всегда заключает фосфорнокислые соли, и поэтому мелассный П. не пригоден для приготовления хрусталя (фосфорнокислые соли дают молочное или опализирующее стекло). Соли, отделяемые при сгущении мелассной барды, а также при рафинировании сырого П., представляют более или менее ценные побочные продукты и для отделения от задержанного ими П. обрабатываются особо. K2SO4 промывают холодной водой, высушивают и употребляют для получения П. по способу Леблана. KCl, после промывания водой и высушивания, также поступает в продажу. Промывные воды от К2SO4 и от KCl присоединяют к испаряемой барде. Соду, получаемую как побочный продукт при выпаривании барды, промывают горячим раствором соды в 34°В. и затем или переделывают на кристаллическую соду (Na2O3,10H2O), или прокаливают и выпускают в продажу в виде кальцинированной соды.
П. из овечьего пота. Немытое руно всегда покрыто потом и грязью; овечий пот содержит значительное количество калиевых солей кислот олеиновой, стеариновой и пальмитиновой (также бензойной), а именно эти соли составляют до 20 проц. веса немытого руна. Переработка овечьего пота возникла преимущественно под влиянием потребности устранения загрязнения текучих вод промывными водами шерстомоен, частью же, чтобы воспользоваться заключающимися в поте солями калия. При утилизации пота для получения П., грязную шерсть методически выщелачивают теплой водой, в которой вышеуказанные соли легко растворяются; полученный щелок сгущают в печах и твердый остаток сжигают, получая золу. Извлечение П. из золы производится таким же образом, как из золы мелассной барды. П. из овечьего пота отличается от мелассного меньшим содержанием натриевых солей. Количество П., получаемого из шерсти, составляет около 5% ее веса.
Получение П. по способу Леблана. Получение П. по способу Леблана основано на тех же реакциях, как получение соды. т. е. на действии угля и углекальциевой соли на калиевый сульфат, Происходящие при этом реакции выражаются следующими уравнениями:
К2SO4 + 2С = К2S + 2СО2; K2S + СаСО3 = К2CO3 + CaS.
Конец реакции так же, как при получении соды, обнаруживается по появлению выделяющихся из плава огоньков, вследствие сгорания окиси углерода, образующейся при следующей реакции:
СаСО3 + С = СаО + 2CO.
Приготовление П. по этому способу в общем вполне сходно с получением соды; некоторые особенности в приемах переработки обуславливаются большей летучестью калиевых солей, сравнительно с натриевыми, образованием большого количества цианистых соединений, вследствие побочных реакций, и нерастворимостью K2SO4 в крепких растворах углекалиевой соли. Материалами для получения П. по этому способу служат калиевый сульфат, известняк и каменный уголь. Наиболее удобен для переработки сульфат, получаемый действием серной кислоты на хлористый калий, так как он представляет рыхлую массу; но также употребляют сульфат, получаемый из различных стассфуртских солей, напр. из шёнита, К2SO4, MgSO4, 6Н2O, и прямо смесь К2SO4 и MgSO4, получаемую при переработке некот. стассфуртских солей. Известняки предпочитают употреблять мягкие и возможно более чистые. Уголь не должен содержать более 6% золы, притом не заключающей большого количества кремнезема; считают более пригодным спекающийся уголь: размельчают уголь до кусков в горошину. Обыкновенно на 100 частей сульфата берут 80—90 частей известняка и 40—50 частей угля. Плавление этой смеси производят в печах такого же устройства, как содовые (см. Сода), причем для П. применяют почти исключительно печи с ручной работой. Такая пламенная печь имеет два пода: один — для плавления у самой топки, за ним следует другой, несколько выше первого — для предварительного подогревания смеси; далее печь соединяется с отделением, в котором находится выпарительная сковорода для щелоков. Огонь из топки идет над порогом; проходит над плавильным и подогревательным подом, поступает в канал под вогнутым дном выпарительной сковороды и, пройдя по дымоходам, около боковых стенок ее отводится в дымовую трубу. Особенное внимание должно быть обращено на правильное и тщательное устройство пода печи. В содовых печах разрушение пода обнаруживается постепенным понижением