способ получения хлорида калия

Формула изобретения

1. Способ получения хлорида калия из сильвинитового сырья, включающий его измельчение, фракционное разделение, флотацию целевого продукта, горячее выщелачивание хлорида калия и кристаллизацию целевого продукта, отличающийся тем, что измельчение сырья ведут в присутствии оборотного сильвинитового раствора с получением суспензии, которую подвергают фракционному разделению гидроклассификацией, причем пески гидроклассификации подвергают флотации, а слив, содержащий мелкие классы сырья с повышенным содержанием нерастворимых, сгущают, при этом осветленный оборотный сильвинитовый раствор направляют на измельчение сырья, а сгущенную суспензию подвергают горячему выщелачиванию, глинисто-солевой шлам промывают и отделяют от жидкой фазы, горячий осветленный раствор охлаждают до температуры фракционного разделения сырья, причем из полученной суспензии выделяют целевой продукт, а жидкую фазу возвращают на горячее выщелачивание, предварительно выделив из нее часть раствора, равную количеству жидкой фазы, содержащейся в сгущенной суспензии, и направляют ее на измельчение сырья, при этом часть горячего осветленного раствора объединяют с жидкой фазой, которую возвращают на подогрев и горячее выщелачивание.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть горячего осветленного раствора используют в качестве теплоносителя для подогрева жидкой фазы суспензии, поступающей на горячее выщелачивание хлорида калия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике получения хлорида калия из сильвинитовых руд.

Известен способ получения хлорида калия из измельченного сильвинитового сырья его обогащением флотацией в присутствии реагентов (см., например, М.Е.Позин, Технология минеральных солей, т.1, Издательство «Химия», Л.О., 1970, с.164-168).

К недостаткам способа относятся низкое извлечение целевого продукта на стадиях перечистки мелких классов флотоконцентрата, повышенный расход флотореагентов, невозможность получения целевого продукта с содержанием KCl свыше 96% без существенного снижения показателей «извлечение» и «образование жидких отходов производства» из-за необходимости промывки флотоконцентрата водой. Целевой продукт содержит до 30% мелких классов хлорида калия, что ведет к ухудшению его физико-механических свойств при хранении, транспортировке и внесении под сельскохозяйственные культуры. Подача на галургическую переработку наиболее мелких классов сильвинитового сырья, выделяемых на стадиях механического и флотационного обесшламливания сильвинитового сырья (см. М.Е.Позин, стр.168), вызывает серьезные трудности, связанные с водным и тепловым балансами галургического производства, а также из-за накопления флотореагентов в оборотном растворяющем растворе, что не позволяет получать крупнокристаллический хлорид калия в схеме растворение - кристаллизация.

Известен способ получения хлорида калия (см., например, Горный журнал № 8, 2007, Технология производства галургического хлористого калия в России и Беларуси, с.25-30) из измельченного сильвинитового сырья горячим выщелачиванием хлорида калия в две стадии с рекуперацией тепла галитового отвала, кристаллизацией хлорида калия из осветленного насыщенного горячего раствора при его охлаждении на установках вакуум-кристаллизации с выделением целевого продукта и возвратом жидкой фазы после его нагрева на выщелачивание.

Недостатком известного способа является невозможность перерабатывать сильвинитовое сырье фракции менее 1 мм, так как в соответствии с действующими нормативными актами на галургических предприятиях содержание такой фракции в сырье не должно превышать 50%. Другим недостатком способа является невозможность подавать на растворение суспензию сильвинитового сырья, так как это приводит к дебалансу системы по жидкой фазе, сбросу избыточных сильвинитовых растворов и к потере извлечения по KCl из руды в целевой продукт.

Известен способ получения хлорида калия из сильвинитового сырья - прототип (см. А.С. СССР № 570549, кл. С01D, опубл. 30.08.77, БИФ № 32), который включает его измельчение, фракционное разделение, горячее выщелачивание и кристаллизацию целевого продукта, при этом на выщелачивание и кристаллизацию подают фракции с размером частиц 6,0-1,0 мм и -0,15 мм, а фракции 2,0-0,1 мм подвергают флотации.

Недостатком известного способа является низкая степень извлечения в цикле флотации хлорида калия из сырья в целевой продукт (84-88%), получение хлорида калия из фракции сырья 2,0-0,1 мм с высоким содержанием мелких классов готового продукта (до 30%), что влечет за собой ухудшение его физико-механических свойств, повышенный расход флотореагентов на стадии перечистки флотоконцентрата и невозможность подавать на растворение суспензию сильвинитового сырья.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение извлечения хлорида калия из сильвинитового сырья, сокращение содержания мелких классов в целевом продукте и повышение содержания в нем KCl.

Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа, включающего измельчение сильвинитового сырья, фракционное разделение, флотацию целевого продукта, горячее выщелачивание хлорида калия и кристаллизацию целевого продукта, по предлагаемому способу измельчение сырья ведут в присутствии оборотного сильвинитового раствора, полученную суспензию подвергают фракционному разделению гидроклассификацией, пески гидроклассификации подвергают флотации, а слив, содержащий мелкие классы сырья с повышенным содержанием нерастворимых, сгущают, осветленный оборотный сильвинитовый раствор направляют на измельчение сырья, а сгущенную суспензию подвергают горячему выщелачиванию, глинисто-солевой шлам промывают и отделяют от жидкой фазы, горячий осветленный раствор охлаждают до температуры фракционного разделения сырья, из полученной суспензии выделяют целевой продукт, а жидкую фазу возвращают на горячее выщелачивание, предварительно выделив из нее часть раствора, равную количеству жидкой фазы, содержащейся в сгущенной суспензии, и направляют ее на измельчение сырья, при этом часть горячего осветленного раствора объединяют с жидкой фазой, возвращаемой на подогрев и горячее выщелачивание. Часть горячего осветленного раствора используют в качестве теплоносителя для подогрева жидкой фазы суспензии, поступающей на горячее выщелачивание хлорида калия.

Сущность способа получения хлорида калия из сильвинитового сырья как технического решения заключается в следующем.

В отличие от известного способа, включающего измельчение сильвинитового сырья, фракционное разделение, флотацию целевого продукта, горячее выщелачивание хлорида калия и кристаллизацию целевого продукта, по предлагаемому способу измельчение сырья ведут в присутствии оборотного сильвинитового раствора, полученную суспензию подвергают фракционному разделению гидроклассификацией, пески гидроклассификации подвергают флотации, а слив, содержащий мелкие классы сырья с повышенным содержанием нерастворимых, сгущают, осветленный оборотный сильвинитовый раствор направляют на измельчение сырья, а сгущенную суспензию подвергают горячему выщелачиванию, глинисто-солевой шлам промывают и отделяют от жидкой фазы, горячий осветленный раствор охлаждают до температуры фракционного разделения сырья, из полученной суспензии выделяют целевой продукт, а жидкую фазу возвращают на горячее выщелачивание, предварительно выделив из нее часть раствора, равную количеству жидкой фазы, содержащейся в сгущенной суспензии, и направляют ее на измельчение сырья, при этом часть горячего осветленного раствора объединяют с жидкой фазой, возвращаемой на подогрев и горячее выщелачивание.

На рисунке 1 приведена блок-схема предполагаемого способа получения хлорида калия. В отличие от известного способа на горячее выщелачивание хлорида калия из сильвинитового сырья по предлагаемому способу подают фракцию сырья с размером частиц менее 1 мм, полученную фракционным разделением сильвинитового сырья гидроклассификацией суспензии, образующейся в результате мокрого измельчения руды. Благодаря этому техническому решению существенно улучшаются условия флотационного обогащения сильвинитового сырья известным способом (см., например, А.Б.Здановский, Галургия, Издательство «Химия», Л.О., 1972, с.430-450) за счет сокращения фронта перечистных операций для фракций сильвинитовой руды менее 1 мм и снижения содержания в сырье нерастворимых примесей, а следовательно, сокращается расход реагентов. При этом содержание мелких классов хлорида калия в готовом флотационном продукте (в основном, менее 0,1-0,2 мм) сокращается более чем в 2 раза, и, таким образом, улучшаются физико-механические свойства флотационного продукта.

Благодаря мокрому измельчению сильвинитового сырья в оборотном растворе, который формируется из слива сгустителя после гидроклассификации суспензии сырья, охлажденного раствора, полученного после выделения из него целевого продукта - хлорида калия и раствора с флотофабрики для восполнения потерь жидкой фазы с песками гидроклассификации, незначительное количество флотореагентов, находящихся в растворе с флотофабрики, полностью сорбируется на глинистом шламе и не оказывает вредного влияния на переработку сырья методом растворения-кристаллизации.

