Polvere di solfato di potassio CAS 7778-80-5

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Polvere di solfato di potassioè un sale inorganico con la formula chimica K2SO4,CAS 7778-80-5. È una polvere cristallina bianca dal sapore amaro e salato. Solubile in acqua, insolubile in etanolo, acetone e solfuro di carbonio. L'aspetto del solfato di potassio agricolo è prevalentemente giallo chiaro. Ha un basso assorbimento di umidità, non è facile da incrostare, ha buone proprietà fisiche ed è facile da usare. È un buon fertilizzante di potassio solubile in acqua ed è anche la principale materia prima per produrre fertilizzanti composti ternari di azoto, fosforo e potassio senza cloro.

Polvere di solfato di potassio(formula chimica K₂SO₄) è un sale inorganico. Grazie alle sue proprietà chimiche uniche e all'ampia applicabilità, è diventata una materia prima chiave in agricoltura, industria, medicina e altri campi. Il suo valore fondamentale risiede nel fornire contemporaneamente due elementi essenziali, potassio (K) e zolfo (S), e non contiene ioni cloruro (Cl⁻), evitando il potenziale danno dell'accumulo di cloro al suolo e alle colture.

1. Settore agricolo: "motore nutritivo" per la crescita delle colture

 

Il solfato di potassio è uno dei fertilizzanti di potassio più utilizzati in agricoltura, particolarmente adatto per colture sensibili al cloro-(come tabacco, uva, patate) e per il miglioramento dei terreni salini-alcalini. Il suo meccanismo d’azione e i suoi effetti sono i seguenti:
1. Apporto nutrizionale e attivazione metabolica
Potassio: essendo un attivatore di oltre 40 enzimi nelle piante, il potassio è direttamente coinvolto nella fotosintesi, nella respirazione e nella sintesi proteica. Ad esempio, nella fotosintesi, il potassio promuove il trasporto e la conversione dei prodotti fotosintetici (come il glucosio), rendendo le foglie verde scuro e spesse e aumentando il contenuto solido dei frutti del 15%-20%. Allo stesso tempo, il potassio migliora la tenacità della paglia, aumentando di oltre il 30% la resistenza all’allettamento delle colture alte come il grano e il riso.

 

Zolfo: lo zolfo è un componente degli amminoacidi contenenti zolfo-come cisteina e metionina ed è essenziale per la sintesi proteica. L'applicazione di solfato di potassio a un terreno-carente di zolfo può aumentare il contenuto proteico delle colture del 10%-15% e favorire l'accumulo di nutrienti come vitamina A e glucosio.

2. Miglioramento dello sviluppo radicale e della resistenza allo stress
Il solfato di potassio stimola la divisione e l'allungamento delle cellule radicali, rendendo l'apparato radicale più sviluppato. Gli esperimenti dimostrano che in condizioni di siccità, la capacità di assorbimento dell'acqua delle radici di mais applicate con solfato di potassio aumenta del 25% e la resistenza alla siccità è significativamente migliorata.
Il potassio regola la pressione osmotica cellulare, riduce il rischio di congelamento intracellulare e aumenta la resistenza al freddo delle colture del 20%-30%. Inoltre, il potassio ispessisce la parete cellulare, forma una barriera fisica, riduce l’invasione di agenti patogeni e riduce l’incidenza di malattie e insetti nocivi del 15%-20%.

 

3. Ottimizzazione della qualità e aumento della resa
Colture frutticole: il solfato di potassio favorisce il trasporto dello zucchero, aumenta di 2-3 gradi il contenuto di zucchero di angurie e meloni, aumenta del 10% il contenuto di solidi dei pomodori, rende la colorazione più uniforme e aumenta la velocità commerciale di oltre il 20%.
Colture di cereali: dopo aver applicato solfato di potassio al grano, il contenuto di glutine della farina viene migliorato e la percentuale di polvere di lavorazione viene ridotta del 15%; il peso dei mille-chicchi di mais aumenta di 5-10 grammi e la resa aumenta del 10%-15%.
Colture tuberose: il solfato di potassio viene applicato durante il periodo di espansione dei tuberi di patate, zenzero, ecc., e la resa per pianta aumenta del 20%-30% e il periodo di conservazione viene prolungato di 1-2 mesi.

