способ получения хлорида калия

Формула изобретения

Способ получения хлорида калия из сильвинитового сырья, включающий его измельчение, фракционное разделение, флотацию, горячее выщелачивание хлорида калия с образованием галитового отвала и кристаллизацию готового продукта, отличающийся тем, что фракционное разделение сырья ведут по классу 1 мм, флотации подвергают фракцию +1 мм, горячее выщелачивание хлорида калия ведут в две стадии с рекуперацией тепла галитового отвала на третьей стадии, при этом на горячее выщелачивание подают фракцию с размером частиц менее 1 мм, галитовый отвал, образующийся на стадиях выщелачивания и на стадии рекуперации тепла, подвергают гидроклассификации на каждой стадии по граничному зерну 0,2 мм, сгущенные фракции галитового отвала с размером частиц +0,2 мм противотоком направляют с первой на вторую стадию выщелачивания, стадию рекуперации тепла и выделяют фильтрацией, а слив гидроклассификации противотоком направляют на предыдущие стадии, слив с первой стадии осветляют, сгущенную фракцию -0,2 мм перед выделением подвергают противоточной промывке оборотным раствором, а осветленный раствор охлаждают с кристаллизацией готового продукта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике получения хлорида калия. 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, образование избыточных растворов, 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 обесшламливания флотационного обогащения (см. М.Е.Позин, стр.168), вызовет серьезные трудности, связанные с водным и тепловым балансами галургического производства, а также из-за накопления флотореагентов в оборотном 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 готового продукта и возвратом жидкой фазы после ее нагрева на выщелачивание. Недостатком известного способа является невозможность перерабатывать сильвинитовое сырье фракции -1 мм, так как в соответствии с действующими нормативными актами на галургических предприятиях содержание этой фракции в сырье не должно превышать 50%.

Известен способ получения хлорида калия из сильвинитового сырья - прототип, см. А.С. СССР № 570549, кл. C01D, опубл. 30.08.77, БИ № 32, который включает его измельчение, фракционное разделение, горячее выщелачивание и кристаллизацию готового продукта, при этом на выщелачивание и кристаллизацию подают фракции с размером частиц 6,0-1,0 мм и 0,15-0,0 мм, а фракции 2,0-0,1 мм подвергают флотации.

Недостатками известного способа являются 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 стадиях перечистки флотоконцентрата.

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 получения хлорида калия из сильвинитового сырья, включающего его измельчение, фракционное разделение, флотацию, горячее выщелачивание хлорида калия с образованием галитового отвала и кристаллизацию готового продукта, по предлагаемому способу фракционное разделение сырья ведут по классу 1 мм, флотации подвергают фракцию +1 мм, горячее выщелачивание хлорида калия ведут в две стадии с рекуперацией тепла галитового отвала на третьей стадии, при этом на горячее выщелачивание подают фракцию с размером частиц менее 1 мм, галитовый отвал, образующийся на стадиях выщелачивания и на стадии рекуперации тепла, подвергают гидроклассификации на каждой стадии по граничному зерну 0,2 мм, сгущенные фракции галитового отвала с размером частиц +0,2 мм противотоком направляют с первой на вторую стадию выщелачивания, стадию рекуперации тепла и выделяют фильтрацией, а слив гидроклассификации противотоком направляют на предыдущие стадии, слив с первой стадии осветляют, сгущенную фракцию -0,2 мм перед выделением подвергают противоточной промывке оборотным раствором, а осветленный раствор охлаждают с кристаллизацией готового продукта.

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

В отличие от известного способа получения хлорида калия из сильвинитового сырья, включающего его измельчение, фракционное разделение, флотацию, горячее выщелачивание хлорида калия с образованием галитового отвала и кристаллизацию готового продукта, по предлагаемому способу на горячее выщелачивание подают фракцию с размером частиц менее 1 мм, полученную сухим измельчением и фракционным разделением сырья. Благодаря этому техническому решению существенно улучшаются условия флотационного обогащения сильвинитового сырья известными способами - см., например, А.Б.Здановский, Галургия, Издательство «Химия», Л.О., 1972, с.430-450, за счет сокращения фронта перечистных операций для фракций сильвинитового сырья менее 1 мм и снижения содержания в сырье нерастворимых примесей, а следовательно, сокращается расход флотореагентов. При этом содержание мелких классов хлорида калия в готовом продукте (в основном, менее 0,1-0,2 мм) сокращается более чем в 2 раза и, таким образом, улучшаются физико-механические свойства флотационного продукта.