В отличие от известного способа, по предлагаемому способу растворение мелких классов сырья, находящегося в сгущенной суспензии, ведут при температуре до 100°C в одну стадию в присутствии растворяющего раствора, который формируется из раствора, полученного после выделения из него целевого продукта и горячего осветленного насыщенного раствора. При этом часть раствора, полученного после выделения из него хлорида калия, равная количеству жидкой фазы, содержащейся в сгущенной суспензии сильвинитового сырья, поступающей на горячее выщелачивание хлорида калия, возвращается на стадию измельчения сырья. При этом состав жидкой фазы не изменяется, поскольку оба раствора насыщены солями, входящими в состав сырья, и имеют одинаковую температуру.

По предлагаемому способу нерастворившаяся часть сильвинитового сырья - галит, глинистые соединения, соли кальция и др. сгущают, сгущенный глинисто-солевой шлам промывают частью раствора, полученного после выделения из него хлорида калия, вновь сгущают и выделяют, например, фильтрацией. Осветленные промывные растворы, нагретые за счет рекуперации тепла, объединяют с частью горячего осветленного раствора, который используют в качестве теплоносителя для подогрева жидкой фазы суспензии, поступающей на подогрев и горячее выщелачивание хлорида калия.

Проведенные нами работы показали, что такое техническое решение позволяет эффективно нагревать суспензию, поступающую на горячее выщелачивание. В таблице 1 приведены данные по расходу горячего осветленного насыщенного раствора в зависимости от температуры жидких фаз, поступающих на горячее выщелачивание.

Приведенные данные могут быть скорректированы с учетом изменения расхода растворяющего раствора и его температуры за счет применения операций по рекуперации тепла.

Таблица 1
Зависимость расхода горячего насыщенного раствора от температуры жидких фаз на 1 т жидкой фазы, содержащейся в сгущенной суспензии, т
№ пп	Температура осветленного раствора, °C	Расход раствора, т на 1 т жидкой фазы суспензии при ее температуре
20°C	30°C
1	90	2,3	2,0
2	95	3,0	2,6
3	100	4,0	3,5
Примечание: Температура в растворителе равна температуре осветленного раствора.
Температура растворяющего раствора -118-120°C.

Подогрев сгущенной суспензии сильвинитового сырья другим способом, например, через поверхностные теплообменники, в аппаратах погруженного горения и др. сложен в осуществлении из-за абразивного износа и забивки греющих элементов, а подогрев с применением «острого» пара ведет к водному дебалансу процесса и повышенным потерям целевого продукта.

По предлагаемому способу достигается практически полное выщелачивание в жидкую фазу хлорида калия из сильвинитового сырья, а применение промывки глинисто-солевого шлама с выделением, например, фильтрацией на отстойно-фильтрующей центрифуге позволяет достичь степень извлечения KCl в цикле растворение - кристаллизация более 92%. Возврат части жидкой фазы, полученной после охлаждения горячего осветленного насыщенного раствора до температуры фракционного разделения сырья и выделения из него кристаллизата хлорида калия, способствует максимальному извлечению хлорида калия в кристаллизат и исключает опасность подогрева оборотных растворов в цикле флотации целевого продукта.

По предлагаемому способу горячий осветленный раствор охлаждают, например, на установках регулируемой вакуум-кристаллизации (РВКУ) до температуры фракционного разделения сырья. Поскольку все флотореагенты, содержащиеся в жидкой фазе сгущенной суспензии, сорбируются на глинистых соединениях и не попадают в горячий осветленный раствор, на РВКУ можно получить кристаллы хлорида калия, не содержащие пылевых фракций с размером частиц менее 0,1-0,2 мм и однородным гранулометрическим составом.

Сгущенную суспензию сильвинитового сырья можно получать, например, на пластинчатых сгустителях, а можно дополнительно сгущать на осадительно-фильтрующей центрифуге до Ж:Т=0,4-0,5. В этом случае содержание жидкой фазы в сгущенной суспензии резко сокращается, что влечет за собой сокращение ретурного потока горячего осветленного раствора, используемого в качестве теплоносителя.

Таким образом, решается задача предлагаемого изобретения - повышение извлечения хлорида калия из сильвинитового сырья, сокращается содержание мелких классов в целевом продукте и повышается содержание в нем KCl.

Способ осуществляется следующим образом.

