способ получения поваренной соли

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОВАРЕННОЙ СОЛИ из галитового сырья, загрязненного глинистым нерастворимыми примесями, ангидридом и гипсом, включающий растворение его в циркуляционном щелоке с получением горячего насыщенного раствора, отделение из раствора нерастворимых примесей, охлаждение осветленного хлорнатриевого раствора на многоступенчатой вакуум-кристаллизационной установке, сгущение и фильтрацию полученной суспензии с выделением целевого продукта и возврат маточного раствора на растворение, отличающийся тем, что охлаждение хлорнатриевого раствора осуществляют на установке регулируемой вакуум-кристаллизации в присутствии кристаллов хлористого натрия, отбор суспензии на сгущение ведут из среднего и последнего корпусов вакуум-кристаллизационной установки, перед фильтрацией на центрифугах осуществляют сгущение суспензии на гидроциклонах с возвратом жидкой фазы в слив соответствующего корпуса установки, маточник с последнего корпуса установки направляют для нагрева в поверхностные теплообменники, обогреваемые растворенным паром головной части установки, а затем через поверхностные подогреватели, обогреваемые острым паром, - в растворители.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание твердой фазы в каждом корпусе установки поддерживают в интервале 5 - 25 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике получения поваренной соли высших сортов из галитового сырья, содержащего глинистые нерастворимые примеси, ангидрит, гипс.

Известны способы получения высококачественной поваренной соли, заключающиеся в приготовлении насыщенного рассола поваренной соли из галитовых руд или галитовых отходов галургического производства, очистки этих рассолов от примесей и последующей их упарки на выпарных установках. Полученная суспензия хлорида натрия подвергается фильтрации с последующей сушкой кристаллизата. Приготовление насыщенного раствора может производиться путем подземного выщелачивания галитовых руд [1]

Необходимость очистки рассолов от гипса вызвана тем, что при выпарке рассола гипс выпадает в твердую фазу, в результате чего снижается качество поваренной соли. При этом наблюдается инкрустация греющих поверхностей соединениями кальция.

Известен способ получения поваренной соли из загрязненного примесями галитового сырья путем растворения его в циркуляционном щелоке с получением горячего насыщенного хлорнатриевого раствора [2] (прототип), выделение из него нерастворимых примесей, охлаждения осветленного хлорнатриевого раствора на многоступенчатой вакуум-кристаллизационной установке, сгущения и фильтрации полученной суспензии с выделением целевого продукта и возвратом маточного раствора на растворение галитового сырья. Способ предусматривает использование конденсаторов смешивания, орошаемых в головной части вакуум-кристаллизационной установки циркуляционным маточным щелоком. Способ позволяет получить поваренную соль первого и высшего сорта с содержанием NaCl не более 99,7% так как полностью не исключает загрязнение кристаллов NaCl гипсом, образующимся при упаривании рассола на ВКУ. Кроме того, использование конденсаторов смешивания, орошаемых в головной части ВКУ циркуляционным маточным щелоком, а также подогрев щелока в растворителе до 105^оС острым паром приводят к водному дебалансу за счет разбавления щелоков конденсатом с увеличением объема фазы в системе, так как вода расходуется и на промывку оборудования, сальниковых уплотнений насосов и валов аппаратов и т.п. В конечном счете избыточные растворы сбрасываются, вызывая потери целевого продукта и загрязнение окружающей среды, что требует осуществления природоохранных мероприятий.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить качество поверенной соли за счет снижения содержания в ней сульфатов кальция, а также упростить процесс за счет ликвидации сбросов избыточного хлорнатриевого раствора, достигаемой стабилизацией водного баланса процесса.

