способ получения сульфата калия из поташа и сульфата натрия
Классы МПК: | C01D5/06 получение сульфатов реакцией двойного обмена |
Автор(ы): | ХОЛДЕНГРАБЕР Курт (IL), ЛАМПЕРТ Шалом (IL) |
Патентообладатель(и): | ДЭД СИ УОРКС ЛТД. (IL) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-08-26 публикация патента:
27.08.2004 |
Настоящее изобретение касается способа получения сульфата калия из сырья, содержащего поташ и сульфат натрия, включающий стадии: (а) обработки порции поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья, так, чтобы глазерит выкристаллизовался из раствора и образовался первый маточный раствор; (b) преобразования глазерита в осадочный сульфат калия во втором маточном растворе; (с) возвращения второго маточного раствора в порцию поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья; (d) кристаллизация первого маточного раствора выпариванием для получения хлорида натрия в третьем маточном растворе и (е) возвращения третьего маточного раствора в порцию поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья. Изобретение позволяет снизить затраты, получить сульфат калия, свободный от нерастворимых веществ. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7
Формула изобретения
1. Способ получения сульфата калия из поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья, включающий стадии: (а) обработка порции поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья так, чтобы глазерит выкристаллизовался из раствора выпариванием или охлаждением с возможностью устранения необходимости в получении промежуточных солей сульфата натрия с образованием первого маточного раствора; (b) преобразование глазерита в осадочный сульфат калия во втором маточном растворе; (с) возврат второго маточного раствора на стадию (а); (d) кристаллизация указанного первого маточного раствора выпариванием для получения хлорида натрия в третьем маточном растворе; (е) возврат третьего маточного раствора на стадию (а).2. Способ по п.1, в котором в указанной стадии преобразования глазерита в осадочный сульфат калия используют дополнительную порцию поташсодержащего сырья.3. Способ по п.2, в котором указанная дополнительная порция поташсодержащего сырья представляет собой излишек указанной порции поташсодержащего сырья из стадии (а).4. Способ по п.1, в котором стадия обработки порции поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья включает кристаллизацию выпариванием.5. Способ по п.1, в котором стадия обработки порции поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья включает кристаллизацию методом охлаждения.6. Способ по п.1, в котором поташсодержащее сырье и содержащее сульфат натрия сырье предварительно смешивают, чтобы получить раствор перед обработкой указанной порции поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья.7. Способ по п.1, в котором указанное содержащее сульфат натрия сырье включает глауберову соль.8. Способ по п.1, в котором указанное содержащее сульфат натрия сырье включает раствор, содержащий сульфат натрия.9. Способ по п.1, в котором указанное содержащее сульфат натрия сырье включает глауберит.10. Способ по п.1, в котором указанное содержащее сульфат натрия сырье включает комковатый сульфат натрия.11. Способ по п.1, в котором указанное содержащее сульфат натрия сырье включает сульфат натрия, имеющий чистоту около 5 - 90%.12. Способ по п.1, в котором указанное получение глазерита осуществляют при температуре около 15 - 110С.13. Способ по п.1, в котором нерастворимые вещества из поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья удаляют фильтрацией, с получением, по существу, полностью растворимого сульфата калия.14. Способ по п.1, в котором указанные промежуточные соли сульфата натрия включают глауберову соль.15. Способ по п.1, в котором указанные промежуточные соли сульфата натрия включают безводный сульфат натрия.16. Способ по п.1, в котором указанные промежуточные соли сульфата натрия включают глауберову соль и безводный сульфат натрия.17. Способ получения сульфата калия из поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья, состоящий, по существу, из стадий (а) обработки порции поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья так, чтобы глазерит выкристаллизовался из раствора и образовался первый маточный раствор; (b) преобразования глазерита в осадочный сульфат калия во втором маточном растворе; (с) возврата второго маточного раствора на стадию (а); (d) кристаллизации указанного первого маточного раствора выпариванием для получения хлорида натрия в третьем маточном растворе; (е) возврата третьего маточного раствора на стадию (а).Описание изобретения к патенту