 

4. Miglioramento del suolo e protezione ecologica
Gli ioni solfato (SO₄²⁻) nel solfato di potassio possono sostituire gli ioni sodio (Na⁺) nel terreno, alleviare la salinizzazione e migliorare la permeabilità del suolo. Nell'esperimento su terreni salini-alcalini, dopo l'applicazione continua di solfato di potassio per 3 anni, il valore del pH del suolo è diminuito di 0,5-1,0 unità e il tasso di emergenza delle colture è aumentato del 25%.
Essendo un fertilizzante privo di cloro-, il solfato di potassio evita l'accumulo di ioni cloruro nel terreno, riduce l'inquinamento delle falde acquifere e soddisfa le esigenze di uno sviluppo agricolo sostenibile.

2. Ambito industriale: “Modulo base” di sintesi dei materiali

 

Il solfato di potassio è ampiamente utilizzato nel vetro, nella ceramica, nella stampa e nella tintura, nei reagenti chimici e in altri campi come materie prime o materiali ausiliari nell'industria. Il suo valore si riflette nell'ottimizzazione funzionale e nel miglioramento dei processi.
Reagenti chimici e sintesi dei materiali
Il solfato di potassio è una materia prima per la preparazione di composti come il persolfato di potassio (K₂S₂O₈) e il carbonato di potassio (K₂CO₃). Ad esempio, il persolfato di potassio viene utilizzato nel liquido di incisione dei circuiti stampati e la sua precisione di incisione può raggiungere 0,1 mm, soddisfacendo le esigenze della produzione elettronica di fascia alta-.
Nel campo dei nanomateriali, il solfato di potassio può essere utilizzato come modello per sintetizzare la silice mesoporosa con dimensioni dei pori uniformi, che viene utilizzata come trasportatore a rilascio- prolungato del farmaco o trasportatore del catalizzatore.

3. Settore farmaceutico: “Assistente invisibile” per la tutela della salute

 

Polvere di solfato di potassioviene utilizzato principalmente nelle preparazioni farmaceutiche e negli esami medici in medicina, e la sua sicurezza e biocompatibilità sono state ampiamente verificate.
Preparazioni farmaceutiche
Il solfato di potassio viene utilizzato come regolatore della pressione osmotica nella preparazione di iniezioni endovenose per garantire che la pressione osmotica della soluzione del farmaco sia coerente con quella del sangue e ridurre le reazioni all'infusione. Ad esempio, nell'iniezione composta di cloruro di sodio, l'aggiunta di solfato di potassio stabilizza la pressione osmotica a 280-310 mOsm/kg, che soddisfa gli standard della farmacopea.

 

Come riempitivo, il solfato di potassio viene utilizzato nella produzione di compresse per migliorare la fluidità e la comprimibilità del farmaco. Gli esperimenti dimostrano che la durezza delle compresse con il 5% di solfato di potassio è aumentata del 20% e il tempo di disintegrazione è stato ridotto del 30%.

Visita medica
La soluzione di solfato di potassio viene utilizzata per l'esame biochimico delle proteine ​​sieriche e l'analisi quantitativa viene ottenuta precipitando le proteine. La sensibilità di questo metodo è di 0,1 g/L e il tasso di errore è inferiore al 2%, il che rappresenta un importante mezzo di diagnosi clinica.
Nell'esame della funzionalità renale, il solfato di potassio viene utilizzato come agente di contrasto per migliorare la chiarezza dello sviluppo dei raggi X e assistere i medici nel valutare accuratamente la condizione.

