Способ получения сульфата калия

 

Изобретение относится к технике получения сульфата калия из хлорида калия и сульфата аммония в водной среде. Сущность изобретения заключается в способе, который включает взаимодействие раствора сульфата аммония с суспензией хлорида калия с выделением двойной соли сульфатов калия-аммония, обработку ее 5-15%-ным водным раствором хлорида калия при Ж:Т=0,7-1,5, выделение сульфата калия на фильтре, его промывку и сушку, при этом взаимодействие раствора с сульфатом аммония ведут с суспензией хлорида калия, содержащего нерастворимые примеси, во флотомашине в присутствии флотореагентов, а промывку сульфата калия ведут водой и (или) путем пропарки осадка на фильтре. Способ позволяет использовать загрязненный шламом хлорид калия, упростить процесс, снизить энергозатраты. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области получения калия из хлорида калия и сульфата аммония в водной среде.

Известен способ получения сульфата калия путем взаимодействия кристаллического сульфата аммония с размером кристаллов менее 60 меш. с водным раствором, содержащим хлористый калий, при температуре 0 - 100^oC (см. заявку Японии N 51-35479 кл. C 01 D 5/06, публ. 1976 г. 02X N 2-887). Способ не позволяет получить продукт высокого качества по содержанию основного вещества и по грансоставу, а также сложен в осуществлении, так как требует применения сульфата аммония с высокой степенью дисперсии. Известен способ получения сульфата калия взаимодействием хлористого калия с сульфатом аммония в присутствии аммиака (см. патент ФРГ N 947484 кл. 12 19.2.53-12.7.56) с использованием сульфата аммония в виде 38-40% водного раствора.

Недостатком известного способа является его сложность в связи с необходимостью использования аммиака.

Известен способ получения сульфата калия (прототип), включающий взаимодействие раствора сульфата аммония с суспензией хлорида калия с последующим выделением двойной соли сульфатов калия-аммония и обработку ее разбавленным охлажденным раствором хлористого калия с выделением целевого продукта и маточного раствора, направляемого на стадию получения двойной соли; при этом целевой продукт обрабатывают 0,5-1,5%-ным раствором хлорида калия (см. патент Республики Беларусь N 1469 по заявке N 2454 от 26.09.96 по кл. C 01 D 3/04. Зарегистрирован в государственном реестре изобретательства от 03.07.96). Известный способ не позволяет использовать в качестве калийного сырья хлористый калий, содержащий значительное количество шламов, например, флотационный хлористый калий или циклонную пыль, где содержание нерастворимых примесей 1%, так как при осуществлении взаимодействия раствора сульфата аммония с суспензией флотационного хлористого калия с последующим выделением двойной соли, например фильтрацией, все нерастворимые переходят в готовый продукт, в результате чего его качество не удовлетворяет требованиям потребителей.

Кроме того, известный способ сложен в осуществлении, так как предполагает искусственное охлаждение 5 - 15% раствора хлорида калия до температуры 10^oC, а также обработку сульфата калия на фильтре 0,5-1,5%-ным раствором хлорида калия.

Предлагаемое изобретение позволяет расширить сырьевую базу производства сульфата калия за счет использования хлористого калия, содержащего шламы, упростить процесс без снижения качества продукции и снизить энергозатраты.

Положительный эффект достигается тем, что в отличие от известного способа, включающего взаимодействие раствора сульфата аммония с суспензией хлорида калия с последующим выделением двойной соли сульфатов калия-аммония, обработку ее 5-15%-ным водным раствором хлорида калия при Ж:Т=0,7-1,5, отделение сульфата калия на фильтре, его промывку и возврат маточного раствора на приготовление суспензии хлорида калия, по предлагаемому способу взаимодействия раствора сульфата аммония ведут с суспензией хлористого калия, содержащего нерастворимые примеси, во флотомашине, обеспечивающей шламовую флотацию нерастворимых примесей и их вывод из зоны реакции. Сульфат калия на фильтре промывают водой и(или) путем подачи пара над слоем сульфата калия с помощью пропарочной камеры.

