СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА КАЛИЯ Российский патент 1997 года по МПК C01D5/06 

Изобретение относится к технологии получения высокоэффективного бесхлорного калийного удобрения сульфата калия.

Известен способ получения сульфата калия, основанный на обменной реакции хлорида калия и сульфата натрия /1/. Процесс осуществляется в водной среде через промежуточный продукт глазерит, который после отделения от раствора подают на вторую стадию конверсии хлористым калием с получением сульфата калия, а маточный раствор подвергают охлаждению с выделением мирабилита и последующей выпарке с получением хлористого натрия; упаренный раствор после отделения хлорида натрия смешивают с мирабилитом и подают на стадию получения глазерита.

Данный способ не позволяет использовать некондиционный сульфат натрия с повышенным содержанием нерастворимых примесей и влаги, так как практически все нерастворимые примеси, содержащиеся в исходном сырье, переходят в продукт, и получить при этом кондиционный сульфат калия практически невозможно, а высокое содержание влаги в сульфатном сырье приводит к нарушению водного баланса процесса. Наиболее близким по своей технической сущности является способ получения сульфата калия путем взаимодействия мирабилита и хлористого калия в водной среде. Образующийся при этом глазерит разлагают раствором хлористого калия на сульфат калия и раствор, который поступает на стадию получения глазерита; раствор со стадии получения глазерита выпаривают с выделением в твердую фазу смеси хлорида и сульфата натрия, которую сбрасывают, а упаренный раствор направляют на стадию получения глазерита /2/.

Существенным недостатком указанного способа является резкое снижение качества товарного продукта в случае повышенного содержания нерастворимых примесей в исходном сульфатном сырье, а также низкая степень извлечения сульфат-иона в продукт из-за сброса солевого шлама.

Целью изобретения является создание возможности использования в процессе получения сульфата калия сульфата натрия или мирабилита, загрязненного нерастворимыми примесями с одновременным сокращением энергозатрат на выпарку растворов. Поставленная цель достигается тем, что первую стадию конверсии ведут с получением глазеритового раствора при соотношении калия к сульфат-иону в растворе равном
в индексах Иенеке. (Индексы Иенеке это эквивалентные проценты, т. е. отношение эквивалентов соли, составляющей систему, к сумме эквивалентов солей. Сумма катионов равна сумме анионов и равна 100. Таким образом, в рассматриваемой системе
2K⁺+2Na⁺= SO-24

+2Cl^- = 100). Раствор упаривают с выделением солевого шлама, которым обрабатывают насыщенный раствор сульфата натрия, полученный в результате растворения некондиционного мирабилита или сульфата натрия после выделения из него нерастворимых, и образующийся при этом сульфат натрия подают на первую стадию конверсии.

Сущность способа заключается в следующем. Сульфат натрия или мирабилит с содержанием нерастворимых примесей до 10% и влаги свыше 40% растворяют в воде при температуре 35-100^oC с получением насыщенного по сульфату натрия раствора. Нерастворимые отделяют с помощью флокулянта. Осветленный насыщенный раствор обрабатывают солевым шламом (смесью сульфата и хлорида натрия), полученным при выпарке глазеритового раствора.

При обработке насыщенного раствора солевым шламом происходит высаливание сульфата натрия (тенардита) за счет снижения растворимости сульфата натрия в растворе хлорида натрия. Образующийся сульфат натрия поступает на первую стадию конверсии стадию получения глазерита. На первую стадию конверсии также подают раствор со второй стадии конверсии, хлорид калия и раствор, полученный при выпарке глазеритового раствора с выделением из него солевого шлама. Глазерит с первой стадии конверсии разлагают водным раствором хлорида калия с получением сульфата калия и раствора, направляемого на первую стадию конверсии. Процесс конверсии на первой стадии осуществляют в водной среде путем взаимодействия реагентов с получением глазерита и глазеритового раствора, в котором соотношение находится в интервале 0,7-1,0 экв.

Данное соотношение компонентов достигается за счет изменения расхода сульфата натрия и количества воды, удаляемой при выпарке глазеритового раствора, что позволяет осуществить замкнутый цикл производства. Использование сульфата натрия или (мирабилита) без предварительного отделения от него нерастворимых примесей практически невозможно, так как нерастворимые примеси, содержащиеся в сырье, сначала переходят в глазерит, а затем в готовый продукт.

Использование осветленного раствора сульфата натрия на первой стадии конверсии приведет к нарушению водного баланса, в связи с чем необходимо предварительной выделение из раствора сульфата натрия, что повлечет за собой дополнительные затраты на строительство цеха сульфата натрия.

Экспериментально показано, что для получения кондиционного сульфата калия с минимальными энергетическими затратами процесс первой стадии конверсии следует вести с получением глазеритового раствора с соотношением эквивалентов 2K SO₄ 0,7-1,0.

В таблице 1 приведено изменение соотношения 2K/SO₄ экв. в зависимости от расхода сульфата натрия и количества воды, удаляемой при выпарке из глазеритового раствора на 1 т K₂SO₄, а также состав получаемого при этом солевого шлама.

В таблице 2 представлены результаты балансовых опытов по получению сульфата калия конверсией хлорида калия и сульфата натрия. Из приведенных данных видно, что при уменьшении соотношения 2K/SO₄ в глазеритовом растворе менее 0,7 резко увеличиваются энергозатраты в цикле конверсия-упаривание-конверсия на удаление воды (опыт 6 и 7 ср. 2,86 и 2,29 т/т K₂SO₄), а также на циркуляцию щелоков, их нагрев и охлаждение до и после выпарки. А при увеличении соотношения 2K/SO₄ более 1,0 потребуется вместо добавления удаление воды из глазеритовой суспензии (ср. опыт 3 и 2) что практически невозможно.

