СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕКИСЛОГО КАЛИЯ Российский патент 1998 года по МПК C01D7/00 

Изобретение относится к технологии получения углекислого калия из содопоташных растворов глиноземного производства при комплексной переработке нефелинов методом спекания и может быть также использовано при получении K₂CO₃ из других видов сырья.

Технология политермического разделения солей и получения углекислого калия из содопоташных растворов производства глинозема из нефелинов известна (см. например Абрамов В.Я., Алексеев А.И. Бадальянц Х.А. Комплексная переработка нефелино-апатитового сырья. Москва, Металлургия, 1990, с.171). Схема процесса предполагает проведение следующих основных операций: упарка исходных содопоташных растворов с выделением в осадок соды, упарка маточных растворов соды для получения осадка двойной соли NaKCO₃, охлаждение маточного раствора двойной соли с кристаллизацией полутораводного поташа K₂CO₃ • 1,5 H₂O, который отделяется от раствора, промывается, подсушивается и в случае необходимости получения безводного продукта дополнительно прокаливается.

Принципиальный недостаток вышеприведенной схемы получения углекислого калия - возможность загрязнения продукта различными примесями, например сульфатами, поступающими в оборотные растворы глиноземного производства в результате окисления соединений серы, содержащихся в сырье и топливе.

Чтобы избежать этого загрязнения, предложено несколько вариантов очистки содопоташных растворов от примесей перед выделением осадка углекислого калия. Так, согласно авт.св. N 1791380 A1 от 31.10.90, предлагается упаривать раствор перед выделением углекислого калия до плотности 1,68 г/см³, полученную суспензию разбавлять водой до общей щелочности 300-380 г/л (в пересчете на Na₂O) и охлаждать до 20-30^oC с целью выделения в твердую фазу примесей. Осадок последних отделяют от раствора, из которого затем и получают углекислый калий.

Авторы заявки РФ N 93032467 МПК: C 01 D 7/40, опубликованной 27.06.96 в бюллетене "Изобретения" N 18 за 1996 г. и принимаемой за прототип, с целью очистки содопоташных растворов от примесей предлагают маточный раствор после отделения двойной соли разбавлять конденсатом и охлаждать со скоростью 3-17^oC в час, затем фильтровать раствор при сопротивлении фильтрацией перегородки 0,5-3,0 кг/см², осветленный раствор упаривать и кристаллизовать из него углекислый калий с пониженным содержанием примесей.

Общий недостаток вышеприведенных способов - аналога и прототипа заключается в необходимости разбавления растворов перед их охлаждением для очистки от примесей. Введение в содопоташные растворы воды или конденсата требует последующего упаривания этой воды, т.е. операции, связанной с энергозатратами и поэтому достаточно дорогой.

Техническая задача изобретения состоит в разработке такого способа получения углекислого калия из содопоташных растворов, который при очистке растворов от примесей не требовал бы разбавления растворов и, следовательно, упаривания введенной на разбавление воды.

Поставленная задача решается тем, что содопоташные растворы перед выделением углекислого калия охлаждают с отделением осадка примесей и упаривают для получения оборотной двойной соли, при этом на охлаждение направляют растворы, имеющие молярную долю K₂O от суммы K₂O + Na₂O не менее 70% и содержащие 5,5-7,0 молей H₂O на 1,0 моль общего содержания солей.

Необходимость в совокупности указанных отличительных признаков определяется особенностями поведения содопоташных растворов с примесями сульфатов и хлоридов.

Одна их этих особенностей состоит в том, что в температурном интервале 20-40^oC (наиболее благоприятном для выделения примесей) растворимость сульфатов и хлоридов начинает быстро увеличиваться при снижении молярной доли K₂O ниже 70%. На диаграмме растворимости системы Na+2

Увеличение растворимости примесей и ухудшение очистки происходит и в том случае, когда увеличивается содержание воды в системе, т.е. когда раствор разбавляется. В зависимости от состава исходного раствора это происходит при содержании воды порядка 7,0 молей на 1,0 моль сухих солей. Если же содержание воды становится менее 5,5 моль на моль солей, то вместе с примесями при охлаждении из раствора начинает осаждаться полутораводный карбонат калия, т. е. целевой продукт. И лишь внутри данного интервала имеет место достаточно глубокая очистка раствора от примесей без доосаждения с ними основного вещества. Величина этого интервала определяется, как уже упоминалось, разбросом состава исходных содопоташных растворов, в частности изменением содержания в них каустической щелочи.

Необходимо подчеркнуть, что и молярная доля K₂O, и содержание воды в системе по отдельности являются необходимыми, но не достаточными условиями наиболее рационального проведения процесса очистки растворов. И только совместное действие обоих признаков обеспечивает максимальную глубину очистки (которая определяет, в свою очередь, качество углекислого калия) при минимальных затратах.

