Способ переработки содопоташного раствора

 

Способ относится к цветной металлургии, конкретно - к технологии переработки содопоташного раствора, образующегося при комплексной переработке нефелинового сырья спекательным методом на глинозем и содопродукты.

Целью изобретения является улучшение качества продукционной соды, увеличение выхода продукционного сульфата калия, высококачественного бесхлорного удобрения и создание возможности варьирования количества продуктов (соды, поташа и сульфата калия) в зависимости от изменяющейся потребности в них.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки содопоташного раствора, включающем концентрированную выпарку исходного содопоташного раствора, смешение упаренного раствора с оборотной двойной содопоташной солью, получаемой на последующей стадии технологического процесса, и упарку до плотности 1,48 - 1,50 т/м³ с выделением продукционной карбонатной соды, добавку маточного раствора после выделения поташа, получаемого на последующей стадии технологического процесса, к маточному раствору после выделения соды и упарвку смеси до плотности 1,640 - 1,645 т/м³ с выделением двойной содопоташной соли и направлением последней на смешение с раствором после концентрирующей выпарки, последующее выделение продукционного поташа при температуре 68 - 35^oC из маточного раствора после отделения двойной содопоташной соли с использованием маточного раствора после выделения поташа для добавления к маточному раствору после выделения соли и попутное получение продукционного сульфата калия, согласно изобретению продукционный сульфат калия получат кристаллизацией при температуре 30 - 60^o в течение 5 - 20 часов из смешанного раствора, полученного добавлением маточного раствора после выделения поташа и/или маточного раствора после выделения соды к раствору, содержащему сульфат натрия, полученному обработкой при температуре 30 - 70^oC твердого сульфата натрия или его смеси с карбонатной содой исходным содопоташным раствором и/или водой, взятыми из расчета получения концентрации натрия в смешанном растворе на уровне 95 - 150 г/л по Na₂O , при этом дозировку маточного раствора после выделения поташа и/или маточного раствора после выделения соды осуществляют до достижения относительного молярного содержания калия в растворе после кристаллизации сульфата калия на уровне 50 - 60% мол. от суммы калия и натрия. 1 табл., 4 ил.

Способ относится к цветной металлургии, конкретно к технологии комплексной переработки нефелинового сырья на глинозем и содопродукты.

Единственным наиболее близким к заявляемому способу опубликованным прототипом является способ переработки содопоташных растворов, осуществленный в промышленном масштабе на отечественных глиноземных предприятиях, перерабатывающих нефелиновое сырье (Варламов М.Л. Беньковский С.В. Кричевская Е.Л. Романчиков И.В. Романец А.С. Тимошенко В.В. Производство кальцинированной соды и поташа при комплексной переработке нефелинового сырья. М. Химия, 1977, с. 82-98). Технология переработки содопоташных растворов по известному способу включает (фиг.1) Предварительную концентрирующую выпарку исходного содопоташного раствора в многокорпусных выпарных батареях, упаренный раствор смешивают с двойной содопоташной солью Na₂CO₃ · K₂CO₃, получаемой на последующей стадии технологического процесса, до плотности 1,36 1,37 т/м³, после чего упаривают до плотности 1,48 1,49 т/м³ с выделением из раствора в две или одну стадию продукционной соды. Осветленный маточный раствор после отделения карбонатной соды охлаждают до температуры 30 35^oC с целью кристаллизации сульфата калия. Для исключения загрязнения сульфата калия примесями маточный раствор после выделения соды предварительно разбавляют водой. Раствор после отделения сульфата калия смешивают с маточным раствором после выделения поташа, получаемым на последующей стадии технологического процесса, и упаривают до плотности 1,64 1,65 т/м³ с выделением двойной содопоташной соли, направляемой на смешение с раствором после концентрирующей выпарки. Осветленный маточный раствор после выделения двойной содопоташной соли подвергают охлаждению до температуры 35 60^oC в вакуумных кристаллизаторах с выделением в осадок полутора-водного поташа K₂CO₃ · 1,5H₂O. Маточный раствор после отделения поташа направляют на стадию выделения двойной содопоташной соли.

По этому способу содопоташный раствор перерабатываю на соду, сульфат калия и поташ.