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИНастоящее изобретение относится к способам получения сульфата калия, а точнее, к способам получения сульфата калия из сырья, содержащего поташ и сульфат натрия.УРОВЕНЬ ТЕХНИКИСуммарную реакцию получения сульфата калия из сульфата натрия и поташа можно описать следующим образом:Na2SO4+2КСl=K2SO4+2NaClОднако в воде реакция подвергается воздействию термодинамических помех системы Na2SO4-2КСl-К2SO4-2NaCl/H2O. Данные для этой системы лучше всего представлены в фазовой диаграмме Janecke (фиг.1). Соответствующими инвариантными точками являются:(a) равновесный раствор Na2SO4, NaCl, K2SO4 и глазерита (K3Na(SO4)2);(b) равновесный раствор КСl, NaCl и глазерита;(c) равновесный раствор КСl, K2SO4 и глазерита.Составы инвариантных точек при 25С представлены в таблице.Из фазовой диаграммы видно, что для любой исходной смеси поташа, сульфата натрия и воды чистый хлорид натрия нельзя удалить в виде побочного продукта. Кроме того, значительного преобразования калия можно добиться только с помощью двухступенчатой реакции, через промежуточный продукт глазерит, состоящей из (фиг.2а):1) получения глазерита из сульфата натрия, поташа и раствора стадии 1;2) получения сульфата калия и раствора стадии 2 из поташа, воды и глазерита стадии 1.Глазерит, полученный на стадии 1, отделяют от маточного раствора и вводят в стадию 2. Маточный раствор содержит существенные количества растворенных в нем калия и сульфата, что, как правило, обеспечивает процесс выделения. Хотя известные в настоящее время способы различаются между собой, главным образом, схемой, используемой для извлечения калия и сульфата, стадии реакции в них очень похожи.Существует множество проблем, связанных с разделением твердого глазерита и жидкости. Поскольку в известных способах глазерит получают с помощью высаливания, то получаемый глазерит является тонкодисперсным. С помощью высаливания можно получить и несколько более крупные кристаллы, но это требует более длительного времени пребывания материала в установке и более сложного оборудования для кристаллизации.Мелкие частицы глазерита трудно отфильтровывать. Кроме того, количество налипающего маточного раствора резко возрастает с уменьшением размера частиц. Этот маточный раствор богат натрием (65-86 моль %) и хлоридом (75-95 моль %). Смесь натрия и хлорида, введенная в стадию 2, должна быть растворенной в вытекающем растворе. Поскольку при оптимальной теоретической рабочей точке (инвариантной точке КСl/К2SO4/глазерит/Н2O) раствор содержит примерно 71% Н2О и менее 3% натрия, то на стадии 2 необходимо дополнительно добавить около 25 кг воды, чтобы полностью удалить дополнительно введенный натрий.“Натриевое отравление”, происходящее в результате налипания маточного раствора на глазерит, увеличивает потребность в подаваемой воде (фиг.3), а следовательно, увеличивает количество испаряющейся воды на стадии выделения. Стоимость затрат на энергию также увеличивается, из-за дополнительных затрат на нагревание и охлаждение для увеличенных рециркуляционных потоков. Соответственно повышаются и затраты на оборудование.Крупные частицы глазерита легче фильтруются и содержат значительно меньше маточного раствора.Использование глауберовой соли (декагидрата сульфата натрия) для получения сульфата калия известно в данной области техники. Хорошо известно, что дополнительное количество воды из глауберовой соли уменьшает преобразование на стадиях реакции и повышает содержание сульфата в потоке, вытекающем из стадии 1. Но некоторые циклические процессы нельзя осуществлять с помощью глауберовой соли; другие же требуют проведения дополнительных операций (например, выпаривания).Отношение воды к сульфату натрия в растворах сульфата натрия значительно выше, чем в глауберовой соли, поэтому проблема избыточного количества воды значительно усугубляется.Таким образом, в соответствии с ранее известным способом, содержащее воду сырье сульфата натрия, как правило, кристаллизуют выпариванием для получения безводной соли. Твердые вещества отделяют от маточного раствора и вводят в одну из обычных технологических схем получения сульфата калия из поташа и безводного сульфата натрия.Получение безводного сульфата натрия из глауберовой соли, растворов сульфата натрия и другого содержащего сульфат натрия сырья требует больших затрат как денежных средств, так и энергии. Таким образом, существует общепризнанная необходимость в способе получения сульфата калия из этих видов содержащего сульфат натрия сырья, более эффективном и более экономичном, чем ранее известные способы.Вышеописанные способы представлены, например, в патенте США 4215000 от 7/1980 г., кл. 423/552 автора Соколова или в патенте 5552126 от 9/1996 г., кл. 423/199 автора Ефраима.Все перечисленные недостатки устраняются данным способом получения, описанным ниже.Краткое описание изобретенияПервой целью настоящего изобретения является получение глазерита в качестве промежуточного вещества при получении сульфата калия с помощью испарительной кристаллизации, а не с помощью высаливания, в результате чего получают глазерит, имеющий улучшенные характеристики, связанные с осаждением, фильтрацией и удобством применения, а также с более низким содержанием налипшего маточного раствора.Второй целью настоящего изобретения является создание способа получения сульфата калия из поташа и растворов сульфата натрия, без получения безводного сульфата натрия или глауберовой соли на промежуточной стадии.