Способ получения хлорида калия

 

Изобретение относится к технике получения хлорида калия из сильвинитовых руд методом растворения-кристаллизации. Способ включает растворение сильвинитов, кристаллизацию целевого продукта из раствора в многоступенчатых вакуумных кристаллизаторах, классифицикацию твердой фазы, ее промывку, сушку, обеспылевание, растворение мелкокристаллической и пылевой фракций с возвратом раствора в процесс. Способ отличается тем, что крупные фракции хлорида калия, полученные гидроклассификацией суспензии кристаллизата, фильтруют, мелкие направляют во внешние контуры аппаратов регулируемой вакуум-кристаллизации (РВКУ). Мелкокристаллический хлорид калия, полученный на стадиях сушки и обеспылевания, подают в виде суспензии с Ж:Т=1,0-5,0 при температуре 70-95^oС в первый корпус РВКУ. Конденсат с РВКУ подают во внешние контуры аппаратов. Результат способа: упрощение процесса, повышение чистоты хлорида калия.

Изобретение относится к технике получения хлорида калия из сильвинитовых руд методом растворения-кристаллизации.

Известен способ получения хлорида калия из сильвинитовых руд, включающий отделение мелких фракций хлорида калия на стадии сгущения гидросепарацией. Мелкие кристаллы растворяют в воде и получают насыщенный хлоридом калия раствор, который возвращают на вакуум-кристаллизационную установку (ВКУ) для улучшения качества кристаллизата (Куимова Л.И., Павлов В.В., Ремизова Е.И., Соликов П. С. , Сандаков В.Т. Тр. научно-технической конференции от 28 - 30 мая 1985 г. , г. Пермь. "Пути дальнейшей интенсификации и повышения эффективности производства калийных удобрений". С. 114 - 115). Способ сложен в реализации, так как требует жесткого контроля за расходом воды в процессе для соблюдения водного баланса с учетом всех точек ее ввода.

Известен способ получения хлористого калия, включающий растворение циклонной пыли в водном растворе хлорида калия после стадии мокрой пылегазоочистки до степени насыщения растворов по KCl 0,90 - 0,94, промывку кристаллизата на центрифугах этим раствором и смещение полученного отработанного раствора с горячим насыщенным щелоком перед ВКУ (А.с. СССР N 1490082, МКИ C 01 D 3/08, 16.03.87 - 89 г.г.). Предложенный способ сложен в реализации, так как для его осуществления необходимо использовать значительное количество воды, что ведет к водному дебалансу в процессе, к необходимости сброса значительного количества щелоков, содержащих целевой продукт, а также к охлаждению щелоков перед ВКУ, за счет чего увеличиваются циркуляционные потоки жидких фаз и снижается степень рекуперации тепла на ВКУ и выход продукта.

Известен способ получения обеспыленных калийных удобрений путем растворения исходной руды, получения насыщенного раствора хлорида калия с последующим его охлаждением и кристаллизацией твердой фазы, классификации твердой фазы и возврата части твердой фазы, которая представляет собой фракцию 0,16 - 0,60 мм, в количестве 10 - 40% от общего количества фракции на стадию кристаллизации (А. с. СССР N 1162774, МКИ C 05 D 1/02, 14.02.84 - 23.06.85). Преложенный способ сложен в реализации, так как предусматривает возврат холодный суспензии хлорида калия фракции до 0,60 мм в голову ВКУ в количестве до 40% без ввода воды, что ведет к высаливанию значительного количества хлорида натрия при растворении KCl, а также к увеличению циркуляционных потоков жидких фаз в цикле растворение-кристаллизация.

Известен способ получения хлорида калия из сильвинитов, включающий их растворение, кристаллизацию целевого продукта из полученного раствора в многоступенчатых вакуумных кристаллизаторах, классификацию твердой фазы, сушку и обеспылевание крупнокристаллической фракции, растворение мелкокристаллической и пылевой фракций с возвратом раствора в процесс, при этом кристаллизацию хлорида калия ведут до получения в твердой фазе 9 - 20% хлорида натрия, а раствором, полученным от растворения мелкодисперсного хлорида калия в 35 - 85% конденсата с ВКУ, обрабатывают крупнокристаллическую фракцию в течение 0,20 - 0,75 часа при Ж:Т = (2-4):1 (А.с. СССР N 1125191, МКИ C 01 D 3/04, т. 12.82-84 г.г.) - прототип.