Altri campi: "attori multi-funzionali" in tutti i settori

 

L'uso del solfato di potassio si estende anche al settore alimentare, al trattamento delle acque, alla protezione ambientale e ad altri campi, dimostrando la sua adattabilità intersettoriale.
Industria alimentare
Il solfato di potassio viene utilizzato come materia prima del sale di potassio per la produzione di sale a basso-sodio. Sostituendo parte del cloruro di sodio (NaCl), il contenuto di sodio degli alimenti può essere ridotto del 30%-50%, soddisfacendo i bisogni sanitari delle persone con ipertensione.
Nella cottura del pane, il solfato di potassio viene utilizzato come agente lievitante per far fermentare più completamente l'impasto, aumentare il volume del pane del 15%-20% e rendere il gusto più morbido.

 

Trattamento dell'acqua
Il solfato di potassio viene utilizzato per regolare la durezza dell'acqua. Formando precipitazioni con ioni calcio e magnesio, riduce il valore di durezza dell'acqua (calcolato come CaCO₃) di 50-100 mg/L e previene la formazione di incrostazioni sui tubi.
Nel trattamento delle acque reflue, il solfato di potassio viene utilizzato come ausiliario flocculante per aumentare il tasso di rimozione dei solidi sospesi del 10%-15% e ridurre i costi di trattamento del 20%.
Campo della tutela ambientale
Il solfato di potassio viene utilizzato nel processo di desolforazione dei gas di scarico. Reagisce con l'anidride solforosa (SO₂) per generare idrogeno solfato di potassio (KHSO₄), riducendo l'emissione di inquinanti atmosferici. Gli esperimenti dimostrano che questo processo può ridurre la concentrazione di SO₂ nei gas di scarico da 2.000 mg/m3 a meno di 100 mg/m3, con un tasso di conformità del 100%.

Allo stato attuale, i principali metodi di produzione dipolvere di solfato di potassioincludono il metodo Mannham, il metodo di combinazione, il metodo della doppia decomposizione, ecc.

1) Processo Mannham: il processo Mannham è un processo di produzione di solfato di potassio utilizzando acido solforico e cloruro di potassio come materie prime. Il suo metodo di produzione prevede l'utilizzo di cloruro di potassio e acido solforico concentrato per reagire passo dopo passo in una fornace di Mannham. Innanzitutto, la reazione genera bisolfato di potassio, quindi continua a reagire con il cloruro di potassio a una temperatura più elevata per generare solfato di potassio; Per fornire calore nella camera di combustione del forno di reazione viene utilizzato olio pesante o gas combustibile. La temperatura è di 1000~1100 gradi e la temperatura della camera di reazione è controllata a 520~540 gradi. Prodotto di reazione

Il prodotto si ottiene dopo che la sostanza è stata raffreddata, frantumata e parzialmente neutralizzata. Il sottoprodotto HCl- viene raffreddato, lavato e assorbito per ottenere acido cloridrico con una frazione in massa del 32%~35%. Il processo è maturo, il prodotto solfato di potassio è di alta qualità, quasi nessuna perdita e la resa in potassio è elevata; Tuttavia, poiché la reazione avviene in condizioni di acido forte e alta temperatura, l'attrezzatura è gravemente corrosa e la capacità di produzione di un singolo forno è piccola, generalmente 100.000 t/a, e le vendite di un gran numero di sottoprodotti di acido cloridrico liquido influiscono direttamente sulla produzione di solfato di potassio.