Сильвинитовое сырье подвергли мокрому измельчению, например, в стержневых мельницах в присутствии оборотного раствора и фракционному разделению гидроклассификацией, например, в циклонах по мелким классам. Крупные классы подвергли флотации известными способами с товарным извлечением >88%, а фракции, например, -1 мм - сгустили до Ж:Т=1,0-1,5 и подвергли горячему выщелачиванию хлорида калия из сырья в одну стадию, например, в горизонтальном шнековом растворителе. Сгущенную суспензию можно дополнительно сгущать до Ж:Т=0,4-0,5, например, на осадительно-фильтрующей центрифуге с возвратом раствора в слив сгустителя. Процесс выщелачивания проводили нагретым раствором при температуре 90-100°C, который формировали из раствора, полученного после охлаждения горячего насыщенного осветленного раствора до температуры фракционного разделения сырья, например, 20-25°C, выделения из него кристаллизата - хлорида калия, возврата на измельчение части раствора, равной количеству жидкой фазы, содержащейся в сгущенной суспензии, промывки оставшимся раствором глинисто-солевого шлама, а также из части горячего осветленного насыщенного раствора, взятого в количестве жидкой фазы, содержащейся в сгущенной суспензии мелких классов сильвинитового сырья. Суспензию из растворителя сгущали, например, на пластинчатых сгустителях, осветленный раствор частично использовали в качестве теплоносителя, а оставшуюся часть охлаждали, например, на установках регулируемой вакуум-кристаллизации до температуры фракционного разделения гидроклассификацией, например, 20-25°C. Сгущенную суспензию кристаллизата хлорида калия разделяли фильтрацией с получением целевого продукта. Горячую сгущенную суспензию глинисто-солевого шлама после выщелачивания хлорида калия промывали частью раствора, полученного на РВКУ после выделения из него хлорида калия, вновь сгущали и выделяли, например, на осадительно-фильтрующей центрифуге, а жидкую фазу направляли на формирование растворяющего раствора, который нагревали, например, до 118-120°C и подавали на горячее выщелачивание хлорида калия.

В зависимости от расхода воды на РВКУ получали хлорид калия с содержанием основного вещества в пределах 96-99%. При этом степень извлечения KCl из сильвинитового сырья в цикле растворение - кристаллизация превысила 92%, а содержание пылевидных фракций в целевом продукте не превышало 3%.

Примеры осуществления способа

Пример 1.

Сильвинитовое сырье в количестве 1000 т/час подвергли мокрому измельчению в стержневых мельницах в присутствии 4500 т/час оборотного раствора и фракционному разделению при температуре 25°C с гидроклассификацией в циклонах по граничному зерну 1 мм. Пески циклонов с Ж:Т=1 в количестве 1200 т/час, содержащие, в основном, фракцию сильвинитового сырья +1 мм, подвергли флотации известными способами с товарным извлечением KCl 88,4%, а фракцию -1 мм сгустили на радиальном сгустителе до Ж:Т=1,0, и сгущенную суспензию в количестве 800 т/час направили на горячее выщелачивание в шнековый растворитель. Процесс выщелачивания проводили при 95°C нагретым до температуры 120°C раствором, который формировали из раствора, полученного после охлаждения на РВКУ горячего осветленного насыщенного раствора до 25°C, выделения из него целевого продукта, возврата на измельчение 400 т/час охлажденного раствора, промывки оставшимся раствором глинисто-солевого шлама, а также 1120 т/час горячего осветленного насыщенного раствора.

Суспензию из растворителя сгущали на пластинчатом сгустителе, и 1120 т/час осветленного раствора использовали в качестве теплоносителя, а остальной раствор охладили на РВКУ до 25°C, суспензию сгущали и фильтровали на центрифуге с получением целевого продукта. Сгущенную суспензию глинисто-солевого шлама промыли оставшимся раствором после РВКУ, вновь сгустили и выделили фильтрацией на центрифуге, а промывные растворы направляли на формирование растворяющего раствора, который нагревали до 120°C.

Получили целевой продукт с содержанием KCl 96,2%, фракции -1 мм - 3,2%, при этом степень извлечения KCl из сильвинитового сырья в целевой продукт составила 92,3%.

Пример 2.

Способ осуществляли в соответствии с примером 1, но гидроклассификацию сырья в циклонах проводили из-за его переизмельчения по граничному зерну 0,8 мм, сгущенную суспензию сильвинитового сырья с Ж:Т=1,5 дополнительно сгустили на осадительно-фильтрующей центрифуге при Ж:Т=0,5, и на формирование растворяющего раствора подавали 560 т/час горячего осветленного раствора.