В отличие от известного способа получения хлорида калия из сильвинитового сырья на выщелачивание подают сухую фракцию сильвинитового сырья с размером частиц менее 1 мм, галитовый отвал, образующийся на стадиях выщелачивания и на стадии рекуперации тепла, подвергают гидроклассификации на каждой стадии по граничному зерну 0,2 мм, сгущенные фракции галитового отвала с размером частиц +0,2 мм противотоком направляют с первой на вторую стадию выщелачивания, стадию рекуперации тепла и выделяют фильтрацией.

По известному способу на выщелачивание подают сильвинитовое сырье с размером частиц от 0 до 10 мм, и галитовый отвал при выщелачивании выделяют на элеваторах растворителей, а нерастворимые соединения - на сгустителях. При этом температура выщелачивания составляет 95-105°С. Выщелачивание сырья только фракции -1 мм известными способами невозможно, так как ковши элеваторов забиваются галитом и не дренируют жидкую фазу. По предлагаемому способу вся суспензия, образующаяся на стадиях выщелачивания и на стадии рекуперации тепла, подвергается гидроклассификации на каждой стадии по граничному зерну 0,2 мм, например, в гидроциклонах. Слив гидроклассификации направляется на предыдущую стадию, а пески - на последующую.

Благодаря такому техническому решению достигается практически 100% выщелачивание из сырья хлорида калия, происходит рост кристаллов хлорида натрия сильвинитового сырья при выщелачивании из него хлорида калия и высаливании эквивалентного количества хлорида натрия, идет гидрофобизация нерастворимых соединений и их отделение от галитового отвала, резко сокращаются потери тепла за счет отказа от элеваторов растворителей и отсутствия выделения паров из аппаратов. При этом галитовый отвал, охлажденный после рекуперации тепла и выделения его фильтрацией, например, на ленточном вакуум-фильтре, не содержит в твердой фазе хлорида калия и незначительно загрязнен нерастворимыми, что позволяет после его сушки использовать как пищевую, кормовую и техническую соль.

По предлагаемому способу слив гидроклассификации после первой стадии выщелачивания сильвинитового сырья осветляют, например, в сгустителях, сгущенную фракцию -0,2 мм подвергают противоточной промывке оборотным раствором, нагретым до 60-70°С, который направляют после дополнительного подогрева на стадию выщелачивания сильвинитового сырья, а осветленный раствор охлаждают, например, на установках регулируемой вакуум-кристаллизации (РВКУ), охлажденную суспензию разделяют гидроклассификацией и фильтруют с выделением целевого продукта, а жидкую фазу - оборотный раствор нагревают, например, в теплообменниках РВКУ и подогревателях до 110-120°С и подают на стадию выщелачивания.

Предлагаемые технические решения позволяют получить кристаллический хлорид калия с содержанием основного вещества 96-98% в зависимости от расхода воды на РВКУ, в котором доля фракции -0,2 мм не превышает 3%, получать высококачественный галитовый отвал, глинисто-солевой шлам, который может быть направлен на захоронение либо после сушки использован как глинисто-солевой порошок в нефтегазовой промышленности.

Извлечение хлорида калия в галургическом цикле превышает 92%. 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 - полезного вещества, одновременно снижаются энергозатраты в галургическом цикле за счет герметизации оборудования, рекуперации тепла твердых и жидких фаз при выщелачивании и на РВКУ.

Способ осуществляли следующим образом.

Сильвинитовое сырье подвергли сухому измельчению и фракционному разделению по классу 1 мм. Фракцию +1 мм подвергли флотации известными способами с товарным извлечением >88%, а фракцию -1 мм - горячему выщелачиванию хлорида калия из сырья в две стадии с рекуперацией тепла галитового отвала в известных закрытых растворителях, например, аппаратах с рамными перемешивающими устройствами и внутренними перегородками, либо аппаратах колонного типа с пульсационной аппаратурой. Процесс выщелачивания проводили нагретым оборотным раствором при температуре 95-105°С. Сливы растворителей и рекуператора тепла подавали на гидроклассификацию, например, в гидроциклоны по граничному зерну 0,2 мм. Сгущенные фракции с размером частиц +0,2 мм противотоком направляли с первой на вторую стадию выщелачивания, стадию рекуперации тепла, с которой подавали на фильтрацию, например, на ленточный вакуум-фильтр. Сливы гидроклассификации, содержащие твердую фазу -0,2 мм, противотоком направляли на предыдущие стадии, а слив с первой стадии осветляли, например, на радиальном сгустителе. Сгущенную фракцию -0,2 мм подвергали противоточной промывке оборотным раствором, вновь сгущали и направляли в шламохранилище либо фильтровали, например, на осадительной центрифуге и сушили с получением глинисто-солевых порошков. Осветленный раствор с первой стадии выщелачивания охлаждали, например, на установках регулируемой вакуум-кристаллизации до температуры 30-40°С. Кристаллизат выделяли из суспензии и сушили с получением целевого продукта. Жидкую фазу - оборотный раствор - частично направляли на рекуперацию тепла галитового отвала, а остальную часть нагревали на вакуум-кристаллизационной установке, промывали противотоком глинисто-солевой шлам, осветленный после промывки шлама оборотный раствор нагревали, например, в подогревателях до температуры 110-120°С и подавали на растворение сильвинитового сырья. Растворы после рекуперации тепла галитового отвала и фильтрат также подавали на растворение. Получали целевой продукт с содержанием KCl - 96,0-98,7% в зависимости от расхода воды на ВКУ. Степень извлечения по KCl в галургическом цикле превысила 92%. Степень извлечения KCl в цикле флотации превысила 88%.