2) Metodo di associazione: Il metodo di associazione utilizza cloruro di potassio, acido solforico e solvente organico come materie prime per produrre solfato di potassio attraverso reazioni di associazione, sostituzione e associazione. Il principio del processo consiste nell'utilizzare la diversa affinità del solvente organico con l'acido cloridrico e l'acido solforico per preparare il solfato di potassio. In questo processo, il solvente organico ha una grande influenza sulla resa e sulla qualità del solfato di potassio. Gli studiosi nazionali hanno utilizzato ammoniaca liquida, solvente organico ad alto punto di ebollizione, solvente organico composito, ecc. come agenti leganti per migliorare e ottimizzare i parametri del processo, riducendo notevolmente il consumo di energia e aumentando la resa di potassio, in modo che la resa di potassio possa raggiungere oltre il 95%. Se si seleziona un solvente organico con punto di ebollizione elevato, il consumo energetico di solfato di potassio per tonnellata di prodotto è di circa 200 kg di carbone standard, che è molto inferiore a quello del processo Mannham; Il solvente organico composto utilizzato come agente legante ha bassi requisiti di materie prime e forte adattabilità. Ad esempio, si può usare anche acido solforico diluito o acido di scarto. Rispetto al processo Mannham, il processo combinato presenta i vantaggi di condizioni operative blande, minore corrosione delle apparecchiature, basso consumo energetico, tempi di produzione brevi, praticamente assenza dei "tre rifiuti" e del sottoprodotto cloruro di ammonio; Tuttavia, questo processo non è sufficientemente maturo, come ad esempio su piccola scala di produzione, perdita di dissoluzione dell'agente legante e tossicità della maggior parte dei solventi organici.

1) Metodo con solfato di ammonio:

Il metodo del solfato di ammonio è un metodo per preparare il solfato di potassio e il cloruro di ammonio utilizzando la doppia reazione di decomposizione del solfato di ammonio e del cloruro di potassio in soluzione e la differenza di solubilità del prodotto. La formula di reazione è la seguente:

Through experimental research, it is found that the reaction time, solvent concentration, initial concentration of ammonium sulfate, ingredient ratio and reaction temperature of the process have a great influence on the yield of potassiu sulfate, and the order of influence is: reaction time>solvent concentration>initial concentration of ammonium sulfate>ingredient ratio>temperatura di reazione. Nel processo di produzione sono stati aggiunti metanolo e altri solventi organici e la resa di K₂O potrebbe raggiungere il 93,40% nelle condizioni di processo ottimali. La produzione di solfato di potassio con il metodo del solfato di ammonio, sebbene l'investimento sia piccolo e la conversione secondaria possa anche produrre prodotti di alta-qualità, ha un costo del prodotto elevato, una scala di produzione ridotta, una resa bassa e scarsi vantaggi economici, e ci sono ancora alcuni ostacoli tecnici.

2) Metodo del solfato di calcio:

Il metodo del solfato di calcio, noto anche come metodo del gesso, è suddiviso in metodi di conversione a una-fase e a due-fase. Il metodo di conversione in una-fase utilizza l'ammoniaca come catalizzatore, il gesso e il cloruro di potassio reagiscono direttamente nella soluzione satura di ammoniaca per produrre solfato di potassio, mentre il cloruro di calcio è il sottoprodotto-. La formula di reazione è la seguente:

Nel metodo di conversione in due-fasi, il bicarbonato di ammonio reagisce con il gesso per produrre carbonato di calcio e solfato di ammonio, mentre il solfato di ammonio reagisce con cloruro di potassio per produrre solfato di potassio, che può produrre congiuntamente carbonato di calcio leggero.

3) Metodo del sale di Glauber:

Il metodo di conversione del sale di Glauber è finora il metodo più studiato e più approfondito per la preparazione del solfato di potassio. La sua base teorica è il diagramma di fase multitemperatura del sistema salino dell'acqua quaternaria Na+, K+//Cl -, SO2 - 4 - H2O. Viene analizzato il diagramma di fase e attraverso il calcolo dei materiali si ottengono le migliori condizioni del processo di produzione. Questo metodo è principalmente diviso in due fasi: la prima fase è a 25 gradi e la seconda fase è a 60~100 gradi. In base alla differenza di solubilità dei vari sali a diverse temperature, viene effettuata la separazione della cristallizzazione per produrre solfato di potassio e cloruro di sodio come sottoprodotto. Molte ricerche condotte da studiosi nazionali hanno scoperto che la temperatura di reazione, il rapporto degli ingredienti, il bilancio idrico, le impurità nelle materie prime, ecc. del processo hanno un grande impatto sul tasso di conversione degli ioni di potassio e sulla qualità del solfato di potassio. Alla luce di questi fattori, è stata studiata l'influenza della temperatura sulla preparazione del solfato di potassio dalla conversione della mirabilite del cloruro di potassio. Si è riscontrato che nel primo stadio della reazione, con l'aumento della temperatura, il contenuto di ioni cloruro nei prodotti intermedi di potassiu mirabilite e prodotti a base di solfato di potassio aumentava, mentre il contenuto di ioni potassio diminuiva; Quando la temperatura è superiore a 30 gradi, il prodotto solfato di potassio non può raggiungere