Основным недостатком известного способа является получение низкокачественной продукционной карбонатной соды, загрязненной примесью сульфата калия до содержания 1,5 и более мас. в то время как допустимое содержание сульфата калия в соде 1 сорта составляет не более 1,4 мас.

Другим недостатком известного способа является малый выпуск продукционного сульфата калия, который является ценным и дефицитным удобрением. С продукционным сульфатом калия выводится лишь около 0,2% калия от его содержания в исходном содопоташном растворе.

К недостатком известного способа относится также постоянное, неизменное количественное соотношение продукционных соды и поташа, определяемое молярным процентом калия в исходном содопоташном растворе от суммы калия и натрия. Так, при содержании в исходном содопоташном растворе 31,2 мол. калия от суммы калия и натрия с продукционным поташом выводится около 30% от общего количества ионов CO²₃^- в исходном содопоташном растворе, остальное количество карбонат-ионов входит в состав продукционной соды. В известном способе отсутствует возможность варьирования этого соотношения в зависимости от изменяющейся потребности в соде и поташе.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатком известного способа, а именно улучшение качества продукционной соды, увеличение количества продукционного сульфата калия и создание возможности варьирования количества продуктов в зависимости от изменяющейся потребности в них.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки содопоташного раствора, получаемого из нефелина, включающего концентрирующую выпарку исходного раствора, смешение упаренного раствора с оборотной двойной содопоташной солью, упарку смешанного раствора с выделением продукционной карбонатной соды, смешение маточного раствора соды с маточным раствором после выделения поташа, получаемым на последующей стадии процесса, упарку смешанного раствора до плотности 1,640 1,645 т/м³ с выделением из него двойной содопоташной соли, выделение поташа при температуре 35 68^oC из маточного раствора после отделения от двойной соли и попутное получение продукционного сульфата калия, продукционный сульфат калия получают кристаллизацией при температуре 30 60^oC в течение 5 20 часов из смеси маточного раствора после выделения поташа или продукционной соды, взятого в количестве, обеспечивающем молярное содержание калия в растворе после кристаллизации сульфата калия на уровне 50 60 мол. от суммы калия и натрия, и раствора сульфата натрия, полученного обработкой твердого сульфата натрия или его смеси с карбонатной содой исходным низкоконцентрированным содопоташным раствором или водой, взятыми из расчета получения в смешанном растворе концентрации титруемой натриевой щелочи на уровне 95 150 г/л в пересчете на Na₂O.

Выбор заявляемых параметров процесса конверсии, а именно молярного индекса калия в растворе на стадии конверсии 50 60% температура раствора на стадии конверсии 30 60^oC, продолжительность процесса конверсии 5 20 часов и концентрации титруемой натриевой щелочи в растворе на стадии конверсии в пределах 95 150 г/л, в пересчете на Na₂O, обусловлен тем, что при снижении молярного индекса калия в растворе на стадии конверсии ниже 50% в продукционном сульфате калия увеличивается содержание сульфата натрия, т.е. снижается качество получаемого товарного сульфата калия. Повышение молярной доли калия в растворе на стадии конверсии выше 60% нецелесообразно, т.к. оно ведет к увеличению удельного потока растворов на стадии конверсии при сохранении качества получаемого товарного сульфата калия без изменения. Снижение температуры раствора на стадии конверсии ниже 30^oC нецелесообразно, т.к. ведет к увеличению топливно-энергетических затрат в технологическом цикле, а повышение температуры выше 60^oC, хотя и снижает теплозатраты, но оно ведет к увеличению количества растворенных сульфатных солей в растворе на стадии конверсии и, соответственно, к ухудшению качества получаемой продукционной соды за счет оборота сульфатных солей с маточным раствором после конверсии поступающим на стадию выделения продукционной соды Снижение концентрации титруемой натриевой щелочи в растворе на стадии конверсии ниже 65 г/л, в пересчете на Na₂O, ведет к увеличению потока растворов, увеличению количества растворенных сульфатных солей в растворе конверсии и, соответственно, к ухудшению качества товарной карбонатной соды из-за увеличения оборота сульфатных солей на стадии кристаллизации карбонатной соды. Повышение концентрации титруемой натриевой щелочи в растворе конверсии выше 150 г/л может привести к кристаллизации карбонатных солей на стадии конверсии и, соответственно, к ухудшению качества получаемого товарного сульфата калия из-за его загрязнения карбонатными солями. Уменьшение продолжительности процесса конверсии ниже 5 часов может привести к неполной конверсии сульфата натрия в сульфат калия и одновременно ведет к получению мелких кристаллов сульфата калия Увеличение продолжительности процесса конверсии более 20 часов нецелесообразно, т.к. оно увеличивает объем требуемой технологической аппаратуры и ведет к увеличению энергозатрат в производстве.