Способ сложен в реализации, так как предлагает использование трудоемкой операции выделения всей крупнокристаллической фракции и ее обработку раствором хлорида калия при Ж:Т = (2-4):1 для выщелачивания хлорида натрия из кристаллов. Способ сложен в управлении, так как наличие до 20% хлорида натрия в кристаллизате создает опасность загрязнения целевого продукта этим компонентом за счет экранирования хлорида натрия хлоридом калия, кристаллизующимся на поверхности кристаллов соли. Кроме того, при образовании значительного количества мелких фракций при кристаллизации хлорида, что является обычным явлением в процессе кристаллизации целевого продукта в многоступенчатых нерегулируемых вакуум-кристаллизаторах, возврат в процесс 35 - 85% конденсата с ВКУ недостаточен для растворения всего мелкодисперсного хлорида калия, что влечет за собой выпуск некондиционного целевого продукта, загрязненного целевыми фракциями. Осуществление процесса по известному способу в одну стадию путем охлаждения раствора с 95 до 25^oC не позволит рекуперировать тепло, отводимое от раствора в процессе кристаллизации. Ввод небольшого количества воды в пульпу, содержащую значительное количество жидкой фазы, приведет к тому, что концентрация растворенных веществ в жидкой фазе снизится незначительно и растворение кристаллов будет протекать крайне медленно. Ввод конденсата в маточный раствор приведет к образованию избыточных щелоков и необходимости их сброса, что снижает извлечение KCl в товарную продукцию и создает экологические проблемы.

Задачей изобретения является упрощение процесса за счет стабилизации его водного баланса и сокращения внешних циркуляционных потоков производства с получением высококачественного обеспыленного крупнокристаллического продукта. Технический результат по предлагаемому способу в отличие от известного, включающего растворение хлорида калия, содержащегося в сильвинитовых рудах, кристаллизацию целевого продукта из раствора в многоступенчатых вакуумных кристаллизаторах, классификацию твердой фазы, ее промывку, сушку, обеспылевание, растворение мелкокристаллической и пылевой фракций достигается тем, что крупные фракции хлорида калия, полученные гидроклассификацией суспензии кристаллизата, фильтруют, мелкие - направляют во внешние контуры аппаратов регулируемой вакуум-кристаллизации; мелкокристаллический хлорид калия, полученный на стадиях сушки и обеспылевания, подают в виде суспензии с Ж:Т = 1,0 - 5,0 при температуре 70 - 95^oC в первый корпус установки регулируемой вакуум-кристаллизации, а конденсат с установки регулируемой вакуум-кристаллизации - во внешние контуры аппаратов для растворения пылевых фракций кристаллизата.

Сущность способа заключается в следующем.

Хлорид калия, содержащийся в сильвинитовой руде, растворяют при температуре 90 - 98^oC в оборотном растворе, из полученной суспензии выделяют галит, в жидкую фазу осветляют с добавлением флокулянта и направляют на установку регулируемой вакуум-кристаллизации (РВКУ).

На установке регулируемой вакуум-кристаллизации за счет испарения воды под вакуумом происходит охлаждение суспензии с кристаллизацией из раствора целевого продукта при содержании твердой фазы в суспензии в каждом корпусе 5 - 30%.

Отбор продукционной суспензии ведут из среднего и последнего корпусов РВКУ. Суспензию подвергают гидроклассификации на циклонах с возвратом жидкой фазы, содержащей мелкие классы кристаллизата, во внешние контуры корпусов РВКУ, а пески циклонов фильтруют с промывкой кристаллизата. Фильтрат и пром. воды направляют во внешние контуры корпусов РВКУ; маточник с последнего корпуса РВКУ направляют на нагрев в поверхностные теплообменники, обогреваемые растворным паром головной части установки, затем через поверхностные подогреватели, обогреваемые острым паром, в растворители для выщелачивания хлорида калия из сильвинитов. Конденсат с поверхностных теплообменников РВКУ подается, в основном, во внешние контуры корпусов РВКУ для растворения пылевых фракций кристаллизата, предотвращения кристаллизации хлорида натрия и создания оптимальных условий для образования крупных кристаллов хлорида калия.

