СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИСТОГО КАЛИЯ
METHOD OF OBTAINING POTASSIUM CHLORIDE

Изобретение относится к технике получения хлористого калия из сильвинитовых руд методом растворения-кристаллизации.
Известны способы получения хлористого калия с использованием процесса вакуум-кристаллизации (ВКУ). По известным способам осветленный раствор, полученный при растворении сильвинитовых руд, охлаждают под вакуумом на установках вакуум-кристаллизации, полученный кристаллизат отделяют от жидкой фазы гидросепарацией и фильтрацией и сушат, а жидкую фазу возвращают на стадию растворения сильвинитовых руд - см. Горный журнал №8, 2007, с.25-30.
Недостатком известных способов является высокое содержание тонкодисперсных классов хлористого калия в целевом продукте.
Известен способ получения хлористого калия, включающий растворение циклонной пыли в водном растворе хлористого калия, полученном после стадии мокрой пылегазоочистки до степени насыщения раствора по KCl 0,90-0,94, промывку кристаллизата этим раствором и смешение полученного отработанного раствора с горячим насыщенным щелоком перед ВКУ - см. А.С. СССР №1490082, МКИ C01D 3/08, 16.03.87-89 гг.
Недостатком известного способа является наличие тонкодисперсных классов в кристаллизате. Практика показывает, что при сушке полученного кристаллизата при температуре до 150°С образуется до 40% фракции менее 0,1 мм, а при растворении всех мелких фракций в воде с получением раствора со степенью насыщения по KCl 0,90-0,94 образуется большое количество избыточных щелоков. Поэтому для соблюдения водного баланса растворяют только часть циклонной пыли, что не позволяет получить целевой продукт требуемого гранулометрического состава.
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. №1162774, МКИ C05D 1/02, 14.02.84-23.06.85.
Известный способ не позволяет получить обеспыленный целевой продукт, так как при сушке части кристаллизата, полученного классификацией твердой фазы после ВКУ, образуется до 20% фракции менее 0,1 мм. Кроме того, возврат кристаллизата фракции 0,16-0,60 мм в количестве до 40% от общего количества фракции вызовет массовую кристаллизацию хлористого натрия из охлаждаемого раствора и загрязнение им целевого продукта.
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, крупные фракции хлористого калия фильтруют, мелкие направляют во внешние контуры аппаратов регулируемой вакуум-кристаллизации. Мелкокристаллический хлористый калий, полученный на стадии сушки и обеспыливания, подают в виде суспензии с соотношением 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 контура аппаратов - см. патент РФ №2143999, МКИ С01Д 3/08, 10.03.98-10.01.2000, публ. Бюл. №1 - прототип.
Известный способ позволяет получить обеспыленный хлористый калий, однако он неприменим при охлаждении горячих осветленных растворов в нерегулируемых многоступенчатых установках вакуум-кристаллизации (ВКУ), которые широко используются на галургических фабриках, так как в них отсутствуют гидроклассификация твердой фазы и растворение мелких классов во внешних контурах.
Задачей предполагаемого изобретения является получение обеспыленного целевого продукта с использованием нерегулируемых многоступенчатых вакуум-кристаллизационных установок.
Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа получения хлористого калия из сильвинитов, включающего их растворение, кристаллизацию целевого продукта из раствора в многоступенчатых вакуум-кристаллизаторах, выделение кристаллизата, сушку, обеспыливание, растворение мелких фракций со стадии сушки в нагретой воде с получением суспензии с отношением жидкого к твердому - Ж:Т=1,0-5,0 и подачу ее на кристаллизацию, по предлагаемому способу сушку с обеспыливанием всего целевого продукта ведут при температуре 100-140°С. Мелкокристаллический хлористый калий, полученный при обеспыливании, смешивают с водой, нагретой до температуры 45-65°С с получением суспензии с минимальным Ж:Т, обеспечивающим ее транспортировку по трубопроводу в первые корпуса вакуум-кристаллизационной установки (ВКУ), а конденсат с поверхностных теплообменников ВКУ распределяют по корпусам пропорционально перепаду температур между ними, при этом расход воды на приготовление суспензии и в корпуса ВКУ равен расходу воды, необходимому для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при вакуум-кристаллизации целевого продукта. В качестве нагретой воды используют конденсат, стоки газоочистки, образующиеся при сушке целевого продукта, воду из системы оборотного водоснабжения.
