СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ХЛОРИДА КАЛИЯ
METHOD OF EXTRACTING POTASSIUM CHLORIDE

Изобретение относится к технике извлечения хлорида калия из калийсодержащего сырья с примесями хлорида натрия, нерастворимых и органических соединений.
Широко известны способы извлечения хлорида калия из калийсодержащего сырья, включающие флотацию хлорида калия из суспензии измельченного сильвинита с помощью флотореагентов при температуре окружающей среды, обезвоживание и сушку флотоконцентрата - см., например, Позин М.Е., Технология минеральных солей, Л. «Химия», т.1, 1974, с.164-166, авт.свид. СССР №998347, кл. С01D 3/08, публ. 23.02.83, бюл. №7. Недостатком способов является большое содержание мелких классов хлорида калия в готовом продукте (доля частиц менее 0,25 мм в нем достигает 30%), что существенно ухудшает его потребительские свойства, так как продукт пылит, слеживается при транспортировке и хранении. Содержание хлорида калия в мелких классах флотоконцентрата составляет 88-94%, а доля нерастворимых соединений - 0,4-1,5%, что ограничивает его реализацию на рынках сбыта.
Известен способ извлечения хлорида калия из калийсодержащего сырья, включающий его растворение при повышенной температуре, кристаллизацию хлорида калия из полученного раствора, классификацию его на крупнокристаллическую и мелкокристаллическую фракции, разбавление мелкокристаллической фракции водой при температуре 80-85°C до получения раствора со степенью насыщения по KCl не менее 0,96, который используют для промывки крупнокристаллического хлорида калия - см. авт.свид. СССР №1084247, кл. С01D 3/08, С05D 1/04, публ. 07.04.84, бюл. №13.
Недостатками известного способа являются невозможность применения его для переработки мелких классов флотоконцентрата с получением крупнокристаллического хлорида калия, не содержащего класса менее 0,2 мм из-за наличия в нем аминов, препятствующих росту кристаллов в процессе вакуум-кристаллизации хлорида калия, а также присутствие во флотоконцентрате хлорида натрия и нерастворимых соединений.
Известен способ извлечения хлорида калия из калийсодержащего сырья, включающий его растворение в нагретом до 95-105°C растворе с получением суспензии, кристаллизацию хлорида калия из полученного раствора, классификацию его на крупнокристаллическую и мелкокристаллическую фракции, разбавление мелкокристаллической фракции водой и подачу ее на кристаллизацию, сгущение, фильтрацию и промывку крупнокристаллической фракции на центрифугах и сушку - см. авт.свид. СССР №781194, кл. С05D 1/04, публ. 23.11.80, бюл. №43 - прототип.
Известный способ также не позволяет применить его для переработки мелких классов флотоконцентрата с получением кристаллического высококачественного хлорида калия, не содержащего фракций менее 0,2 мм.
Задачей предлагаемого изобретения является создание возможности переработки мелких классов флотационного хлорида калия с получением высококачественного целевого продукта, практически не содержащего фракции менее 0,2 мм.
Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа извлечения хлорида калия из калийсодержащего сырья, включающего растворение калийсодержащего сырья в нагретом до 95-105°C растворе с получением суспензии, кристаллизацию хлорида калия из полученного раствора, классификацию его на крупнокристаллическую и мелкокристаллическую фракции, разбавление мелкокристаллической фракции водой и подачу ее на кристаллизацию, разделение сгущением и фильтрацией кристаллизата и сушку, по предлагаемому способу перед растворением калийсодержащего сырья его подвергают термической обработке при температуре 280-700°C, суспензию, полученную при растворении термически обработанного сырья, разделяют сгущением и фильтрацией с получением осветленного раствора, который охлаждают на установке регулируемой вакуум-кристаллизации, а классификацию целевого продукта ведут на стадиях кристаллизации и сушки.
Опыт работы флотационных фабрик России и Беларуси показывает, что во флотационном хлориде калия доля частиц менее 0,25 мм достигает 30%, что существенно ухудшает его потребительские свойства, так как продукт пылит и слеживается при транспортировке и хранении.
Содержание хлорида калия в мелких классах флотоконцентрата составляет 88-94%, что не отвечает стандартным требованиям на этот продукт (должно быть не менее 95% по нормативной документации РФ), а доля нерастворимых соединений составляет 0,4-1,5%, что препятствует использованию продукта в производстве водорастворимых NPK-удобрений.
Непосредственно перерабатывать такой хлорид калия с получением кондиционного хлорида калия известным способом растворения-кристаллизации не представляется возможным, так как продукт образует большое количество пены, состоящей из хлорида калия и нерастворимых соединений, и плохо смачивается водой при растворении из-за наличия в нем флотореагентов, которые при растворении переходят в жидкую фазу. Реагенты, в основном амины, накапливаются в оборотном растворяющем растворе и препятствуют росту кристаллов при вакуум-кристаллизации целевого продукта. Имеются трудности при выделении из горячего раствора нерастворимых соединений и хлорида натрия, так как флотореагенты затрудняют получение осветленного насыщенного раствора хлорида калия.
Для устранения указанных недостатков калийсодержащее сырье подвергают термической обработке при температуре 280-700°C. Как показали проведенные эксперименты, при термической обработке примесей - флотореагентов и нерастворимых соединений они теряют свою активность. При этом амины, препятствующие росту кристаллов хлорида калия на установке РВК, улетучиваются при термообработке сырья. В таблице 1 приведены данные по степени извлечения аминов в зависимости от температуры термообработки при исходном содержании аминов в сырье 1 кг/т.