его в середине; в поташных печах, наоборот, происходит выпучивание средней части пода, так как П. легко проникает в нижнюю часть кладки. Поэтому под поташных печей делают вогнутым в середине и складывают по определенным правилам из шамотных камней. Печи предпочитают устраивать небольших размеров, на заряд в 132 — 150 кг сульфата, ввиду более легкого регулирования температуры. Работа в поташных печах выполняется следующим образом. Материалы вносят на подогревательный под, где они перемешиваются, по перемещении на плавильный под, при закрытых рабочих отверстиях, плавление начинается через 8 — 10 минут; тогда производят перемешивание через короткие промежутки, которое должно быть особенно тщательно, так как масса, вследствие легкоплавкости K2S, получается более жидкая, нежели при приготовлении соды. Через 1/2 часа после наступления плавления начинается образование пузырей в массе; загустения массы под конец реакции, как при соде, здесь не замечается, а потому почти единственным признаком конца реакции служит выделение из массы газа с образованием пузырей. Тогда массу возможно быстрее выгребают из печи в железный ящик на тележке, причем выделение газа продолжается после выгребания массы из печи. Важно уловить надлежащий момент для удаления массы из печи, потому что при дальнейшем нагревании ее наступает обратная реакция между CaS и К2СО3 и образуется вновь K2S, легко окисляющийся в этом периоде в K2SO4, а при продолжительном нагревании происходят еще другие реакции, ухудшающие качество плава. Хороший поташный плав должен содержать в процентах: 40 — 45 К2СО3 и не более 0,5 — 1,5 К2SO4 и 0,5 K2S и КНО вместе. Содержание цианистых соединений в плаве тем меньше, чем меньше берут угля и чем меньше последний содержит азота; при употреблении богатых азотом сортов каменного угля получают, считая на П., около 1% желтого синильного кали (FeCy2, 4KCy). Если цианистые соединения получаются в плаве в таком количестве, что извлечение их, в виде побочного продукта, не преставляется выгодным, то можно устранить их образование, пользуясь способом Пешине-Вельдона (Pechiney-Weldon). Этот способ состоит в том, что к плаву перед выгрузкой из печи прибавляют сульфат (12 ч. на вышеуказанный заряд) и известняк в порошке (6 ч.). Цианистый калий при этом переходит в циановый за счет кислорода сульфата, превращающегося в сернистый калий:
4KCy + K2SO4 = 4KCyO + K2S;
сернистый калий вступает в двойное разложение с известняком:
K2S + CaCO3 = K2CO3 + CaS;
циановокалиевая соль, во время выщелачиваниа горячей водой, в щелочной жидкости превращается в углекалиевую соль и аммиак. На 100 ч. калиевого сульфата получают 157 — 163 ч. плава. Плав должен быть порист, в изломе темно-серого цвета, на поверхности более темного. Для извлечения П. плав, после лежания на воздухе (2 дня), причем он разрыхляется, выщелачивают водой такой температуры, чтобы температура щелока не превышала 40—45°С (при обливании плава водой происходит разогревание). Выщелачивание производят в аппарате Шанкса (см. Сода) и получают щелок в 22—30°В., содержащий в 1 литре 250 — 300 г K2СО3, 3 — 15 г K2SO4, 3 — 10 г K2S и 3 — 8 г KCl и имеющий зеленовато-желтый или бутылочно-зеленый цвет. Щелок сгущают до 40°В. в выпарительной сковороде и затем перемещают в печь для кальцинирования. Эта печь для П. устраивается несколько иначе, нежели калильная печь для соды. В передней части печи, т. е. вслед за топкой, находится собственно калильное отделение, а в задней части устанавливается чугунная чаша, в которой щелок, сгущенный в выпарительной сковороде, доводится до 55—56°В. или превращается в кашицеобразную массу и уже в таком виде перемещается на под калильного отделения. Для того, чтобы получить белый П., не окрашенный в желтый цвет (что происходит от содержания сернистого железа и железисто-синеродистого калия), подвергают очищению кальцинированный П. или перед выпариванием щелок карбонизируют. Для очищения П. вновь растворяют в горячей воде и раствору в 50—52°В. дают охладиться: осаждаются нерастворимые вещества и K2SO4; раствор сливают с осадка, выпаривают и остаток вновь кальцинируют, причем получают П. с 