ZBG21006-1989. Pertanto, la temperatura della conversione primaria dovrebbe essere controllata al di sotto di 30 gradi.

4) Metodo del solfato ferroso:

Il metodo del solfato ferroso è un metodo per produrre solfato di potassio mediante una reazione di doppia decomposizione di solfato ferroso e cloruro di potassio in sottoprodotti industriali come rame, cenere di pirite e altri sottoprodotti del biossido di titanio sotto la guida teorica del diagramma di fase quaternario K+, Fe2+//Cl -, SO2 - 4-H2O. Il metodo di produzione di questo metodo comprende principalmente: 1) il solfato ferroso reagisce con il cloruro di potassio per generare doppio sale e il doppio sale viene decomposto per generare solfato di potassio. Il flusso del processo è semplice, il funzionamento e il controllo sono convenienti, la corrosione delle apparecchiature è ridotta, le materie prime sono economiche e facili da ottenere, il consumo di materie prime è basso e non vengono generati "tre rifiuti" nel processo di produzione; 2) Il solfato ferroso reagisce con il bicarbonato di ammonio per produrre bisolfato di ammonio e il bisolfato di ammonio reagisce con cloruro di potassio per produrre solfato di potassio; 3) Il solfato ferroso viene idrolizzato in idrossido ferrico e acido solforico, quindi l'acido solforico reagisce con il cloruro di potassio per generare solfato di potassio. Questa reazione non può avvenire spontaneamente. In questa tecnologia, 20% (frazione di massa) TOA (triottil ammoniaca)+10% (frazione di massa) TBP (tributilfosfato)+70% (frazione di massa) n-ottanolo viene utilizzato come sistema di estrazione per estrarre H2SO4 dalla soluzione acquosa di FeSO4, in modo che Fe2+ venga idrolizzato e precipitato, in modo che la reazione possa essere condotta nella direzione della produzione solfato di potassio. La tecnologia di produzione di ossido ferrico, solfato di potassio e cloruro di ammonio utilizzando biossido di titanio come materia prima in fase liquida, sviluppata dall'Istituto del suolo e dei fertilizzanti, Accademia cinese delle scienze agricole, può raggiungere un tasso di conversione del 98,5% ± 0,5% per il solfato di potassio.

I metodi principali per estrarre il solfato di potassio dall'acqua di mare o dalla salamoia sono: metodo del sale ad alta temperatura, metodo di flottazione, metodo del ciclone, metodo di produzione di alcali liquidi di scarto e salamoia con ammoniaca, metodo con membrana liquida, ecc. La salamoia del sottotipo di solfato di magnesio del lago salato di Lop Nur viene utilizzata come materia prima iniziale per ottenere cloruro di potassio e allume di magnesio di potassio morbido mediante decomposizione, conversione e flottazione, e il cloruro di potassio e l'allume di magnesio di potassio morbido ottenuti vengono quindi convertiti e cristallizzato per ottenere solfato di potassio. Guidati dalla teoria del diagramma di fase metastabile quaternario K+, Mg2+//Cl -, SO2 - 4-H2O, è stato inventato un metodo per produrre solfato di potassio da sale misto di potassio prodotto da salamoia solfatata e carnallite. Il flusso del processo è suddiviso in cinque processi: filtrazione per decomposizione, screening di conversione, filtrazione, sintesi di solfato di potassio ed essiccazione per filtrazione. Il processo presenta i vantaggi di bassi costi di produzione, elevato tasso di utilizzo delle materie prime, processo semplice e alta qualità del prodotto. I minerali di potassio cinesi sono principalmente minerali liquidi depositati nei laghi interni, che rappresentano oltre il 95% delle riserve totali di risorse, con un enorme potenziale di sviluppo. Pertanto, è di grande importanza estrarre direttamente il solfato di potassio dall’acqua di mare o dalla salamoia per alleviare la carenza di fertilizzanti di potassio in Cina.