Третьей целью настоящего изобретения является получение сульфата калия, свободного от нерастворимых веществ и следовательно пригодного для фертигации (удобрительного орошения).В первом варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ получения сульфата калия из поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья, включающий стадии: (а) обработки порции поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья, так, чтобы глазерит выкристаллизовался из раствора, что устраняет необходимость в получении промежуточного продукта – солей сульфата натрия и образовался первый маточный раствор; (b) преобразования глазерита в осадочный сульфат калия во втором маточном растворе; (с) возвращения второго маточного раствора на стадию (a); (d) кристаллизации первого маточного раствора выпариванием для получения хлорида натрия в третьем маточном растворе и (е) возвращения третьего маточного раствора на стадию (а).В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения на стадии преобразования глазерита в осадочный сульфат калия используют дополнительную порцию потащсодержащего сырья.В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения дополнительная порция поташсодержащего сырья представляет собой избыточную часть поташсодержащего сырья из стадии (а).В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения стадия обработки порции поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья включает кристаллизацию выпариванием.В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения стадия обработки порции поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья включает кристаллизацию методом охлаждения.В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения порции поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья предварительно смешивают для получения раствора перед обработкой порции поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья.В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения содержащее сульфат натрия сырье включает глауберову соль.В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения содержащее сульфат натрия сырье включает раствор, содержащий сульфат натрия.В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения содержащее сульфат натрия сырье включает глауберит.В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения содержащее сульфат натрия сырье включает комковатый сульфат натрия (salt cake).В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения содержащее сульфат натрия сырье включает сульфат натрия, чистота которого составляет от около 5% до около 90%.В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения получение глазерита осуществляют при температуре от около 15С до около 110С.В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения нерастворимые вещества из поташсодержащего сырья и содержащего сульфат натрия сырья удаляют фильтрацией, что приводит к получению по существу полностью растворимого сульфата калия. При этом промежуточные соли сульфата натрия включают глауберову соль и/или безводный сульфат натрия.Используемый в настоящем описании и в приведенной ниже формуле изобретения термин “растворы сульфата натрия” относится к любому раствору, содержащему растворенный сульфат натрия.Используемый в настоящем описании и в приведенной ниже формуле изобретения термин “содержащее сульфат натрия сырье” относится к твердому веществу и/или раствору, содержащему сульфат натрия в качестве основного компонента.Используемый в настоящем описании и в приведенной ниже формуле изобретения термин “поташсодержащее сырье” относится к твердому веществу и/или раствору, содержащему хлорид калия в качестве основного компонента.Используемый в настоящем описании и в приведенной ниже формуле изобретения термин “комковатый сульфат натрия” (salt cake) относится к содержащему примеси сульфату натрия, с чистотой от около 90% до около 99%.Используемый в настоящем описании и в приведенной ниже формуле изобретения термин “по существу полностью растворимый” относится к качеству сульфата калия, пригодного для фертигации и для других применений, требующих высокой чистоты используемых веществ.Следует отметить, что на известном уровне техники использование глауберовой соли, глауберита, содержащих сульфат натрия водных растворов и т.п. требует включения важных дополнительных стадий технологического процесса, включая плавку, кристаллизацию выпариванием (или обе эти стадии) и обезвоживание. Эти дополнительные стадии усложняют технологический процесс и существенно увеличивают капиталовложения и эксплуатационные расходы.В соответствии с известным уровнем техники, промежуточный продукт глазерит получают путем высаливания, и он имеет плохие показатели, связанные с осаждением, фильтрацией и удобством применения. В качестве альтернативы, можно использовать громоздкое и сложное оборудование для кристаллизации, чтобы улучшить показатели размера частиц глазерита.