Отфильтрованный хлорид калия сушат с одновременным выделением из целевого продукта мелкокристаллической (менее 0,1 - 0,2 мм) и пылевой (менее 0,06 мм) фракций, которые суспендируют в воде при температуре 70 - 95^o, полученную суспензию с Ж:Т = 1,0 - 5,0 подают в первый корпус РВКУ с целью насыщения осветленного раствора по целевому продукту, предотвращения кристаллизации хлорида натрия в первом корпусе и создания затравки кристаллов хлористого калия.

В отличие от известных способов отбор продукционной суспензии ведут из среднего и последнего корпусов РВКУ, при этом суспензию подвергают гидроклассиффикации на циклонах с возвратом жидкой фазы, содержащей мелкие классы кристаллизата хлорида калия, во внешние контуры РВКУ. Такой прием позволяет упростить процесс за счет ликвидации внутренних контуров для транспортировки суспензии крупнокристаллического продукта в системе вакуум-кристаллизации и выделить весь крупнокристалличяеский хлорид калия, полученный в первой и второй частях РВКУ, а также направить с минимальными затратами на доращивание мелкие некондиционные кристаллы хлорида калия без нарушения водного баланса процесса. При этом возврат жидкой фазы гидроциклонов во внешние контуры корпусов РВКУ, куда в соответствии с предлагаемым способом подают растворный конденсат с поверхностных теплообменников, позволяет растворить, в первую очередь, пылевидные (менее 0,06 мм) частицы хлорида калия и тем самым эффективно обеспечить рост кристаллов за счет снятия пересыщения при охлаждении растворов и резкого сокращения центров кристаллизации в системе. Ввод конденсата во внешние контуры корпусов РВКУ позволяет предотвратить процесс сокристаллизации хлорида натрия и тем самым обеспечить выход высококачественного хлорида калия.

В отличие от известных способов, где ведется полное растворение циклонной пыли от процесса сушки хлорида калия с возвратом раствора в процесс вакуум-кристаллизации, по предлагаемому способу весь мелкокристаллический продукт, полученный аэроклассификацией целевого продукта в процессе его обезвоживания в аппаратах "кипящего слоя", а также пыль с аспирационных систем подают в виде суспензии с Ж:Т = 1,0 - 5,0 при температуре 70 - 95^oC в первый корпус РВКУ.

Предлагаемый прием позволяет поднять степень насыщения осветленного щелока после растворителя по KCl с 0,92 - 0,95 до 1,0 и получить в первом корпусе РВК раствор, содержащий затравочные кристаллы - центры кристаллизации целевого продукта. При этом степень насыщения осветленного щелока по хлориду натрия резко падает, что обеспечивает получение кристаллов, не загрязненных этим компонентом.

Ввод в первый корпус РВКУ суспензии с Ж:Т = 1,0 - 5,0 с температурой 70 - 95^oC позволяет упростить процесс за счет сокращения потоков в системе РВКУ-растворители, так как исключается опасность охлаждения осветленного раствора холодными суспензиями, например кристаллизатом из последнего корпуса, что ведет к снижению выхода кристаллизата с 1 м³ охлаждаемого раствора, а также снижает степень рекуперации тепла в системе поверхностных теплообменников РВКУ. Предлагаемый прием позволяет упростить процесс управления РВКУ за счет устранения опасных загрязнения кристаллов хлоридом натрия без нарушения водного баланса процесса в целом и обеспечения первых корпусов установки зародышами кристаллов целевого продукта.

Использование суспензии мелкокристаллического продукта с Ж:Т = 1,0 - 5,0 позволяет при минимальном расходе воды использовать весь мелкокристаллический хлорид калия, доля которого при галургической переработке достигает 20%, без ухудшения водного баланса процесса; следовательно, отсутствует сброс избыточных растворов.

Приготовление суспензии с Ж:Т более 5,0 ведет к повышению расхода воды и дебалансу системы по этому компоненту с учетом всех точек ввода (промывка насосов, ввод на сальниковые уплотнения и т.п.). При Ж:Т суспензии менее 1,0 возникают трудности с ее транспортировкой и дозировкой. Кроме того, при этом в первом корпусе РВКУ возникает большое количество центров кристаллизации, что препятствует получению крупнокристаллического продукта.