Таблица 1
№№ пп
Температура термической обработки, °C
Степень извлечения аминов, %
1
280
82,2
2
350
89,6
3
500
96,2
4
700
99,8
При термической обработке происходит одновременное разложение гидрослюд нерастворимых примесей, бигидрата и полугидрата сульфата кальция, основных карбонатов щелочноземельных металлов, что позволяет существенно улучшить условия их выделения, например, сгущением, фильтрацией, для получения осветленного горячего насыщенного по хлориду калия раствора перед подачей его на РВКУ.
Учитывая, что при термической обработке амины теряют свою активность, термообработку можно вести в интервале температур 350-400°C. В отличие от известного способа, суспензию, полученную при растворении термически обработанного калийсодержащего сырья в оборотном растворяющем растворе при температуре 98-105°C, разделяют, например, сгущением и(или) фильтрацией для отделения нерастворимых примесей и хлорида натрия и получения осветленного горячего насыщенного по KCl раствора.
В таблице 2 приведены данные по содержанию в осветленном растворе хлоридов калия и натрия в зависимости от температуры осветленного раствора.
Таблица 2
№№ пп
Содержание в осветленном растворе хлоридов калия и натрия, %
100°C
90°C
40°C
30°C
KCl
NaCl
KCl
NaCl
KCl
NaCl
KCl
NaCl
1
39,5
0
34,9
0
28,7
0
27,2
0
2
31,4
5,0
30,3
5,0
24,3
5,0
22,9
5,0
3
27,1
10,0
22,0
15,0
16,4
15,0
15,1
15,0
4
23,0
15,0
20,4
17,1
13,2
19,6
11,8
20,1
5
21,7
16,8
22,0
15,0
13,2
19,6
11,8
20,1
Примечание. В пункте №5 таблицы 2 приведены составы растворов, насыщенных по KCl и NaCl.
Из приведенной таблицы видно, что при растворении термически обработанного калийсодержащего сырья в оборотном циркулирующем растворе в интервале температур 98-105°C в жидкую фазу будет переходить хлорид калия, а в твердую фазу суспензии будет выделяться хлорид натрия и нерастворимые примеси сырья.
После разделения суспензии известными способами, например сгущением и(или) фильтрацией, образуется горячий осветленный раствор, насыщенный по хлориду калия, который подают на известную установку регулируемой вакуум-кристаллизации, где происходит охлаждение суспензии хлорида калия за счет испарения воды под вакуумом до температуры, например, 30-40°C. На известных РВКУ происходит рост кристаллов до заданного размера - см., например, Горный журнал, ISSN 0017-2278, №8, 2007 г., www.rudmet.ru, с.27-29 - с одновременной гидроклассификацией кристаллизата, который после РВКУ выделяют, сушат с получением целевого продукта, при этом мелкие фракции хлорида калия, полученные на РВКУ и при сушке, возвращаются на РВКУ. Жидкую фазу, полученную после выделения из суспензии кристаллизата хлорида калия, нагревают и возвращают на растворение, при этом уровень хлорида натрия в оборотном растворе поддерживают в зависимости от его содержания в исходном сырье путем изменения степени насыщения горячего раствора по хлориду калия при температуре растворения.
При извлечении хлорида калия из калийсодержащего сырья по предлагаемому способу получают целевой продукт с содержанием хлорида калия в нем до 99%, практически не содержащего пылевидных фракций - 0,2 мм, доля которых не превышает после сушки 3%.
Таким образом, решается задача предлагаемого изобретения - создание возможности переработки мелких классов флотационного хлорида калия с получением высококачественного целевого продукта, не содержащего пылевых фракций.
Способ осуществляется следующим образом.
Калийсодержащее сырье, например, фракции флотационного хлористого калия менее 0,25 мм, подвергли термической обработке при температуре 280-700°C (предпочтительно при 350-400°C) и растворению при температуре 95-105°C в оборотном циркулирующем растворе, нагретом до температуры 105-110°C. Полученную горячую суспензию, состоящую в твердой фазе из нерастворимых соединений и хлорида натрия, разделили, например, сгущением и фильтрацией, с получением осветленного раствора, который охладили на установке регулируемой вакуум-кристаллизации, например, до температуры 30-40°C, кристаллизат хлорида калия выделили, например, гидроклассификацией на циклонах и фильтрацией, а затем сушили с получением целевого продукта. Жидкую фазу после РВКУ направили на нагрев и растворение термически обработанного калийсодержащего сырья в виде оборотного циркулирующего раствора. Мелкие классы циклонной пыли с сушки целевого продукта и со слива гидроциклонов вернули на РВКУ.
Примеры осуществления способа
Пример 1.
100,0 т/час флотационного хлористого калия состава: KCl - 92,8%, нерастворимых - 0,6%, NaCl - остальное; фракции менее 0,25 мм подвергли термической обработке при температуре 360°C, а затем растворяли в нагретом оборотном циркулирующем растворе при температуре 100°C. Полученную суспензию осветлили с выделением фильтрацией смеси нерастворимых соединений и хлорида натрия, а осветленный раствор с температурой 95°C охладили на установке регулируемой вакуум-кристаллизации до температуры 35°C при степени насыщения раствора в корпусах РВКУ по NaCl - 0,99, кристаллизат отделили от жидкой фазы гидроклассификацией, фильтрацией и сушили с получением целевого продукта в количестве 91,5 т/час с содержанием 98,5% KCl, в котором доля фракций менее 0,25 мм составила 2,8%. Степень извлечения KCl из калийсодержащего сырья в целевой продукт составила 97,1%.
Циркулирующий раствор, полученный после выделения кристаллизата из суспензии, полученной на РВКУ, вернули на растворение термически обработанного флотационного хлорида калия.
Пример 2.
Способ осуществляли в соответствии с примером 1, но степень насыщения раствора в корпусах РВКУ по NaCl поддерживали на уровне 1. В результате получили целевой продукт с содержанием KCl - 96,3%.