Это достигается тем, что в отличие от известного способа получения поваренной соли из галитовго сырья, загрязненного нерастворимыми глинистыми примесями, ангидритом и гипсом, включающего растворение сырья в циркуляционном щелоке с получением горячего насыщенного раствора, отделение из раствора нерастворимых примесей, охлаждение осветленного хлорнатриевго раствора на многоступенчатой вакуум-кристаллизационной установке, сгущение и фильтрацию полученной суспензии с выделением целевого продукта и возврат маточного раствора на растворение, охлаждение хлорнатриевого раствора осуществляют на установке регулируемой вакуум-кристаллизации (РВКУ) в присутствии кристаллов хлористого натрия. Отбор суспензии на сгущение ведут из среднего и последнего корпусов вакуум-кристаллизационной установки. Перед фильтрацией на центрифугах осуществляют сгущение суспензии на гидроциклонах с возвратом жидкой фазы в слив соответствующего корпуса РВКУ. Маточник с последнего корпуса РВКУ направляют для нагрева в поверхностные теплообменники, обогреваемые растворным паром головной части РВКУ, а затем через поверхностные подогреватели, обогреваемые острым паром, в растворители. Содержание твердой фазы, представленной кристаллами хлористого натрия, в каждом корпусе РВКУ поддерживают в интервале 5-25 мас.

Сущность способа состоит в следующем. Выпаривание осуществляется на многоступенчатой установке регулируемой вакуум-кристаллизации (РВКУ). Каждый корпус РВКУ представляет собой вертикальный аппарат с внутренним и внешним контурами циркуляции суспензии. Внутренняя циркуляция осуществляется с помощью осевых пропеллерных мешалок, устанавливаемых в диффузоре осевой циркуляционной трубы. Внутренний оборотный раствор смешивается с вновь поступающим в корпус исходным раствором или раствором из предыдущего корпуса. При этом температура оборотного раствора возрастает на 0,4-0,7^оС. При выходе этого раствора из верхнего конца циркуляционной трубы происходит падение давления и вскипание раствора, за счет чего раствор охлаждается и частично пересыщается по солям. Поскольку вместе с раствором циркулирует твердая фаза (5-25%), представленная кристаллами хлорида натрия и гипса, пересыщение снимается на этих кристаллах и они растут. Однако увеличение геометрических размеров кристаллов хлорида натрия происходит значительно быстрее, чем у кристаллов гипса, в результате чего образуются правильной формы монокристаллы NaCl, не содержащие примесей, с размером зерен более 0,1 мм, и кристаллы чистого гипса с размерами менее 0,06 мм. Крупные кристаллы хлорида натрия группируются в нижней части аппарата и выводятся в качестве продукционной суспензии, а мелкие классы и кристаллы гипса захватываются потоком во внутренний циркуляционный контур.

Внешний контур кристаллизатора предусматривает отбор жидкой фазы, содержащей мелкие кристаллы, из верхней части аппарата и подачу ее насосом в нижнюю часть. Этот прием также способствует созданию режима классификации твердой фазы в аппарате за счет изменения скорости потока.

Благодаря применению РВКУ созданы условия, обеспечивающие получение однородных кристаллов хлорида натрия и гипса, значительно отличающихся по своим геометрическим размерам, в то время как по известному способу мелкие классы хлорида натрия и кристаллы гипса близки по размерам.

В отличие от известного способа в предлагаемом изобретении отбор продукционной суспензии ведут из среднего и последнего корпусов РВКУ с последующим ее сгущением на гидроциклонах. Сгущенную часть циклонов направляют на фильтрацию с выделением целевого продукта, а слив гидроциклонов, в котором содержится до 30% общего количества твердой фазы, в слив соответствующей ступени РВКУ, а затем маточник из последней суспензии РВКУ, содержащий мелкие классы хлорида натрия и гипса (менее 60 мкм), направляют в теплообменники для нагрева. Применение этого приема позволяет отделить кристаллы гипса от кристаллов продукционной поваренной соли и, таким образом, повысить ее качество. Вывод продукционной суспензии из средней части РВКУ позволяет упростить процесс регулирования содержания твердой фазы в корпусах, так как исключается возможность неоправданного роста кристаллов хлорида натрия и забивка циркуляционных насосов твердой фазой.