При понижении температуры суспензии происходит увеличение потоков и снижение температуры смеси в первом кристаллизаторе, а при температуре более 95^oC происходит интенсивное парообразование в процессе приготовления суспензии, что создает трудности ее транспортировки и дозировки.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

1000 в.ч./час сильвинитовой руды состава: KCl=32,0%, NaCl=62,6%, н.o. = 5,0%, растворяли при температуре 98^oC в 2973 в.ч./час оборотного маточного раствора, полученного на последующих стадиях процесса и нагретого в подогревателях до температуры 115^oC. После отделения галитового отвала и осветления от нерастворимых примесей с добавлением полиакриламида раствор с температурой 95^oC состава: KCl=18,95%, NaCl=15,88%, MgCl₂=2,06%, направляли на семикорпусную установку регулируемой вакуум-кристаллизации.

На РВКУ за счет испарения воды под вакуумом происходит охлаждение суспензии и кристаллизация из раствора хлорида калия.

Содержание хлорида калия в суспензии корпусов РВКУ поддерживали на уровне 10%. Отбор продукционной суспензии вели из 4 и 7 корпусов РВКУ путем ее подачи на гидроциклоны. Пески циклонов фильтровали на центрифуге и промывали с расходом воды 11,7 в.ч./час; слив циклонов, фильтрат и пром.воды возвращали во внешние контуры корпусов РВКУ; при этом эффективность разделения суспензии на гидроциклонах достигала 75 - 85%, то есть до 25% всей твердой фазы, содержащейся в суспензии, возвращалось в качестве затравочных кристаллов во внешние контуры корпусов РВКУ.

Осветленную жидкую фазу из 7 корпуса РВКУ направляли на нагрев в поверхностные теплообменники, обогреваемые растворным паром первых четырех корпусов РВКУ до температуры 75^oC, а затем через поверхностные подогреватели, обогреваемые острым паром, в растворители руды. Конденсат с поверхностных теплообменников с первых четырех корпусов РВКУ вернули во внешние контуры РВКУ в количестве 153 в.ч./час для управления процессом роста кристаллов. Растворимый пар с 5 - 7 корпусов РВКУ поступал на конденсаторы смешения, охлаждаемые водой из системы оборотного водоснабжения. Избыток конденсата с первых корпусов РВКУ использовали в технологическом процессе (подпитка сальниковых уплотнений насосов, промывка системы и т.п.).

Отфильтрованный на центрифуге хлорид калия сушили в аппарате "кипящего слоя" при температуре 110^oC с одновременной аэроклассификацией продукта по классу -0,2 мм. Мелкокристаллический продукт в количестве 67,3 в.ч./час растворили в воде при температуре 85^oC с получением суспензии с Ж:Т = 3, которую подали в первый корпус РВКУ. После сушки получили 281 в.ч./час целевого продукта состава: KCl=98,8%, NaCl=1,0%, MgCl₂=0,1%, H₂O=0,1%, имеющего следующий гранулометрический состав: +1,2 мм - отсутствует; -1,2+0,6 мм - 41,6%; -0,6-0,2 мм - 56,3%; -0,2 мм 0 2,1%; d_ср.=0,60 мм.

Степень извлечения KCl из руды в целевой продукт 87,73%.

Пример 2.

В соответствии с известным способом осуществили процесс и получили продукт состава: KCl= 98,4%, NaCl=1,4%, MgCl₂=0,1%, H₂O=0,1%, имеющий гранулометрический состав: +1,2 мм - отсуствует; -1,2+0,6 мм - 20,7%; -0,6+0,2 мм - 56,5%; -0,2 мм - 22,8%, d_ср.=0,44 мм.

Степень извлечения KCl из руды в целевой продукт 79,54%, что значительно ниже по сравнению с предлагаемым способом за счет образования избыточных растворов, образующихся вследствие ввода значительного количества воды для полного растворения хлорида натрия.

Формула изобретения

Способ получения хлорида калия из сильвинитов, включающий их растворение, кристаллизацию целевого продукта из раствора в многоступенчатых вакуумных кристаллизаторах, классификацию твердой фазы, ее промывку, сушку, обеспылевание, растворение мелкокристаллической и пылевой фракций с возвратом раствора в процесс, отличающийся тем, что крупные фракции хлорида калия, полученные гидроклассификацией суспензии кристаллизата, фильтруют, мелкие направляют во внешние контуры аппаратов регулируемой вакуум-кристаллизации, мелкокристаллический хлорид калия, полученный на стадии сушки и обеспыливания, подают в виде суспензии с Ж : Т = 1,0 - 5,0 при температуре 70 - 95^oC в первый корпус установки регулируемой вакуум-кристаллизации, а конденсат с установки регулируемой вакуум-кристаллизации - во внешние контуры аппаратов.