I principali metodi per estrarre potassio dal minerale solido di potassio includono: riscaldamento a pressione, volatilizzazione ad alta temperatura, metodo diretto, metodo di scambio ionico, idrolisi acida a bassa temperatura, metodo di flottazione, metodo microbico e metodo di tostatura. Vari metodi per estrarre il potassio dai minerali di potassio generalmente presentano molti difetti, come più scorie, elevato consumo energetico e bassa efficacia di K2O nei prodotti. Pertanto, è difficile industrializzare vari metodi tecnici. Il minerale di potassio solubile della Cina (ad eccezione del minerale di potassio solido limitato nell'area di Simao nello Yunnan, che utilizza principalmente il metodo di flottazione in soluzione per produrre cloruro di potassio) è gravemente carente di risorse, ma le risorse di minerale di potassio insolubile rappresentate dal feldspato di potassio sono estremamente ricche e le risorse nazionali di feldspato di potassio superano i 10 miliardi di tonnellate. Pertanto, è di importanza pratica aumentare gli investimenti in risorse e tecnologia e svolgere un’efficace ricerca sullo sviluppo e sull’utilizzo delle risorse insolubili di feldspato di potassio per risolvere in una certa misura l’attuale situazione di carenza di potassio in Cina.

Per materie prime e risorse speciali, altri metodi per produrre solfato di potassio includono il metodo dello scambio ionico, il metodo del potassio caldo, il metodo delle radiazioni a microonde, il metodo della paglia di acido di scarto, il metodo di separazione con membrana, ecc. Mirando alle risorse della salamoia marina, Yuan Junsheng ha studiato la nuova tecnologia di estrazione del solfato di potassio dall'acqua di mare e dal tarabuso con il metodo della zeolite e ha completato il test pilota di 300 t/a di solfato di potassio e 200 t/a di nitrato di potassio. È di grande importanza migliorare la tradizionale catena industriale cinese del sale marino e della chimica del sale e sfruttare appieno le risorse del sale marino amaro. Negli ultimi anni, un'invenzione brevettata ha studiato il metodo di radiazione a microonde per preparare il solfato di potassio dal cloruro di potassio e acido solforico, che è principalmente un nuovo metodo per produrre solfato di potassio mescolando materie prime in proporzione e reagendo sotto radiazione a microonde. Rispetto alla tecnologia esistente, ha le caratteristiche di elevata velocità di reazione, ciclo di produzione breve, qualità stabile, assenza di inquinamento ambientale, risparmio energetico e riduzione dei costi. I prodotti a base di solfato di potassio contengono un alto contenuto di azoto, vari microelementi come zolfo, calcio, magnesio, ferro, manganese, rame, zinco, boro, ecc. E sono ricchi di materia organica e aminoacidi. Sono fertilizzanti composti completamente nutrienti e rispettosi dell'ambiente-. Il metodo di separazione a membrana utilizza acido solforico e cloruro di potassio come materie prime e utilizza un reattore di distillazione a membrana per produrre solfato di potassio. Presenta i vantaggi di un basso consumo energetico e dell'assenza di cloro nel prodotto. Tuttavia, a causa della necessità di importare più membrane scambiatrici, il costo di produzione aumenta notevolmente.

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