Пример. Производится получение углекислого калия из содопоташных растворов Пикалевского объединения "Глинозем". В качестве исходного используется содовый маточный раствор состава, г/л:Na₂O = 93,6; K₂O = 472,8; Na₂O_ку = 14,9; Al₂O₃ = 7,1; K₂SO₄ = 9,9; KCl = 5,7; мол. доле K₂O/K₂O + Na₂ = 77,2%; плотность γ = 1,54 г/см³; содержание воды 6,04 моля на 1 моль сухих солей.

1. Получение углекислого калия способом по прототипу.

Исходный раствор упаривается до γ = 1,67-1,68 г/см³, отделяется осадок двойной соли, полученный маточник двойной соли разбавляется в 1,5 раза водой (расход воды 0,5 л на 1,0 л маточника), охлаждается со скоростью 10-15^oC в час до температуры 30-35^oC и фильтруется при перепаде давления 600-650 мм рт. столба (0,8-0,9 кг/см²). Полученный фильтрат упаривается с получением раствора состава, г/л: Na₂O = 10,2; K₂O= 340,5; Na₂O_ку = 51,1; Al₂O₃ = 31,8; K₂SO₄ = 1,61; KCl= 20,8; M. O. K₂O/K₂O + Na₂O = 95,8%, плотность γ = 1,6 г/см³.

Полученный раствор охлаждается до 55-60^oC, при этом из него выпадает осадок полутораводного углекислого калия, имеющего после фильтрации и промывки следующий состав по примесям, мас.%: Na₂CO₃ = 0,2; K₂SO₃ = 0,2; K₂SO₄ = 0,05; KCl = 0,02; Al₂ O₃ = 0,03.

2. Получение углекислого калия предлагаемым способом.

2.1. Исходный раствор, содержащий 6,04 моль H₂O на моль солей и имеющий M.O. K₂O/K₂O + Na₂O = 77,2%, охлаждается (без разбавления) до 30-35^oC и отфильтровывается от осадка примесей (состоящего в основном из сульфата калия). Фильтрат упаривается с отделением осадка двойной соли. Полученный раствор по составу и концентрации аналогичен раствору из примера 1, направляемому на кристаллизацию продукционного углекислого калия. Поэтому естественно, что состав полученного по данному варианту конечного продукта (K₂CO₃ • 1,5 H₂O) практически одинаков с продуктом по прототипу.

2.2. Повторяется опыт по варианту 2.1, но в качестве исходного берется содовый маточный раствор с М.О. K₂O/K₂O + Na₂O = 67,5%, т.е. меньше 70%. Получается раствор, идущий на кристаллизацию конечного продукта, аналогичный таковому по примеру 2.1, но содержащий 4,9 г/л K₂SO₄ (вместо 1,61 г/л по примеру 2.1). Полученный из этого раствора K₂CO₃ • 1,5 H₂O содержит 0,2% K₂SO₄ (вместо 0,05 по примеру 2.1), что значительно снижает сортность продукта и ухудшает его потребительские качества.

2.3. Повторяется опыт по варианту 2.1, но в качестве исходного берется недопаренный содовый маточный раствор, содержащий 7,5 моль воды на моль солей (выше предела 7,0) при M.O. K₂O/K₂O + Na₂O, равном 77,2%. Получается раствор на кристаллизацию углекислого калия с содержанием K₂SO₄ = 5,5 г/л, что приводит к такому же загрязнению продукта, как по варианту 2.2.

2.4 Повторяется опыт по варианту 2.1, но в качестве исходного берется перепаренный содовый маточный раствор, содержащий 5,2 моля воды на моль солей (ниже предела 5,5). Из этого раствора получается хороший конечный продукт (как по варианту 2.1),но осадок примесей содержит только 6,2% K₂O₄ и 89,2% K₂CO₃. Другими словами, осадок примесей состоит в основном из целевого продукта, что снижает его выход.

Таким образом, выполнение условий по изобретению позволяет получить продукт такого же качества, как и способом по прототипу, но избежать разбавления раствора и необходимости его упаривания.

Использование: способ используется в металлургии цветных металлов (производстве глинозема из щелочного алюмосиликатного сырья) и может быть использован в технологии неорганических веществ при переработке других видов сырья. Сущность способа состоит в том, что в способе получения углекислого калия из содопоташных растворов производства глинозема спеканием нефелинов, включающем упарку и охлаждение растворов с отделением осадка примесей и двойной соли и кристаллизацию из полученного раствора полутораводного углекислого калия, на охлаждение направляют растворы, имеющие молярную долю K₂O от суммы K₂O + Ni₂O не менее 70% при содержании 5,5-7,0 молей H₂O на 1 моль сухих солей. Технический результат - повышение экономичности способа.

Способ получения углекислого калия из содопоташных растворов производства глинозема способом спекания нефелинового сырья, включающий охлаждение растворов и отделение от них осадка примесей, упарку очищенных растворов с отделением оборотной двойной соли и кристаллизацию из полученных растворов полутораводного углекислого калия, отличающийся тем, что на охлаждение направляют растворы, имеющие молярную долю K₂O от суммы K₂O + Na₂O не менее 70% при содержании 5,5 - 7,0 молей H₂O на 1,0 моль сухих солей.