При возникновении повышенной потребности на галитовый отвал, в котором содержание NaCl превышало 97%, на галургическую переработку подавали все сильвинитовое сырье, измельченное до крупности -1 мм.

Примеры осуществления способа

Пример 1.

285,7 т/ч сильвинитового сырья подвергли сухому измельчению и фракционному разделению по классу 1 мм. Фракцию -2+1 мм подвергали флотации и получили продукт с содержанием KCl 95,6%, нерастворимых примесей - 0,5%. Степень извлечения из KCl сырья в продукт составила 88,3%. Фракцию +2 мм вернули на сухое измельчение. Доля сильвинитового сырья, поступающего на флотацию, составила 65%. Сильвинитовое сырье фракции -1 мм в количестве 35% с содержанием 24,8% KCl, 70,6% NaCl, 4,6% нерастворимых примесей (глинистые соединения, ангидрит, карбонаты и др.) подвергли горячему выщелачиванию нагретым оборотным раствором в две стадии при температуре в первом растворителе - 98°С, во втором - 102°С в аппаратах с рамным перемешивающим устройством и внутренними перегородками. В аналогичном аппарате проводили рекуперацию тепла галитового отвала из второго растворителя оборотным раствором с температурой 35°С. Сливы растворителей и рекуператора тепла подавали для гидроклассификации на циклоны, работающие под давлением 1,5 ати и разделяющие суспензию по граничному зерну 0,2 мм. Сгущенные фракции - пески гидроциклонов с размером частиц +0,2 мм - противотоком направляли с первой на вторую стадию выщелачивания, стадию рекуперации тепла, с которой подавали на фильтрацию на ленточный вакуум-фильтр. Сливы гидроклассификации, содержащие твердую фазу -0,2 мм, противоточно направляли на предыдущие стадии, а слив с первой стадии осветляли на радиальном сгустителе, сгущенную фракцию -0,2 мм подвергали противоточной промывке оборотным раствором, вновь сгущали на радиальном сгустителе и направляли сгущенную суспензию с Ж:Т=1,0 в шламохранилище, а промывной оборотный раствор - на выщелачивание сильвинитового сырья. Осветленный раствор с первой стадии выщелачивания охлаждали на установке регулируемой вакуум-кристаллизации до температуры 35°С, суспензию кристаллизата разделяли сгущением и фильтрацией и отфильтрованный кристаллизат сушили с получением целевого продукта состава: KCl - 98,27%, NaCl - 1,63%, Н₂О - 0,10% с содержанием фракции -0,25 мм - 3,1% и средним размером кристаллов - 0,65 мм. При этом получили 23,32 т/ч целевого продукта, а степень извлечения KCl из сырья в продукт составила 92,4%.

Жидкую фазу - оборотный раствор в объеме 20% направили на рекуперацию тепла галитового отвала, а оставшуюся часть нагревали в поверхностных теплообменниках РВКУ до 60°С и нагретым раствором промывали противотоком глинисто-солевой шлам.

Растворы после рекуперации тепла галитового отвала и фильтрат с температурой 65°С объединяли с растворяющим раствором и подавали на стадию выщелачивания. Одновременно галитовый отвал сушили с получением побочного продукта состава NaCl - 98,2%, нерастворимых - 1,3%, H₂O - 0,5%, который реализовался как поваренная соль технических сортов.

Пример 2

Способ по п.1, отличающийся тем, что сильвинитовое сырье все измельчали по классу -1 мм, выщелачивание проводили на известном колонном растворителе - см. С.М.Карначева, Б.Е.Рябчиков. Пульсационная аппаратура в химической технологии. М.: Изд. «Химия», 1983, а глинисто-солевой шлам отделяли от твердой фазы на осадительной центрифуге, а затем сушили при 110°С.