способ получения хлористого калия

Формула изобретения

1. Способ получения хлористого калия из сильвинитов, включающий их растворение, кристаллизацию целевого продукта из раствора в многоступенчатых вакуум-кристаллизаторах (ВК), гидроклассификацию твердой фазы с возвратом мелких фракций в контуре кристаллизации, фильтрацию крупных фракций кристаллизата, растворение мелкокристаллического хлористого калия, полученного на стадии сушки и обеспыливания, с получением суспензии, возвращаемой на ВК, отличающийся тем, что жидкая фаза, полученная после гидроклассификации и фильтрации кристаллизата, дополнительно осветляется с получением осветленного раствора, подаваемого на растворение сильвинитов, и сгущенной суспензии, подаваемой на ВК с добавлением воды на возмещение ее потерь за счет испарения жидкой фазы при охлаждении ее под вакуумом от температуры в приемном баке ВК до температуры в последнем корпусе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при осветлении получают сгущенную суспензию с отношением жидкого к твердому Ж:Т=1,0-2,5.

3. Способ по 1, отличающийся тем, что для возмещения потерь воды из жидкой фазы сгущенной суспензии за счет ее испарения добавляют воду в количестве 1,3-1,4% от веса жидкой фазы на каждые 10°С перепада температур ВК.

Описание изобретения к патенту

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

Известны способы получения хлористого калия с использованием вакуум-кристаллизации - см. Горный журнал № 8, 2007, с.25-30. По известным способам кристаллизат отделяют от жидкой фазы гидросепарацией и фильтрацией, которую возвращают на стадию растворения сильвинитовых руд. Недостатками известных способов являются вынос легких фракций хлористого калия на стадиях сгущения и фильтрации и возврат их вместе с циркулирующим растворяющим раствором на стадию растворения сильвинитовых руд, что снижает емкость оборотного раствора по хлористому калию, ведет к увеличению объема циркулирующего щелока и увеличению энергозатрат на эти операции.

Известен способ получения хлористого калия, включающий растворение циклонной пыли в водном растворе хлористого калия после стадии мокрой пылегазоочистки до степени насыщения растворов по KCl 0,90-0,94, промывку кристаллизата на центрифугах этим раствором и смешение полученного отработанного раствора с горячим насыщенным щелоком перед ВКУ - см. А.с. СССР № 1490082, МКИ С01D 3/08, 16.03.87-89 гг. Предложенный способ сложен в реализации, так как для его осуществления необходимо использовать значительное количество воды, что ведет к водному дебалансу в процессе, к увеличению циркуляционных потоков жидких фаз и к потерям целевого продукта.

Известен способ получения обеспыленных калийных удобрений путем растворения исходной руды, получения насыщенного раствора хлористого 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 - см. А.с СССР № 1162774, МКИ С05D 1/02, 14.02.84-23.06.85.

Предложенный способ сложен в реализации, так как предусматривает возврат холодной суспензии хлористого калия фракции до 0,6 мм в голову установки вакуум-кристаллизации (ВКУ) в количестве до 40% без ввода воды, что ведет к высаливанию хлористого натрия при повышении температуры и растворении мелких фракций хлористого калия, а также к увеличению циркуляционных потоков жидких фаз в цикле растворения-кристаллизации.

Известен способ получения хлористого калия из сильвинитов, включающий их растворение, кристаллизацию целевого продукта из раствора в многоступенчатых вакуум-кристаллизаторах, классификацию твердой фазы, ее промывку, сушку, обеспыливание, растворение мелких фракций хлористого калия с возвратом раствора в процесс, при этом крупные фракции хлористого калия фильтруют, мелкие направляют во внешние контуры аппаратов регулируемой вакуум-кристаллизации, а мелкокристаллический хлористый калий, полученный на стадии сушки и обеспыливания, подают в виде суспензии с отношением жидкого к твердому - Ж:Т=1,0-5,0 при температуре 70-95°С в первый корпус установки регулируемой вакуум-кристаллизации, а конденсат с установки регулируемой вакуум-кристаллизации - во внешние контуры аппаратов - см. патент РФ № 2143999, МКИ С01D 3/08, 10.03.98-10.01.2000, Публ. Бюл. № 1 - прототип. Способ отличается сложностью, так как при гидроклассификации кристаллизата по классу ±0,2 мм и его фильтрации в жидкой фазе содержится до 35 г/л хлористого калия фракции 0-0,25 мм (в среднем 0,1 мм). Возврат этой суспензии на стадию растворения ведет к уменьшению емкости растворяющего щелока по KCl, увеличению циркуляционных потоков и, следовательно, энергозатрат.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса за счет сокращения потока циркулирующего растворяющего раствора, а следовательно, энергозатрат вследствие сокращения содержания в нем кристаллического хлористого калия без ухудшения гранулометрического и химического составов целевого продукта после ВК.

Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа по предполагаемому способу жидкая фаза, полученная после гидроклассификации и фильтрации кристаллизата, дополнительно осветляется с получением осветленного раствора, подаваемого на растворение сильвинитов, и сгущенной суспензии, подаваемой на ВК с добавлением воды на возмещение ее потерь за счет ее испарения из жидкой фазы при охлаждении ее под вакуумом с температуры в приемном баке ВК до температуры в последнем корпусе. При осветлении жидкой фазы получают сгущенную суспензию с отношением жидкого к твердому - Ж:Т=1,0-2,5, а для возмещения потерь воды из жидкой фазы сгущенной суспензии за счет ее испарения добавляют воду в количестве 1,3-1,4% от веса жидкой фазы на каждые 10°С перепада температур ВК.

Сущность способа как технического решения заключается в следующем. В отличие от известного способа жидкая фаза, полученная после гидроклассификации и фильтрации кристаллизата после вакуум-кристаллизации, дополнительно осветляется с получением осветленного раствора, подаваемого на растворение сильвинитов, и сгущенной суспензии предпочтительно с Ж:Т=1,0-2,5, подаваемой в первый корпус вакуум-кристаллизационной установки (ВКУ) или в приемный бак ВКУ.

На действующих калийных предприятиях для гидроклассификации кристаллизата, полученного на ВКУ, используют гидроциклоны и сгустители, а фильтрацию сгущенной суспензии осуществляют на центрифугах либо вакуум-фильтрах. В результате осуществления этих операций получают жидкую фазу с содержанием в ней кристаллизата хлористого калия на уровне 15-35 г/л и кристаллизат с влажностью 3,5-5,5%, который после обезвоживания и обеспыливания является целевым продуктом.

Жидкую фазу, содержащую 15-35 г/л KCl в виде мелкокристаллической твердой фазы фракции 0-0,25 мм (в среднем - 0,1 мм), нагревают и подают на растворение сильвинитов. Из-за наличия в циркулирующем растворяющем растворе кристаллического хлористого калия снижается его емкость по KCl и для растворения сильвина (хлористого калия), содержащегося в сильвините, необходим больший объем растворяющего раствора, а следовательно, увеличивается нагрузка на ВКУ, насосы, сгустители и др. оборудование и соответственно энергозатраты.

В таблице 1 приведено изменение расхода растворяющего раствора для получения 200 т/ч целевого продукта - 1 технологическая линия, например, на ОАО «Уралкалий» - в зависимости от содержания в нем кристаллизата для получения раствора, насыщенного по KCl при температуре 100°С (содержание KCl в жидкой фазе растворяющего раствора при 35°С и содержании MgCl₂ - 0,5%-12,17%).

Таблица 1
№ пп	Содержание кристаллизата KCl в растворяющем растворе, г/л	Снижение выхода кристаллизата KCl целевой фракции на ВКУ, т/ч	Расход растворяющего раствора, т/ч
1	0	0	1806,5
2	3	4,505	1853,3
3	5	7,632	1885,8
4	10	15,894	1971,4
5	20	34,662	2166,2
6	30	57,123	2399,3
7	50	118,671	3038,0

Из приведенных в таблице 1 данных видно, что снижение содержания кристаллизата в растворяющем растворе является актуальным и необходима операция дополнительного осветления жидкой фазы, полученной после гидроклассификации и фильтрации хлористого калия после ВКУ. Такую операцию по предлагаемому способу предлагается проводить на известных сгустителях с наклонными пластинами (ламелями) либо путем двухстадийной гидроклассификации на циклонах по граничному зерну 0,1 мм. Опыт показывает, что при начальном содержании твердой фазы в сливе ВКУ до 35 г/л на известном стандартном оборудовании достигается остаточное содержание твердой фазы в растворяющем растворе менее 3 г/л класса 0-0,1 мм.