Сущность способа как технического решения заключается в следующем.
В отличие от известного способа получения хлористого калия из сильвинитов, включающего их растворение, кристаллизацию целевого продукта из раствора в многоступенчатых вакуум-кристаллизаторах, выделение кристаллизата, сушку, обеспыливание, растворение мелких фракций со стадии сушки в нагретой воде с получением суспензии с отношением жидкого к твердому -Ж:Т=1,0-5,0 и подачу ее на кристаллизацию, по предлагаемому способу сушку с обеспыливанием всего целевого продукта ведут при температуре 100-140°С, преимущественно при 110-120°С. Мелкокристаллический хлористый калий, полученный при обеспыливании, смешивают с водой, нагретой до температуры 45-65°С с получением суспензии с минимальным Ж:Т, обеспечивающим ее транспортировку по трубопроводу в первые корпуса ВКУ, преимущественно во второй, при этом в качестве нагретой воды используют конденсат, либо стоки с газоочистки, полученные, например, в скруббере «Вентури» при сушке отфильтрованного кристаллизата в аппарате «кипящего слоя», либо воды из оборотной системы охлаждения обогатительной фабрики.
Как показывает опыт работы галургических обогатительных фабрик, при кристаллизации хлористого калия в нерегулируемых многоступенчатых вакуум-кристаллизаторах образуется мелкокристаллический продукт со средним размером частиц 0,2-0,23 мм, содержащий до 5% фракций менее 0,1 мм. После фильтрации на центрифугах доля фракций менее 0,1 мм возрастает на 1,5-2,5%, а влажность отфильтрованного кристаллизата составляет 5-6%.
В процессе сушки, например, в аппарате «кипящего слоя» происходит разрушение кристаллов хлористого калия с образованием пылевидных фракций (менее 0,1 мм), причем процесс разрушения кристаллов зависит от температуры сушки. В таблице 1 приведена зависимость образования тонкодисперсных фракций хлористого калия в зависимости от температуры сушки.
Таблица 1
№ п/п
Температура, °С
Содержание пылевидных фракций в обезвоженном целевом продукте, %
-0,1+0,063 мм
-0,063 мм
1
20 (кристаллизат с вакуум-фильтра на сушку)
2,3
0,7
2
20 (кристаллизат с центрифуги на сушку)
3,8
1,4
3
110
4,3
2,2
4
120
5,5
2,9
5
130
8,2
3,4
6
140
10,5
4,6
7
150
12,3
6,2
Из приведенных в таблице 1 результатов видно, что при сушке кристаллизата в аппарате «кипящего слоя (КС)» происходит разрушение частиц хлористого калия с образованием тонкодисперсных фракций (менее 0,1 мм), при этом доля их растет с повышением температуры в слое. Для снижения содержания фракций -0,1 мм в целевом продукте по предлагаемому способу рекомендуется сушить кристаллизат преимущественно при температуре 110-120°С. Снижение температуры менее 105°С может ухудшить режим «кипения» слоя в аппарате «КС». Обеспыливание целевого продукта можно совместить с процессом сушки кристаллизата в аппарате «КС», при этом целевой продукт выводится из аппарата непосредственно с решетки, а мелкодисперсные фракции хлористого калия, уловленные в системе газоочистки, возвращаются в процесс кристаллизации по предлагаемому способу. Предлагаемый способ позволяет сушить кристаллизат в аппаратах другого типа, например, в сушильных барабанах. Однако в этом случае потребуется вводить дополнительную операцию обеспыливания целевого продукта известными методами.
В отличие от известного способа по предлагаемому способу мелкокристаллический хлористый калий смешивают с водой, нагретой до температуры 45-65°С с получением суспензии с минимальным Ж:Т, обеспечивающим ее транспортировку по трубопроводу в первые корпуса ВКУ, преимущественно с Ж:Т=0,7-1,5.
