СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА КАЛИЯ Российский патент 2003 года по МПК C01D5/06 

Изобретение относится к технике получения сульфата калия методом конверсии хлористого калия и сульфата натрия в водной среде.

Известен способ получения сульфата калия методом конверсии сульфата натрия с хлористым калием в водной среде в две стадии (И.Д. Соколов. Переработка природных солей и рассолов. Справочник Л.: Химия, 1985, с. 80-85). На первой стадии конверсии получают глазерит и глазеритовый раствор путем взаимодействия сульфата натрия и хлористого калия в присутствии растворов второй стадии конверсии и со стадии переработки глазеритового раствора. Суспензию разделяют; жидкую фазу охлаждают до 0^oС выделением мирабилита и возвратом его на первую стадию конверсии, упаривают с выделением поваренной соли, охлаждают и подают на первую стадию конверсии, а твердую фазу - глазерит - подают на вторую стадию конверсии. На второй стадии глазерит обрабатывают раствором хлористого калия и полученную суспензию разделяют с получением целевого продукта, а жидкую фазу направляют па первую стадию конверсии. Целевой продую содержит, %: K₂SО₄ 84,22; Na₂SO₄ 84,22; КСl 3,83; H₂O 3,58 Из-за повышенного содержания примесей такой продукт имеет ограниченное применение.

Известен способ получения сульфата калия, включающий взаимодействие сульфата натрия и хлористого калия, разделение образующейся суспензии на глазеритовый раствор и глазерит, конверсию последнего раствором хлористого калия с образованием сульфата калия и отделение его от маточного раствора. При этом хлористый калий на стадию конверсии глазерита подают в смеси с маточным раствором, полученным после отделения сульфата калия (авт. свид. СССР 829567, публ. 15.05.81, бюл. 18).

Недостатком известного способа является высокое содержание хлорид-иона в целевом продукте: 0,75-0,89%.

Известен способ получения сульфата калия (авт. свид. СССР 1557102 кл. С 01 D 5/02, публ. 15.04.90, бюл. 14). Способ предусматривает взаимодействие сульфата натрия и хлористого калия, отделение из полученной суспензии осадка, образующегося глазерита, конверсию его раствором хлористого калия в присутствии маточного раствора, при этом на стадию конверсии глазерита дополнительно вводят сульфат калия при массовом соотношении сульфат калия : маточный раствор : глазерит, равном (0,27-0,33):(2,7-3,3):1, а раствор хлористого калия подают дробно тремя равными порциями.

Известный способ позволяет получить целевой продукт с улучшенными потребительскими свойствами состава, %: К 44,35; Na 0,21; Cl 0,32; SO₄ 54,48; H₂O 0,64; однако наличие в нем 0,32% хлор-иона также ограничивает сферу его применения.

Известен способ получения сульфата калия - см. а.с. СССР 806606, кл. С 01 D 5/06; публ. 23.02.81, Бюл. 7 - прототип.

Способ предусматривает конверсию сульфата натрия хлористым калием с последующим разделением образующейся суспензии на глазеритовый раствор и глазерит, который далее направляют на вторую стадию конверсии с хлористым калием, полученный на второй стадии конверсии технический сульфат калия обрабатывают 0,5-2,5% раствором хлористого калия, полученную при этом суспензию разделяют, в маточный раствор вводят хлористый калий и образовавшуюся суспензию подают на вторую стадию конверсии.

Указанный способ позволяет получить целевой продукт с содержанием K₂O до 53,6 %, однако присутствие в нем Сl^- 0,35% (0,36% в пересчете на сухое вещество) не позволяет использовать продукт рядом потребителей (внекорневая подкормка растений в тепличном хозяйстве, при выращивании растений гидропоникой, в химической промышленности и др.). Кроме того, при конверсии образуется мелкодисперсный продукт с содержанием класса минус 100 микрон более 90%, что ухудшает его потребительские свойства.

Задачей предлагаемого изобретения является получение сульфата калия с улучшенными потребительскими свойствами с содержанием хлор-иона менее 0,1%.

Положительный эффект достигается тем, что способ включает конверсию сульфата натрия хлористым калием с последующим разделением образующейся суспензии на глазеритовый раствор и глазерит, который далее направляют на вторую стадию конверсии с хлористым калием, разделяют полученную суспензию с возвратом раствора на первую стадию конверсии, ведут обработку полученного на второй стадии конверсии технического сульфата калия. Обработку технического сульфата калия ведут водой, полученную суспензию гидроклассифицируют, пески гидроклассификации фильтруют с выделением сульфата калия, фильтрат и слив гидроклассификации подают на вторую стадию конверсии, туда же подают суспензию хлористого калия в части раствора со второй стадии конверсии. При этом гидроклассификацию ведут по классу предпочтительно минус 100 микрон, а суспензию хлористого калия в части раствора со второй стадии конверсии готовят предпочтительно с Ж:Т=2-5 и подают дробно или непрерывно.

Сущность способа состоит в следующем. В отличие от известного способа технический сульфат калия обрабатывают водой, взятой в количестве, необходимом для разложения глазерита водным раствором хлористого калия, полученную суспензию гидроклассифицируют, например, на гидроциклоне или отстойнике Брандеса, где выделяют в слив тонкодисперсные классы твердой фазы, например, по классу минус 100 микрон. Пески гидроклассификации фильтруют, например, на вакуум-фильтре с выделением сульфата калия, а фильтрат и слив гидроклассификации, содержащие твердую фазу, в виде суспензии подают на вторую стадию конверсии.