Полученный осветленный раствор с содержанием кристаллизата менее 3 г/л класса 0-0,1 мм подают на растворение сильвинитов, а сгущенную суспензию с Ж:Т предпочтительно 1,0-2,5 подают в приемный бак ВКУ либо в первый корпус ВКУ. Отношение жидкого к твердому - Ж:Т в сгущенной суспензии поддерживают предпочтительно на уровне 1,0-2,5. Снижение Ж:Т менее 1 ведет к потере текучести суспензии, а повышение свыше 2,5 к увеличению ретурного потока жидкой фазы на ВКУ.

Подача сгущенной суспензии в голову вакуум-кристаллизации совместно с осветленным насыщенным горячим щелоком способствуют повышению его степени насыщения по KCl, наличию «зародышей» кристаллизации хлористого калия и образованию кристаллизата уже в первом корпусе ВКУ. При этом наиболее мелкие классы суспензии, имеющие развитую поверхность, растворяются, а крупные фракции при охлаждении раствора растут с образованием целевого продукта заданного гранулометрического состава.

Авторы определили, что ввод суспензии в голову ВКУ не вызывает снижения гранулометрического состава и изменения химического состава целевого продукта в целом, а снижение температуры в приемном баке ВКУ на ~2°С не приводит к ухудшению параметра «рекуперация тепла» ВКУ.

По предлагаемому способу наряду со сгущенной суспензией предлагается добавлять воду для возмещения ее потерь за счет испарения жидкой фазы сгущенной суспензии при ее охлаждении с температуры в приемном баке ВКУ до температуры в последнем корпусе кристаллизационной установки.

Воду необходимо подавать для предотвращения кристаллизации хлорида натрия из жидкой фазы сгущенной суспензии, подаваемой в голову ВКУ, при ее испарении под вакуумом. Расход воды зависит от конструктивных особенностей оборудования ВКУ, ее теплопотерь, наличия внутренних контуров и др. параметров и находится в пределах 1,3-1,4% от веса жидкой фазы суспензии на каждые 10°С перепада температур ВК. Из-за малого значения расхода воды можно принять ее среднее значение 1,35% с учетом перепада температур. Вода может быть подана как в голову ВК, так и в первые корпуса ВКУ.

В таблице 2 приведена зависимость расхода воды от расхода и Ж:Т сгущенной суспензии, подаваемой на ВКУ. При составлении таблицы 2 принят объем производства целевого продукта - 200 т/ч, содержание кристаллизата в сливе ВК - 35 г/л, остаточное содержание кристаллизата в растворяющем растворе - 5 г/л, среднее значение расхода воды - 1,35% от веса жидкой фазы на каждые 10°С перепада температур. Для таблицы 2 приняты граничные значения температуры 95°С и 35°С, т.е. t=60°С.

Таблица 2
№ пп	Расход сгущенной суспензии, т/ч	Ж:Т сгущенной суспензии	Расход жидкой фазы, содержащейся в сгущенной суспензии, т/ч	Расход воды при перепаде температур 60°С, т/ч
1	90,138	0,5	30,046	2,4
2	120,184	1.0	60,092	4,9
3	150,230	1,5	90,138	7,3
4	180,276	2,0	120,184	9,7
5	210,322	2,5	150,230	12,2
6	240,367	3,0	180,275	14,6

При изменении расхода сгущенной суспензии за счет изменения объема производства KCl и эффективности осветления слива ВКУ, а также начальной и конечной температуры ВКУ расход воды изменится пропорционально.

Предлагаемый способ позволит наряду с суспензией хлористого калия, получаемой в цикле пылегазоочистки в отделении сушки, использовать растворы KCl, полученные при малых расходах сухого мелкодисперсного хлористого калия.

Таким образом, решается задача предлагаемого изобретения - упрощение процесса за счет сокращения потока циркулирующего растворяющего раствора, а следовательно, энергозатрат вследствие сокращения содержания в нем кристаллического хлористого калия без ухудшения гранулометрического и химического составов целевого продукта при его вакуум-кристаллизации.

