Optimization of the parameters of obtaining potassium sulphate from sodium-potassium solutions in the acid-alkaline method of kraft pulp production
Authors: Федорова О. В. , Казаков В. Г. , Луканин П. В. 
Published: July 2024

В классическом способе переработки черных щелоков производства сульфатной целлюлозы минеральный остаток после сжигания органической составляющей черного щелока в содорегенерационном котле представляет собой смесь карбоната натрия и сульфата натрия. Полученный содовый раствор обрабатывают известью, поступающей из цеха декарбонизации и получают раствор каустической щелочи, который в дальнейшем используют для варки целлюлозы в составе белого щелока. В результате проведенных экспериментов появляется возможность повысить экологическую безопасность процесса переработки черных щелоков и осуществить диверсификацию производства получения сульфатной целлюлозы, а также упростить аппаратурнотехнологическую схему процесса регенерации щелочей. В основе разработанного способа лежит распределение калийной щелочи между раствором и твердым сульфатом натрия путем конверсии сульфата натрия раствором КОН, в зависимости от изменения молярной доли калийной щелочи от суммы щелочей калия и натрия в растворе. На основе рассмотренных закономерностей распределения калийной щелочи между натриево-калиевым раствором и сульфатом натрия предложен конверсионный метод сульфата калия и сульфатом натрия. Сущность способа заключается в обменной реакции между сульфатом натрия, содержащемся в твердой смеси сульфатов с раствором калийной щелочи. В работе были определены оптимальные технологические параметры выделения сульфата калия из сульфатных растворов и исследовано влияние отдельных технологических параметров на выход сульфата калия в осадке. Для постановки эксперимента был выбран ротатабельный центральный композиционный план. Оценка результатов исследования дает возможность прийти к выводу, что на выход сульфата калия влияют не только варьируемые параметры, но и их сочетание. Близкие значения выхода сульфата калия могут достигаться при продолжительности реакции 60 мин, но при разных сочетаниях варьируемых параметров. Для практического применения представленной схемы были выбраны следующие оптимальные параметры: молярная доля калийной щелочи от суммы щелочей калия и натрия в суспензии – 60%, массовое соотношение Ж/Т в суспензии – 4,7, продолжительность реакции – 60 мин. Научно обоснованы экспериментальные данные параметров получения сульфата калия в качестве удобрения. Одновременно предлагается получение дополнительного товарного продукта, при переработке черного щелока сульфатного производства целлюлозы.

In the classic black liquor processing method for kraft pulp production, the mineral residue after burning the organic component of the black liquor in the recovery boiler is a mixture of sodium carbonate and sodium sulfate. The resulting soda solution is treated with lime coming from the decarbonization shop and a caustic alkali solution is obtained, which is subsequently used for pulping pulp in white liquor. As a result of the experiments, it becomes possible to improve the environmental safety of the black liquor processing process and diversify the production of sulfate cellulose, as well as simplify the hardware and technological scheme of the alkali regeneration process. The developed method is based on the distribution of potassium alkali between the solution and solid sodium sulfate by converting sodium sulfate with a KOH solution, depending on the change in the molar fraction of potassium alkali from the sum of potassium and sodium alkalis in the solution. Based on the considered patterns of distribution of potassium alkali between the sodium-potassium solution and sodium sulfate, a conversion method of potassium sulfate and sodium sulfate is proposed. The essence of the method lies in the exchange reaction between sodium sulfate contained in a solid mixture of sulfates with a potassium alkali solution. The work determined the optimal technological parameters for the separation of potassium sulfate from sulfate solutions and investigated the influence of individual technological parameters on the yield of potassium sulfate in the sediment. To set up the experiment, a rotatable central compositional plan was chosen. Evaluation of the research results makes it possible to come to the conclusion that the yield of potassium sulfate is affected not only by variable parameters, but also by their combination. Similar yields of potassium sulfate can be obtained with a reaction time of 60 minutes, but with different variations in the parameters. For the practical application of the presented scheme, the following optimal parameters were chosen: – the molar fraction of potassium alkali from the sum of potassium and sodium alkalis in the suspension – 60%, the mass ratio of liquid/solid in the suspension – 4.7, reaction duration – 60 minutes. Experimental data on the parameters for producing potassium sulfate as a fertilizer are scientifically substantiated. At the same time, it is proposed to obtain an additional commercial product when processing black liquor from sulfate pulp production.