Маточный раствор с последнего корпуса РВКУ нагревается до температуры в растворителях 101-106^оС в кожухотрубчатых теплообменниках путем нагрева до температуры 70-80^оС в поверхностных конденсаторах, обогреваемых растворным паром с первых ступеней РВКУ, а затем в подогревателях, обогреваемых острым паром для нагрева раствора до температуры 110-114^оС, обеспечивающей поддержание температуры в растворителях на уровне 101-106^оС. Применение этого приема в отличие от известного способа, предусматривающего установку конденсаторов смешения и нагрев раствора в растворителях острым паром, позволяет не разбавлять галитовый маточник конденсатом.

В условиях промышленного производства в процесс вводят значительное количество воды (на подпитку сальниковых уплотнений, промывку оборудования и т. п. ) и при вводе конденсата в процесс образуется дебаланс по воде, что ведет к усложнению технологии в связи с необходимостью сброса избыточных растворов и осуществления ряда природоохранных мер по их обезвреживанию.

По предлагаемому способу конденсат возвращается в котельную и частично нормированно расходуется в процессе, что позволяет полностью контролировать водный баланс.

Наличие в подогреваемом растворе кристаллов гипса не ведет к инкрустации греющих поверхностей теплообменников, так как снятие пересыщения по гипсу в подогреваемом растворе идет на этих кристаллах. Попадая в растворитель, кристаллы гипса выводятся вместе с нерастворимыми минералами в сгустителе.

Способ осуществляется следующим образом. Дробленую галитовую руду со склада или из шахты через питатель подают в шнековые растворители и сюда же подают галитовый циркуляционный щелок, нагретый в кожухотрубчатых подогревателях паром до температуры, обеспечивающей поддержание температуры в растворителе 101-106^оС. Слив растворителей осветляют в сгустителях и направляют на установку регулируемой вакуум-кристаллизации. Сгущенный шлам сбрасывают. Степень насыщения рассола по NaCl и CaSO₄ близка к 1.

Установка регулируемой вакуум-кристаллизации предназначена для извлечения кристаллического хлорида натрия из раствора с одновременной рекуперацией тепла. Процесс заключается в ступенчатом выпаривании насыщенного осветленного щелока под вакуумом за счет самоиспарения воды на установке, состоящей, например, из 7 корпусов, расположенных последовательно. В этом случае первые 4 корпуса работают с рекуперацией тепла, а три последних с тепловыми потерями. В первых корпусах происходит охлаждение раствора на 40-45^оС, при этом растворный пар подают на поверхностные конденсаторы для нагрева маточного раствора, проходящего через поверхностные конденсаторы в режиме противотока. В последних кристаллизаторах охлаждение идет на 20-30^оС. Разгрузку кристаллизаторов осуществляют из средней и последней ступени РВКУ, например из 4 и 7.

Содержание твердой фазы в корпусах РВКУ поддерживают на уровне 5-25% предпочтительно 15% путем регулирования плотности выгружаемой продукционной суспензии.

Продукционную суспензию из среднего, например четвертого, и последнего, например седьмого, корпусов РВКУ направляют на гидроциклоны, где сгущают до Ж: Т 1 и фильтруют на центрифуге. Полученный кристаллизат с влажностью до 4 сушат с получением целевого товарного продукта. Слив гидроциклонов возвращают на установку РВКУ в слив соответствующей ступени. Затем маточник, содержащий мелкие классы хлорида натрия, а также кристаллы гипса, направляют для нагрева до температуры 70-80^оС в поверхностные подогреватели, обогреваемые растворным паром с первых ступеней РВКУ, например с 1-4, а затем в кожухотрубчатые подогреватели, обогреваемые паром, для нагрева до температуры в растворителях на уровне 101-106^оС.