Опыт показывает, что при сушке и обеспыливании целевого продукта до требований нормативной документации, например в аппарате «КС», выход мелких фракций достигает 20%, при этом доля частиц менее 0,1 мм в этих фракциях может превышать 30%. При обработке водой такого продукта происходит растворение частиц, имеющих наибольшую поверхность - менее 0,063 мм и 0,1 мм с получением суспензии с жидкой фазой, насыщенной по хлористому калию. При этом содержание фракций менее 0,1 мм в твердой фазе суспензии снижается до 10% и практически не зависит от Ж:Т получаемой суспензии. В таблице 2 приведено содержание частиц менее 0,1 мм в твердой фазе суспензии в зависимости от Ж:Т получаемой суспензии.
Таблица 2
№ п/п
Наименование продукта
Содержание частиц менее 0,1 мм в твердой фазе суспензии, %
-0,1+0,063 мм
-0,063 мм
-0,1 мм
1
Мелкие фракции KCl после обеспыливания
18,9
10,5
29,4
2
Ж:Т=0,7
8,7
2,4
11,1
3
Ж:Т=1,5
9,0
2,5
11,5
4
Ж:Т=2,0
8,7
2,3
11,0
5
Ж:Т=2,5
8,7
2,2
10,9
Из приведенных в таблице данных видно, что при приготовлении суспензии в ее твердой фазе доля фракций менее 0,1 мм снижается вдвое, а пылящих фракций менее 0,063 мм - примерно в пять раз. При подаче такой суспензии в голову ВКУ в охлаждаемый под вакуумом раствор по предлагаемому способу создаются центры кристаллизации из крупных кристаллов, что препятствует образованию большого количества «зародышей» кристаллизации и создает условия для укрупнения кристаллов на ВКУ до среднего размера до 0,3 мм и выше. Из таблицы также видно, что снижение содержания в твердой фазе суспензии фракций менее 0,1 мм практически не зависит от Ж:Т обработки мелкодисперсного хлористого калия водой. В то же время по предлагаемому способу расход воды на приготовление суспензии и в корпуса ВКУ равен расходу воды, необходимому для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при вакуум-кристаллизации целевого продукта, который может привести к загрязнению его с получением некондиции. Расход воды на ВКУ для этой цели определяют любым известным способом - см., например, способ управления процессом получения хлористого калия - патент РФ №2406695, кл. С01Д 3/04, С05Д 27/00, публ. 20.12.2010, Бюл. №35 - и он составляет 8-10% от расхода осветленного раствора, поступающего на ВКУ. В связи этим ограничением и, учитывая значительное увеличение мелкодисперсных классов хлористого калия, полученного при сушке кристаллизата с нерегулируемой ВКУ, расход воды на приготовление суспензии должен быть сокращен до минимума, при этом полученная суспензия должна легко транспортироваться по трубопроводу самотеком либо с помощью насоса. Опыт работы калийных предприятий показывает, что таким Ж:Т является 0,7-1,5. Полученную суспензию по предлагаемому способу подают в первые корпуса ВКУ, как правило, во второй. В осветленном растворе, поступающем в первый корпус, степень насыщения по хлористому калию, как правило, ниже 1, и при подаче кристаллического хлористого калия в такой раствор может выделиться при его растворении в твердую фазу хлористый натрий. Поэтому суспензию предпочтительно давать во второй корпус, где жидкая фаза уже насыщена по КС1. По предлагаемому способу суспензию можно подавать и в первый корпус при условии подачи в приемный бак ВКУ части воды для получения раствора со степенью насыщения по хлористому натрию 1 и ниже.
По предлагаемому способу на приготовление суспензии подают воду, нагретую до 45-65°С. Повышение температуры выше 65°С нежелательно, так как при низком выходе мелкодисперсных классов хлористого калия в процессе сушки из-за высокой растворимости КС1 с повышением температуры можно получить суспензию с малым содержанием центров кристаллизации, а при снижении температуры ниже 45°С резко уменьшается скорость растворения в суспензии мелких классов - в 1,5-2,0 раза на 10°С, а, следовательно, возрастет количество нежелательных центров кристаллизации.