Способ осуществляют следующим образом. Дробленую сильвинитовую руду растворяют в циркулирующем растворяющем растворе, отделяют галитовый отвал, осветляют горячий насыщенный щелок и в него подают суспензию хлористого калия (раствор KCl), полученную на стадии сушки и обеспыливания целевого продукта. Разбавленный осветленный насыщенный щелок подают на установку вакуум-кристаллизации, где во внутренних контурах ВКУ происходит классификация кристаллизата. Крупные фракции кристаллизата отделяют, фильтруют, а мелкие возвращают на доращивание кристаллов в контурах внутри ВКУ. Слив с установки вакуум-кристаллизации и фильтрат дополнительно осветляют с получением осветленного раствора, который подают на растворение сильвинитов в качестве растворяющего раствора. Сгущенную суспензию, полученную при осветлении слива ВКУ, например, на сгустителях с наклонными пластинами либо каскаде гидроциклонов, предпочтительно с Ж:Т=1,0-2,5 подают в голову установки вакуум-кристаллизации - в приемный бак ВКУ либо в первый корпус установки с добавлением воды для возмещения ее потерь за счет испарения жидкой фазы сгущенной суспензии при ее охлаждении под вакуумом с температуры в приемном баке ВК до температуры в последнем корпусе. Расход воды зависит от конструктивных особенностей установки (эффективности охлаждения за счет испарения), температуры и др. факторов и находится в пределах 1,3-1,4% от веса жидкой фазы на каждые 10% перепада температур на входе и выходе корпусов ВКУ. Практика показывает, что может быть принято среднее значение расхода воды - 1,35%.

В результате осуществления способа получают продукт, содержащий класса -0,2 мм не более 3% с содержанием основного вещества - KCl в интервале 95-98,5% в зависимости от требований рынка.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Дробленную сильвинитовую руду растворяли в циркулирующем растворяющем растворе, галитовый отвал отделяли фильтрацией, горячей насыщенный щелок осветляли и в него подавали суспензию хлористого калия, полученную на стадии сушки и обеспыливания целевого продукта. Разбавленный осветленный насыщенный щелок с температурой 97°С подавали в приемный бак установки вакуум-кристаллизации, где раствор охлаждался за счет испарения под вакуумом до температуры 35°С. Во внутренних контурах ВКУ происходила классификация кристаллизата. Крупные фракции (+0,25 мм) кристаллизата отделяли гидроклассификацией и фильтрацией, а мелкие возвращали на доращивание во внутренних контурах ВКУ. Крупные фракции сушили и обеспыливали с получением целевого продукта. Слив ВКУ в количестве 2534,024 состава: жидкая фаза - KCl 12,17%, NaCl 19,32%, MgCl₂ 0,5%, CaSO₄ 0,50%, Н₂О - остальное; твердая фаза - KCl 99,6%, NaCl 0,4%, содержащий 35 г/л твердой фазы, подвергли дополнительному осветлению в сгустителе с наклонными пластинами с получением 2353,748 т/ч растворяющего циркулирующего раствора, содержащего 5 г/л твердой фазы и 180,276 т сгущенной суспензии с Ж:Т=2, которую подавали в приемный бак ВКУ, где температура снизилась до 95°С. Одновременно в приемный бак подали 9,735 т воды из расчета перепада температуры на ВКУ 95-35=60°С и расходе воды 1,35% от содержания жидкой фазы в сгущенной суспензии. Получили 200 т целевого продукта с содержанием KCl 98,2% и фракции -0,25-2%, +0,25 - остальное.

Пример 2.

Способ осуществляли в соответствии с примером 1, но для дополнительного осветления использовали двухстадийную систему гидроциклонов, при этом на первой стадии получили сгущенную суспензию с Ж:Т=5, а на 2 стадии - с Ж:Т=2. Слив со 2-й стадии поступал на первую стадию гидроциклонов совместно со сливом ВКУ. Слив с 1 стадии поступал на растворение сильвинитовой руды. В осветленный насыщенный щелок вместо суспензии KCl из отделения сушки подавали раствор KCl.