95—98% К2CO3. Карбонизирование сырого щелока производят, чтобы избежать двукратного кальцинирования П. Она состоит в том, что щелок насыщают углекислотой, пользуясь для этого или продуктами горения угля или углекислотой, получаемой прокаливанием известняка, затем окисляют содержащийся в щелоке K2S, вдувая в щелок воздух, после чего дают жидкости отстояться (осаждаются Fe(ОН)3, Al(ОН)3, SiO2 и проч). При сгущении карбонизированного щелока до 30°В. начинает выделяться K2SO4, a при 55°В. осаждается почти все количество содержащихся К2SO4 и желтого синильного кали; тогда раствор отстаивают в нагретом состоянии и затем отстоявшийся раствор кальцинируют. Печи для кальцинирования таких размеров, что каждый раз получают 250—300 кг П., а в течение суток в печи переработывают 4—5 таких зарядов. Кальцинированный П. выгребают из печи в подвижные ящики, охлаждают на полу, выстланном листовым железом, и упаковывают еще теплый в деревянные бочки, выложенные бумагой. На 100 кг 95% П. расходуют 145—149 кг K2SO4, 130 — 160 кг известняка и 250 — 310 кг угля, из которых 27% на заряд, 28% на нагревание плавильной печи, 19% на первое кальцинирование, 15% на второе и 11% на паровой котел; работа на 100 кг стоит 2,80—2,90 марок, прочие расходы (ремонт и т. п.) 5 марок. Остатки от выщелачивания поташного плава серовато-черного цвета, на воздухе по высушивании приобретают желтовато-серый цвет; они содержат в %: 20—35 CaS, 35—40 CaCO3, 5—10 Са(ОН)3 и 3—10 угля; хорошо выщелоченные остатки не должны заключать более 0,2 — 0,3 проц. углекалиевой соли. На некоторых заводах из остатков производят получение серы по способу Монда (см. Сода). Кроме кальцинированного П., в продаже обращается водный П. (hydratisirtePotasche), содержащий 12—18% воды, что приблизительно соответствует составу K2CO3,2H2O. Такой П. идет для приготовления высших сортов калиевого стекла (хрусталя и флинтгласа). Для приготовления водного П. растворяют кальцинированный П. в воде до 60°В., отстоявшийся раствор выпаривают в плоских железных чашах до консистенции густой кашицы, гасят огонь и перемешивают до тех пор, пока образуется мелкозернистая сухая масса.
П. употребляется глав. образ. для приготовления калиевых солей (желтого синильного кали, хромпика и др.) и стекла; кроме того, для приготовления мягкого мыла, для промывания шерсти, в красильном и отбельном производствах. Заводы, получающие П. по способу Леблана, подобно содовым заводам, готовят едкую щелочь. Едкое кали получают заводским путем посредством тех же способов, которые применяются для заводского приготовления едкого натра. По обыкновенному способу, к раствору П. в 10°В. прибавляют гашеной извести в порошке или известкового молока до тех пор, пока профильтрованная проба не будет выделять углекислоту при приливании к соляной кислоте. Отстоявшийся щелок выпаривают в чугунных чашах, причем осаждаются K2SO4 и К2СО3; сгущение продолжают в чугунных котлах до тех пор, пока содержание КНО в массе достигнет желаемого, что определяют анализом пробы. Осадок, остающийся при разложении поташного щелока известью, промывают водой на особых вакуум-фильтрах и слабый промывной щелок употребляют для растворения кальцинированного П. Для получения едкого кали может быть также применен способ Лёвига, по которому сухой П. прокаливают с окисью железа; образующийся феррид калия при обработке водой дает едкое кали, переходящий в раствор, и нерастворимый гидрат окиси железа. Преимущество этого способа перед обыкновенным состоит в том, что получают прямо крепкие щелока, чем сокращается расход топлива на выпаривание. В последнее время в Германии приготовляют едкое кали также из хлористого калия электролитическим путем, при одновременном выделении хлора. Едкое кали поступает в продажу не только в твердом виде, но также в виде растворов крепостью в 20 — 50°В. Едкое кали употребляется для приготовления мягкого мыла, щавелевой кислоты и для разных целей в лабораториях. Ср. Pfeiffer, «Handbuch der Kali-Industrie» (1887); «Muspratt’s Chemie» т. IV, 4-е изд., 1892).
Примечания
править- ↑ В России, кроме П., прежде обращался в продаже «шадрик», представляющий сильно прокаленную древесную золу.