Сульфат калия, полученный в соответствии с известным уровнем техники, содержит нерастворимые вещества из сырья, содержащего сульфат натрия и поташ. Нерастворимые вещества могут затруднять технологические операции и, как правило, делают получаемый продукт - сульфат калия - непригодным для фертигации и для других применений, требующих высокой чистоты используемых веществ.В противоположность этому, настоящее изобретение устраняет необходимость в дополнительных стадиях технологического процесса, связанных с получением безводного сульфата натрия на промежуточной стадии. Кроме того, поскольку глазерит получают из раствора, то получаемые кристаллы глазерита крупные, что значительно облегчает операции, связанные с обезвоживанием и применением. В дополнение к этому, настоящее изобретение позволяет удалять нерастворимые вещества из раствора, в результате чего получаемый сульфат калия по существу является полностью растворимьм и пригодным для особых применений, включая фертигацию.Краткое описание чертежейНастоящее изобретение описывается здесь со ссылками на прилагаемые чертежи, приведенные только в качестве примера, на которых:фиг.1a, 1b и 1с представляют собой фазовые диаграммы растворов для системы Na2SO4/2NaCl/K2SO4/2KCl/H2O при 0С, 25С и 100С, соответственно;фиг.2а и 2b представляют собой пространственные диаграммы, схематически изображающие способы в соответствии с известным уровнем техники;фиг.3 демонстрирует влияние влажности глазерита на эффективность способа;фиг.4 представляет собой пространственную диаграмму, схематически изображающую способы в соответствии с настоящим изобретением.В таблице представлены составы инвариантных точек для системы Na2SO4/2NaCl/K2SO4/2KCl/H2O.Настоящее изобретение описывает способы получения сульфата калия из сырья, содержащего поташ и сульфат натрия. Принципы и осуществление этих способов в соответствии с настоящим изобретением будут более понятны из ссылок на чертежи и сопровождающего их описания.Фиг.4 иллюстрирует некоторые варианты осуществления настоящего изобретения. Стадия 1 предназначена для получения глазерита 10. С этой целью смешивают раствор 14 сульфата натрия, первую порцию твердых частиц 18 поташа и соляной раствор 23 из стадии 2 (см. ниже), так, что поташ растворяется. Растворение 13 можно усилить с помощью нагревания. Полученный раствор можно профильтровать для удаления нерастворимых веществ, а затем подвергнуть кристаллизации, такой, как испарительная кристаллизация, кристаллизация методом охлаждения и т.п., в результате чего глазерит выкристаллизовывается из раствора. Взвесь обезвоживают в сепараторе 19 и подают на стадию 2, которая предназначена для разложения глазерита или получения 20 сульфата калия.Стадию 1 - получение глазерита 10 - можно осуществлять предпочтительно при температуре от около 15С до около 110С. Можно использовать эффективный в различных отношениях метод кристаллизации выпариванием, причем заключительную стадию наиболее предпочтительно осуществляют при температуре от около 30С до около 50С.Полученный маточный раствор имеет следующий процентный состав (по массе): калий 2,5-6%, натрий 7,5-10%, хлорид 13-17%, сульфат 1,3-5%, вода остальное количество до 100%. Состав маточного раствора соответствует точкам на линии равновесия NaCl/глазерита и выше этой линии. Маточный раствор имеет высокую концентрацию натрия и хлорида, но также содержит существенные количества калия и сульфата. Маточный раствор подвергают кристаллизации выпариванием на стадии 3, 12. На этой стадии получаемый хлорид натрия отделяют от маточного раствора и выделяют в качестве побочного продукта 16. Ионы калия и сульфата, сконцентрировавшиеся в маточном растворе, возвращают на стадию 1, 10.На стадии 2 разложение глазерита 20 осуществляют предпочтительно при температуре от около 15С до около 90С, а наиболее предпочтительный интервал температур составляет от около 20С до около 50С. Поташ 18 и воду 22 подают вместе с твердыми веществами, полученными па стадии 19 кристаллизации глазерита. Поташ 18 и воду 22 можно смешивать отдельно, а полученный раствор можно профильтровать для удаления нерастворимых веществ, с получением по существу полностью растворимого сульфата калия.На стадии 20 разложения глазерита твердые частицы глазерита растворяются, в результате чего происходит перенасыщение только в отношении сульфата калия, вследствие чего сульфат калия селективно выпадает в осадок. Максимальное преобразование получают в том случае, если маточный раствор приближается к инвариантной точке КСl/К2SO4/глазерит/Н2О. Взвесь 24 сульфата калия отделяют 25, промывают водой 22 и сушат. Маточный раствор, удаленный из реактора, возвращают на предыдущую стадию; однако промывочную воду можно использовать при разложении глазерита.Хотя данное изобретение описано с помощью лишь ограниченного количества вариантов его осуществления, следует иметь в виду, что возможны многочисленные вариации, модификации и иные применения этого изобретения.Класс C01D5/06 получение сульфатов реакцией двойного обмена