Ниже приведен подробный пример осуществления способа применительно к опыту N 4 (среднее значение).

Пример. К 2,1 в.ч. мирабилита состава, мас. Na₂SO₄ - 41,41; NaCl 1,09; H. O. 10,00; H₂O 47,50 добавляют 1,03 в.ч. воды с получением насыщенного по сульфату натрия раствора.

На 2,9 в.ч. осветленного насыщенного раствора сульфата натрия состава, мас. Na₂SO₄ 29,79; NaCl 0,78; H₂O 69,43 добавляют 0,91 в.ч. солевого шлама состава, мас. Na₂SO₄ 25,73; NaCl - 74,27. Полученный тенардит в количестве 1,05 в. ч. поступает на первую стадию конверсии. Так как по расчету водного баланса на первую конверсии требуется введение дополнительной воды в количестве 0,05 в.ч. можно сульфат натрия подавать в виде суспензии высоленного тенардита в насыщенном осветленном растворе.

Одновременно на первую стадию конверсии поступает 3,01 в.ч. упаренного раствора состава, мас. KCl 12,35; NaCl 17,94; Na₂SO₄ - 5,64; H₂O 64,07, 3,11 в. ч. сульфатного раствора состава, мас. KCl - 20,56; NaCl 6,0; Na₂SO₄ 1,52; H₂O 71,92. В результате получают 1,11 в.ч. глазерита состава, мас. NaCl 1,3; Na₂SO₄ 23,05; K₂SO₄ 67,03; H₂O 8,04 и 6,11 глазеритового раствора состава, мас. KCl 6,05, NaCl 19,79; Na₂SO₄ 6,64; H₂O 67,49. Полученный глазерит разлагают раствором хлористого калия на 1 в.ч. сульфата калия и сульфатный раствор, который возвращается на первую стадию конверсии. Для получения 0,91 в. ч. солевого шлама из 6,1 в.ч. глазеритового раствора упаривают 2,19 в.ч. воды и получают 3,01 в.ч. упаренного раствора.

Предлагаемый способ выгодно отличается от известных:
позволяет использовать некондиционное сульфатное сырье (сульфат натрия, мирабилит), загрязненное нерастворимыми примесями и содержащее значительное количество влаги,
сокращает энергозатраты на подогрев, упаривание и циркуляцию оборотных растворов,
позволяет использовать солнечную энергию в южных районах (залив Карабогазгол и др.) на обезвоживание сбросных растворов с получением кондиционной поваренной соли бассейновым методом, при этом сульфат-ион, содержащийся в хлоридном сбросном растворе, при охлаждении в зимнее время в бассейне выделяется в твердую фазу в виде мирабилита. Таким образом, степень извлечения SO₄ ^-2 в процессе достигает практически возможного, приближаясь к 100%
способ прост и не требует применения специального дорогостоящего оборудования, и может быть легко внедрен на ПО "Карабогазсульфат", где имеется бассейновое производство мирабилита и поваренной соли.

Положительный экономический эффект от внедрения способа достигается за счет использования в процессе вместо кондиционного сульфата натрия бассейнового мирабилита, загрязненного нерастворимыми примесями. В условиях ПО "Карабогазсульфат", где имеется бассейновое производство мирабилита и заводское производство сульфата натрия и на котором предполагается осуществить внедрение способа, имеем в ценах 1990 года:
сульфат натрия природный: оптовая цена 33,75 руб. себестоимость 23,89 руб.

сульфат натрия заводской: оптовая цена 50 руб. 1 сорт,
40 руб. II сорт, средняя себестоимость 44,03 руб.

мирабилит, себестоимость 1 т 2 руб. 39 коп. Расход мирабилита на 1 т K₂SO₄ 2,01. Расход сульфата натрия на 1 т K₂SO₄ 1,05 т.

Э=25 т.т.(23,89 1,05 2,01•2,39)=507 тыс. руб.

Изобретение относится к технологии получения высокоэффективного бесхлорного калийного удобрения - сульфата калия конверсией сульфата натрия или мирабилита хлоридом калия в водной среде с образованием на первой стадии глазерита и глазеритового раствора. С целью создания возможности использования в процессе сульфата натрия или мирабилита, содержащего примеси, первую стадию конверсии ведут с получением глазеритового раствора при соотношении калия к сульфат-иону в растворе в эквивалентных процентах 0,7-1,0. Раствор упаривают с выделением солевого шлама, которым обрабатывают насыщенный раствор сульфата натрия, полученный из некондиционного сульфата натрия с выделением из него нерастворимых примесей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил, 2 табл.

1. Способ получения сульфата калия, включающий конверсию мирабилита или сульфата натрия хлоридом калия в две стадии, на первой из которых получают глазерит и глазеритовый раствор, а на второй полученный глазерит разлагают раствором хлорида калия с выделением сульфата калия, подачу раствора с второй стадии конверсии после отделения целевого продукта на первую стадию, упаривание глазеритового раствора, отделение полученного при этом солевого шлама и подачу упаренного глазеритового раствора на первую стадию конверсии, отличающийся тем, что исходный мирабилит или сульфат натрия предварительно перед подачей на первую стадию конверсии растворяют в воде до получения насыщенного раствора с последующим отделением нерастворившегося остатка, а затем насыщенный раствор сульфата натрия обрабатывают солевым шламом, полученным при упаривании глазеритового раствора, и выделившийся при этом сульфат натрия или суспензию сульфата натрия в насыщенном осветленном растворе направляют на первую стадию конверсии. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первую стадию конверсии осуществляют при отношении калия к сульфат-иону в растворе 0,7 1,0 в эквивалентных процентах.