Регулируя содержание твердой фазы в каждом корпусе РВКУ в интервале 5-25% по плотности выгружаемой суспензии, получают кристаллы NaCl класса 0,2-0,9 мм. При этом доля крупных фракций в продукте растет по мере увеличения содержания твердой фазы в корпусах за счет увеличения срока пребывания кристаллов в аппаратах. Однако при увеличении содержания твердой фазы свыше 25% создаются серьезные трудности в эксплуатации оборудования в связи с забивкой циркуляционных насосов и остановкой осевых мешалок. При снижении содержания твердой фазы ниже 5% растет доля в продукте мелких фракций и при фильтрации продукционной суспензии происходит загрязнение целевого продукта гипсом. Одновременно растет влажность отфильтрованного продукта до 5-8% а следовательно, продукт загрязняется маточным раствором, насыщенным по гипсу.

П р и м е р 1. 116 т/ч галитовой руды состава: NaCl 91,65% н.о. 5,00% CaSO₄ 2,5% поступает в два шнековых растворителя, куда одновременно подают 1500 м³/ч маточного раствора, нагретого до 114^оС, в результате чего температура в растворителях составила 102^оС. Слив растворителя направляют на сгущение, где отделяют глинисто-солевой шлам. Осветленный щелок, содержащий 0,3683 г NaCl/1000 г Н₂О и 0,38% СаSO₄, с температурой 100^оС направляют на семикорпусную регулируемую вакуум-кристаллизационную установку, где содержание твердой фазы в суспензии в корпусах поддерживают на уровне 10% Разрежение по корпусам составило, бар: 1 0,65; 2 0,76; 3 0,8; 4 0,9; 5 0,96; 6 0,98; 7 1,00.

Температура в четвертом корпусе 60^оС, в седьмом 35^оС. Суспензию из четвертого и седьмого корпусов сгущают на гидроциклоне до Ж:Т 1, а затем фильтруют на центрифуге с получением продукта с влажностью 3,2% Продукт имеет следующий гранулометрический состав, +1 мм 1,45 -1 + 0,6 мм 19,70 -0,63 + 0,4 мм 42,45 -0,4 + 0,2 мм 31,15 -0,2 + 0,1 мм 4,70 -0,1 мм 0,55

После сушки продукт содержит (по сухому), NaCl 99,95; CaSO₄ 0,03; H₂O 0,1.

П р и м е р 2. В соответствии с известным способом на опытной установке ВНИИГ была получена соль с охлаждением щелоков на вакуум-кристаллизационной установке следующего состава, NaCl 97,7-98,4; CaSO₄ 1,70-1,13; H₂O 0,1.

Из приведенных примеров видно, что по предлагаемому способу получают продукт, по качеству отвечающий требованиям ГОСТ 13830-91 на соль поваренную пищевую сорт "Экстра" (содержание NaCl 99,7% CaSO₄ 0,03).

На технологической линии производства хлорида калия, имеющей установку регулируемой вакуум-кристаллизации, были проведены промышленные испытания предлагаемого способа с использованием в качестве сырья подстилающей каменной соли с содержанием, NaCl 94,8; KCl 0,05; MgCl₂ 0,26; CaSO₄ 3,05; н.о. 2,0.

Было получено 19 тыс.т поваренной соли. Анализ пробы соли, отобранной ОТК завода со склада, показал следующее.

Содержание, мас.

NaCl 99,95

Са⁺⁺ 0,0055

Мg⁺⁺ 0,002

SO₄^-- 0,0035

К⁺ 0,0065

Fe₂O₃ 0,0004

н.о. 0,002

Н₂О 0,1

Гранулометрический состав,

+1,2 мм 0

1,2 + 0,8 мм 18,6

0,8 + 0,6 мм 54,9

0,6 + 0,2 мм 25,7

0,2 + 0,1 мм 0,8

Из приведенных данных видно, что предлагаемый способ позволяет получать соль, по качеству отвечающую всем требованиям к соли высшей очистки, в промышленных условиях.