Сущность способа состоит в следующем: В отличие от известного способа, где взаимодействие раствора сульфата аммония с суспензией хлорида калия ведут в аппаратах с перемешивающим устройством, например в каскаде горизонтальных мешалок типа ПМ-40, по предлагаемому способу взаимодействие суспензии зашламового хлористого калия ведут в многокамерной флотомашине в присутствии флотореагентов шламов (собирателей, флокулянтов и др.). При использовании флотационного хлористого калия добавление флотореагентов не требуется, так как они присутствуют в нем в качестве примесей. Суспензию зашламованного хлористого калия подают в приемный карман многокамерной флотомашины, откуда она по всасывающей трубе вместе с возникающими пузырьками воздуха поступает в первую камеру. Одновременно во флотомашину подается раствор сульфата аммония. Число камер флотомашины выбирается из расчета, чтобы время пребывания реакционной массы во флотомашине было не менее 30 мин. В каждой камере флотомашины установлен центробежный импеллер. Шламы в виде пены сгребаются лопастными пеногонами в желоб, откуда смываются маточным раствором, полученным после разделения суспензии сульфатов калия-аммония. Уровень суспензии во флотомашине регулируется шибером. Во флотомашине происходит постепенное растворение кристаллического хлорида калия, содержащегося в суспензии, с одновременным высаливанием из раствора двойной соли сульфатов калия-аммония и высвобождение из кристаллов хлорида калия тонкодисперсного водонерастворимого шлама. Под влиянием флотореагентов шламы флокулируются и флотируются в пенный продукт, который удаляется из реакционной массы. Благодаря тому, что физико-химические свойства двойной соли, шламов и хлорида калия различны, в пенный продукт поступает со шламами незначительное количество двойной соли, поэтому перечистки шламов не требуется.

Применение флотомашины для осуществления процесса взаимодействия раствора сульфата аммония с суспензией хлорида калия наряду с удалением шлама позволяет не только улучшить качество целевого продукта, но и интенсифицировать процесс конверсии за счет более интенсивного перемешивания суспензии без истирания образующихся кристаллов твердой фазы. Кроме того, суспензия, попадая последовательно из камеры в камеру флотомашины, не расслаивается, что создает идеальные условия для контакта отдельных кристаллов двойной соли с жидкой фазой и, следовательно, для их роста и обогащения по калию В результате после первой стадии конверсии в многокамерной флотомашине по прелагаемому способу образуется, в отличие от известного способа, практически товарный сульфат калия, что позволяет исключить операцию искусственного захолаживания 5-15% раствора хлорида калия и промывку сульфата калия, полученного после второй стадии конверсии на фильтре разбавленным 0,5-1,5%-ным раствором калия.

Вторую стадию конверсии, т.е. обработку отфильтрованной двойной соли сульфатов калия-аммония 5-15%-ным раствором хлорида калия при Ж:Е образующейся суспензии 0,7-1,5 ведут также в многокамерной флотомашине, но, учитывая высокое качество двойной соли после первой стадии конверсии, обработку можно вести и в аппаратах с механическим и(или) аэроперемешиванием. Полученную суспензию фильтруют, например, на ленточном вакууме-фильтре, сульфат калия промывают водой, взятой в количестве, обеспечивающем вытеснение маточного раствора из твердой фазы на фильтре, и(или) обрабатывают водным паром, путем его подачи через пропарочную камеру, установленную над лентой фильтра.

Применение промывки и пропарки продукта на фильтре обеспечивает снижение содержания хлорида-иона в продукте за счет вытеснения из твердой фазы маточного раствора, а также снижение влажности кека.

Маточный раствор и промводы после второй стадии конверсии направляют на приготовление суспензии хлорида калия, а раствор с первой стадии используют для смыва шлама в желобе флотомашины, а затем перерабатывают простым способом, например упаривают и сушат с получением хлорного N-K-удобрения.

Способ осуществляется следующим образом: Хлорид калия, содержащий водонерастворимые примеси, например флотационный хлористый калий либо циклонную пыль производства АО "Уральский", обрабатывают раствором, полученным на стадии выделения сульфата калия, с образованием суспензии.

В пусковой период при отсутствии раствора со второй стадии конверсии, хлорид калия обрабатывают водой с получением суспензии хлорида калия в насыщенном его растворе с Ж:Т=1,0-1,5. Полученную суспензию хлорида калия подвергают взаимодействию в многокамерной флотомашине с 38-42%-ным раствором сульфата аммония, полученным, например, растворением сульфата аммония по ГОСТ 9097-82 в воде.

Во флотомашине происходит полное растворение кристаллического хлорида калия с одновременным высаливанием из раствора двойной соли сульфатов калия-аммония, а также флотация шлама, содержащегося в хлориде калия, за счет флотореагентов, присутствующих во флотационном хлористом калии. При использовании для приготовления суспензии вместо флотационного хлорида калия калийного сырья, не содержащего флотореагентов, во флотомашину добавляют для флотации глинистых шламов известные реагенты, например собиратель ФР-2, с добавкой керосина и раствор полиакриламида или другие.