По предлагаемому способу конденсат с поверхностных теплообменников ВКУ распределяют по корпусам пропорционально перепаду температур между ними. Расход воды в корпусах определяют известным методом расчетно за вычетом расхода воды на приготовление суспензии. Вода может подаваться как в каждый корпус, что предпочтительнее, либо в корпуса с наибольшим перепадом температур между корпусами ВКУ. Ввод воды в корпуса ВКУ способствует снижению центров кристаллизации в суспензии и росту среднего размера частиц хлористого калия.
По предлагаемому способу удалось на промышленном аппарате «КС» получить продукт при сушке с одновременным обеспыливанием с содержанием класса менее 0,1 мм 2,1%, в том числе -1,1+0,063 мм - 1,6%, -0,063-0,5%, что ниже нормативного значения в 5,0% при среднем размере частиц целевого продукта 0,3 мм. В качестве нагретой воды использовали конденсат, стоки с газоочистки, полученные при сушке целевого продукта, воду из системы оборотного водоснабжения. Такое техническое решение позволяет стабилизировать водный баланс производства хлористого калия из сильвинитов.
Таким образом, решается задача предполагаемого изобретения - получение обеспыленного целевого продукта с использованием нерегулируемых многоступенчатых вакуум-кристаллизационных установкок.
Способ осуществляли следующим образом.
Сильвинитовую руду подвергли растворению в оборотном растворе, из полученной суспензии выделили твердую фазу, а осветленный раствор охладили в многоступенчатых вакуум-кристаллизаторах. Из охлажденной суспензии сгущением и фильтрацией выделили хлористый калий, а жидкую фазу - оборотный раствор - вернули на стадию растворения сильвинитов. Отфильтрованный хлористый калий сушили при температуре 100-140°С, мелкокристаллический хлористый калий, полученный при обеспыливании, смешивали с водой при температуре 45-65°С с получением суспензии с минимальным Ж:Т, обеспечивающим ее транспортировку по трубопроводу в первые корпуса ВКУ, а конденсат с поверхностных теплообменников ВКУ распределяли по корпусам пропорционально перепаду температур между ними, при этом расход воды на приготовление суспензии и в корпуса ВКУ равен расходу воды, необходимому для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при вакуум-кристаллизации целевого продукта. Общий расход воды на ВКУ определяли известным способом. В качестве нагретой воды использовали конденсат, стоки с газоочистки, полученные при сушке целевого продукта, воду из системы оборотного водоснабжения.
Примеры осуществления способа.
Пример 1.
Сильвинитовую руду подвергли растворению в оборотном растворе, из полученной суспензии выделили твердую фазу, а осветленный раствор охладили в 14-ступенчатой нерегулируемой вакуум-кристаллизационной установке. Из полученной при охлаждении раствора суспензии выделили кристаллический хлористый калий сгущением и фильтрацией, а жидкую фазу - оборотный раствор - вернули на стадию растворения сильвинитов. Отфильтрованный хлористый калий сушили при температуре в слое 115°С в аппарате «КС».
3
Выгрузка с решетки «КС» являлась готовым продуктом с содержанием фракций менее 0,1 мм - 2,1%, а мелкодисперсный продукт в количестве 20% от всего высушенного хлористого калия содержал фракцию -0,1 мм - 29,4%. Этот продукт смешивали с конденсатом ВКУ при температуре 55°С с получением суспензии с Ж:Т=1,0, что обеспечивало ее транспортировку самотеком по трубопроводу во вторую ступень ВКУ. Расчет расхода конденсата на ВКУ известным способом показал, что на 1000 м осветленного насыщенного раствора необходимо подать 80 т воды; 12 т воды подали на приготовление суспензии, а остальную воду подали по корпусам пропорционально перепаду температур между ними. При этом общий перепад температуры на входе и выходе ВКУ составил 55°С.
Пример 2.
Способ осуществляли в соответствии с примером 1, но суспензию подавали в первый корпус ВКУ. Одновременно в приемный бак ВКУ подавали 12 т нагретой до 65°С воды из системы оборотного водоснабжения, а оставшуюся воду подавали в 6, 9, и 12 ступени ВКУ пропорционально перепаду температур.