Разбавление растворов на стадии конверсии до концентрации титруемой натриевой щелочи до 95 150 г/л в пересчете на Na₂O может быть осуществлено исходным неупаренным содопоташным раствором или водой, но более целесообразно использовать исходный неупаренный содопоташный раствор, т.к. использование воды для разбавления раствора на стадии конверсии ведет к увеличению количества упаренной воды и, соответственно, к увеличению расхода пара в технологическом цикле.

Практическая реализация предлагаемого способа переработки содопоташных растворов нефелинового производства обеспечивает улучшение качества продукционной соды и, в зависимости от рыночного спроса, увеличивает количество производимых соды и сульфата калия за счет конверсии вводимого в процесс со стороны сульфата натрия или его смеси с карбонатной содой. Ожидаемая расчетная эффективность предлагаемого способа переработки содопоташного раствора нефелинового производства в сопоставлении с известной технологией при годовом объеме конверсии 35 тысяч тонн содосульфатных солей (беркеита 2Na₂SO₄ · Na₂CO₃), вводимых в процесс со стороны, составляет 14,2 миллиардов рублей в год.

Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что продукционный сульфат калия получают по новому способу путем конверсии вводимого в процесс со стороны сульфата натрия или его смеси с карбонатной содой под воздействием маточных растворов, получаемых после выделения поташа или продукционной соды; при этом конверсию проводят в течение 5 20 часов при температуре 30 - 60^oC, молярном индексе калия в растворе 50 60% и концентрации титруемой натриевой щелочи 95 150 г/л в пересчете на Na₂O.

На Фиг. 1 показан баланс материального потока в технологическом цикле, достигаемый при переработке содопоташного раствора известным способом.

На Фиг.2, 3 и 4 показаны балансы материального потока в технологическом цикле при переработке содопоташного раствора с конверсией содосульфатной смеси и сульфата натрия маточным раствором поташа и карбонатной соды заявляемым способом в следующих условиях на стадии конверсии сульфатной соли (см. таблицу).

Предлагаемый новый способ переработки содопоташного раствора с конверсией содосульфатной соли маточным раствором, получаемым после выделения продукционного поташа, прошел успешное промышленное испытание и принят к промышленному использованию на Пикалевском промышленном объединении "Глинозем" в 1995 году.

Формула изобретения

Способ переработки содопоташного раствора, получаемого из нефелина, включающий концентрирующую выпарку исходного раствора, смешение упаренного раствора с оборотной двойной содопоташной солью, упарку раствора с выделением продукционной карбонатной соды, смешение маточного раствора с маточным раствором после выделения поташа, получаемым на последующей стадии процесса, упарку смешанного раствора до плотности 1,640 1,645 т/м³ с выделением из него двойной содопоташной соли, выделение поташа при 35 68^oС из маточного раствора после отделения двойной соли и попутное получение продукционного сульфата калия, отличающийся тем, что продукционный сульфат калия получают кристаллизацией при 30 60^oС в течение 5 20 ч из смеси маточного раствора после выделения поташа или соды, взятого в количестве, обеспечивающем молярное содержание калия в растворе после кристаллизации сульфата калия на уровне 50 60 мол. от суммы калия и натрия, и раствора сульфата натрия, образованного обработкой твердого сульфата натрия или его смеси с карбонатной содой исходным содопоташным раствором или водой, взятыми из расчета получения в смешанном растворе концентрации натрия на уровне 95 - 150 г/л в пересчете на Na₂O.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5