Пенный продукт, содержащий шламы, пеногонами направляют в желоб флотомашины, откуда смывают маточным раствором, полученным после выделения из суспензии двойной соли сульфатов калия-аммония. На пусковой период пенный продукт смывают водой.

Реакционная масса, перемещаясь последовательно по камерам флотомашины при интенсивном перемешивании механическими импеллерами с подсосом воздуха, поступает в последнюю камеру, откуда направляется на разделение суспензии. Разделение суспензии ведут путем ее предварительного сгущения, например с циклонах и(или) сгустителях, с последующей фильтрацией продукта на фильтрах любого типа, например на ленточном вакуум-фильтре.

Фильтрат и(или) осветленный раствор используют для смыва шламов в желобе флотомашины, а затем при необходимости осветляют и перерабатывают известным способом, например упариванием и(или) сушкой с получением хлорного N-K-удобрения.

Отфильтрованную двойную соль сульфатов калия-аммония обрабатывают 5-15%-ным водным раствором хлорида калия, полученный, например, растворением флотационного хлористого калия АО "Уралкалий" в воде, при Ж:Т=0,7-1,5 в течение 20 - 60 мин. Продолжительность обработки зависит от однородности реакционной смеси и в случае использования для этой цели флотомашин вместо аппаратов с перемешивающим устройством она минимальна.

Полученную суспензию без сгущения фильтруют, например, на ленточном вакуум-фильтре, кек промывают водой для вытеснения маточного раствора и(или) пропускают через пропарочные камеры известной конструкции путем передачи пара над слоем сульфата калия для снижения влажности продукта.

Сульфат калия с фильтра сушат в аппаратах любой конструкции с получением целевого продукта состава: K₂O 50%, Cl^- 0,5%.

Маточный раствор и промводы направляют в голову процесса для получения суспензии хлорида калия.

Примеры осуществления способа: Пример 1.

В соответствии с известным способом 1000,0 мас. ч./час сульфата аммония по ГОСТ 9097-82, содержащего 27,3% NH₄, 72,5% SO₄, 0,2% H₂O, растворяли в 1552,7 мас.ч./час воды с получением 39,1% раствора сульфата аммония.

К полученному раствору добавляли суспензию флотационного хлористого калия по ГОСТ 4568083 состава 96,11% KCl, 2,91% NaCl, 0,3% H.O., 0,21% MgCl₂·6H₂O, 0,47% CaSО₄, маточный раствор со второй стадии в количестве 1269,26 мас.ч/час и раствор после промывки сульфата калия водой в количестве 163,09 мас.ч./час.

Реакционную смесь перемешивали в горизонтальной мешалке, применяемой в производстве сульфата калия конверсионным методом, в течение 1 ч, а затем разделяли на фильтре с получением 1170,35 мас.ч./час двойной соли состава: 32,88% K⁺, 1,82% Cl^-, 0,02% Na⁺, 4,72% NH₄⁺, 50,86% SO₄^--, 0,80% H.O., 8,9% H₂O. Раствор сушили с получением побочного продукта, содержащего 12,8% K⁺(15,4% K₂O); 0,97% Na⁺, 22,83% NH₄⁺ (17,4% N), 19,94% SO₄, 43,16% Cl.

Двойную соль обрабатывали в горизонтальной мешалке в течение 1 ч 10%-ным водным раствором флотационного хлористого калия без его предварительного охлаждения, взятым в количестве, обеспечивающим Ж:Т исходной суспензии ≈ 1,0. Суспензию разделили на фильтре и промыли 134,7 мас.ч/час воды с получением 1432,35 мас.ч./час раствора и промвод, который вернули на приготовление суспензии.

Продукт после сушки в количестве 844.8 мас.ч./час имеет состав: 40,53% K⁺(48,8% K₂O), 0,87% Cl^-, 0,02% Na⁺,. 1,82% NH₄, 0,82% H.O., 55,44% SO₄, 0,5% H₂O.

Степень извлечения по калию в целевой продукт составила 65,4%.

Общая технологическая степень извлечения (без учета механических потерь) после сушки растворов с получением хлорного N-K-удобрения составила 97,5%.

Пример 2.

В соответствии с предлагаемым способом 1000,0 мас.ч. сульфата аммония по ГОСТ 9097-82, содержащего 27,3% NH₄⁺, 72,5% SO₄^--, 0,2% H₂O, растворяли в 1552,7 мас.ч./час воды с получением 39,1% раствора сульфата аммония.

Одновременно готовили суспензию из флотационного хлористого калия по ГОСТ 4568-83 состава: 96,11% KCl, 2,91% NaCl, 0,3% H.О., 0,21% MgCl·6H₂O, 0,47% CaSO₄, маточного раствора со второй стадии конверсии в количестве 1269,26 мас. ч. /час и раствора после промывки сульфата калия в количестве 163,09 мас.ч./час.

Суспензию флотационного хлористого калия подвергли взаимодействию с раствором сульфата аммония в 8-камерной флотомашине в течение 30 мин и затем фильтровали на ленточном вакуум-фильтре с получением 1145,8 мас.ч./час двойной соли состава: 33,48% K⁺ , 0,02% Na, 4,54% NH₄, 50,41% SO₄, 2,09% Cl, 0,46% H.O., 9,0% H₂O. Пенный продукт состава: 36,4% H.O., 10,0% K, 28% SO₄, 7,0% C, 2,8% NH₄, 15% H₂O в количестве 65,3 мас.ч./час собирали пеногонами в желоб, откуда смывали фильтратом.

Полученную суспензию сушили с получением побочного продукта в количестве 1154,8 мас. ч. /час состава: 13,5% K⁺ (16,3% K₂O), 0,95% Na⁺, 23,41% NH₄⁺ (18,2% N^-), 20,31% SO₄^--, 0,25% H.O., 41,58 Cl^-.

Двойную соль обработали в горизонтальной мешалке в течение 1 ч 10%-ным водным раствором хлористого калия в соответствии с примером 1.

Получили продукт после сушки состава: 42,09% K⁺ (50,7% K₂O), 0,01% Na, 1,48% NH₄, 55,03% SO₄, 0,34 Cl, 0,55% H.O., 0,5% H₂O.

Степень извлечения по калию в целевой продукт составила 66,4%.

Общая технологическая степень извлечения (без учета механических потерь) после сушки растворов с получением хлористого N-K-удобрения составила 97,8%.

Пример 3.

Способ осуществили в соответствии с примером 2, но вместо флотационного хлористого калия взяли циклонную пыль калийных производств АО "Уралкалий" состава: 96,27% KCl, 0,6% H.O., 4,48% NaCl, 0,06% MgCl₂, 0,51% CaSO₄, 0,07% H₂O в количестве 960,9 мас.ч./час, а промытый сульфат калия на фильтре подвергли пропарке путем подачи над слоем сульфата калия через пропарочную камеру. Влажность кека на фильтре снизилась с 9,1 до 6,5%. После сушки получили продукт состава: 41,9% K⁺ (50,47% K₂O), 0,09% Na⁺, 1,52% NH₄⁺, 0,41% Cl^-, 0,69% H.O., 54,94% SO₄, 0,45%H₂O в количестве 863,7 мас.ч. при степени извлечения по калию 65,9%.

Общая степень извлечения 98,1%.

Пример 4.

Способ осуществляли в соответствии с примером 2, вторую стадию конверсии осуществляли во флотомашине в течение 30 мин.

Получили после сушки продукт состава: 42,25% K (50,9% K₂O), 0,28% Cl^-, 0,50% H. O. , 1,39% NH₄, 55,08% SO₄, 0,02% Na, 0,48% H₂O при степени извлечения по калию 67,5%.

Пример 5.

Способ осуществляли в соответствии с примером 2, использовали хлорид калия состава: H.O. 2,5%, KCl 93,89%, NaCl 3,21%, CaSO₄ 0,41%, не содержащий флотореагентов.

На первую стадию конверсии во флотомашину добавили для шламовой флотации анионный собиратель ФР-2, керосин для улучшения свойств пены и 0.1%-ный раствор полиакриламида для снижения расхода собирателя.

Получили целевой продукт состава: 41,6% K (50,1% K₂O), 0,8% H.O, 0,41% Cl.

Из приведенных данных видно, что предлагаемый способ выгодно отличается от известного, позволяет использовать загрязненный шламом хлорид калия, упростить процесс, снизить энергозатраты.

Предлагаемый способ прошел опытно-промышленную проверку.

Формула изобретения

1. Способ получения сульфата калия из хлорида калия и сульфата аммония, включающий взаимодействие раствора сульфата аммония с суспензией хлорида калия с последующим выделением двойной соли сульфатов калия-аммония, обработку ее 5 - 15%-ным водным раствором хлорида калия при Ж : Т = 0,7 - 1,5, отделение сульфата калия на фильтре, его промывку и возврат маточного раствора на приготовление суспензии хлорида калия, отличающийся тем, что взаимодействие раствора сульфата аммония ведут с суспензией хлорида калия, содержащего нерастворимые примеси, во флотомашине, обеспечивающей шламовую флотацию нерастворимых примесей и их вывод из зоны реакции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что промывку сульфата калия на фильтре ведут водой и (или) путем подачи пара над слоем сульфата калия.