В отличие от известного способа хлористый калий подают в часть раствора со второй стадии конверсии с получением суспензии предпочтительно с Ж:Т=2-5, которую подают дробно или непрерывно на вторую стадию конверсии. Хлористый калий берут в количестве, необходимом для разложения глазерита водным раствором хлористого калия.

Обработка технического сульфата калия по предлагаемому способу позволяет растворить в первую очередь мелкодисперсные классы сульфата калия, осуществить конверсию глазерита, содержащегося в техническом сульфате калия, образовавшемся при растворении насыщенным раствором сульфата калия, поскольку глазерит разлагается в таком растворе инконгруэнтно, и перевести в жидкую фазу хлорсодержащие минералы. При гидроклассификации этой суспензии в пески поступает твердая фаза с Ж:Т=1,0-1,5, из которой выделены мелкодисперсные классы сульфата калия, в результате чего улучшаются условия фильтрации суспензии, снижается влажность отфильтрованного осадка, а в целевом продукте, полученном после сушки отфильтрованного сульфата калия, практически не содержится хлор-ион; при этом продукт обладает улучшенными потребительскими свойствами за счет удаления из него пылеобразующих фракций. Проведенные нами исследования показали, что повышенной пылимостью обладает продукт, содержащий фракции менее 60-100 микрон. Поэтому гидроклассификацию суспензии по предлагаемому способу ведут предпочтительно по классу минус 100 микрон. Однако предлагаемый способ не исключает гидроклассификацию по более крупной фракции, например, минус 200 микрон.

Возврат фильтрата и слива гидроклассификации на вторую стадию конверсии в виде суспензии высококачественного мелкодисперсною сульфата калия, доля которого может достичь 40% от количества твердой фазы, в его насыщенном растворе без ввода в него хлористого калия, как в прототипе, позволяет создать центры кристаллизации сульфата калия при разложении глазерита хлористым калием и тем самым исключить захват хлор-иона твердой фазы при массовой кристаллизации целевого продукта, а также укрупнить технический сульфат калия.

В отличие от известного способа, где хлористый калий подают в насыщенный раствор сульфата калия со стадии обработки технического сульфата калия, по предлагаемому способу из хлористого калия и части раствора со второй стадии конверсии готовят суспензию с Ж:Т предпочтительно 2-5 и подают ее на вторую стадию дробно или непрерывно в течение процесса конверсии и прекращают ее подачу за 10 минут до завершения конверсии.

Такое техническое решение позволяет исключить высаливание хлористым калием мелкодисперсного сульфата калия из его насыщенного раствора, которое ведет к загрязнению твердой фазы хлоридами. Кроме того, подача однородной суспензии хлористого калия постепенно (дробно или непрерывно) в зону реакции разложения глазерита способствует получению более крупных кристаллов целевого продукта с минимальным загрязнением их хлоридом за счет устранения пересыщений по хлористому калию и увеличения продолжительности взаимодействия хлористого калия и глазерита.

Суспензию готовят предпочтительно с Ж:Т в пределах 2-5. При Ж:Т менее 2 создаются трудности ее равномерного распределения вдоль аппарата конверсии, а Ж: Т более 5 приводит к необходимости увеличения объема аппарата, хотя и способствует укрупнению кристаллов целевого продукта.

Осуществление способа в соответствии с предлагаемыми техническими решениями позволяет получить целевой продукт с содержанием хлорид-иона менее 0,1%, обладающий высокими потребительскими свойствами вследствие выделения из него пылевых фракций, и, таким образом, выполнить поставленную техническую задачу. В случае промывки целевого продукта па фильтре водой, взятой в количестве, эквивалентном пропитывающему осадок маточному раствору, получают сульфат калия, в котором содержание хлорид-иона не обнаружено (менее 0,01%).

Способ осуществляется следующим образом.

Глазерит, полученный конверсией сульфата натрия хлористым калием в водной среде, с последующим разделением суспензии на глазеритовый раствор и глазерит, направляют па вторую стадию конверсии с хлористым калием в водной среде, разделяют полученную суспензию. раствор возвращают на первую стадию конверсии, а технический сульфат калия обрабатывают водой, суспензию гидроклассифицируют предпочтительно по классу менее 100 микрон, пески разделяют фильтрацией с получением влажного целевого продукта, а слив и фильтрат направляют в виде суспензии на вторую стадию конверсии. Из части раствора со второй стадии конверсии и хлористого калия готовят суспензию с Ж:Т предпочтительно 2-5 и подают на вторую стадию конверсии дробно или непрерывно в течение процесса конверсии и прекращают ее подачу за 10 минут до ее завершения. Хлористый калий на вторую стадию конверсии и воду на обработку технического сульфата калия берут в количествах, необходимых для разложения глазерита водным раствором хлористого калия.

Получают сульфат калия с содержанием хлорид-иона менее 0,1%. В случае промывки на фильтре целевого продукта водой, взятой в количестве, эквивалентном пропитывающему осадок маточному раствору, получают сульфат калия, в котором содержание хлорид-иона не обнаружено (менее 0,01 %). Продукт обладает высокими потребительским и свойствами вследствие выделения из него пылевых фракций.

Примеры осуществления способа
Пример 1.

100 мас. ч. необогащенного глазерита состава 27,9% К⁺, 10,0% Na⁺, 50,8% SО₄ ^2-, 3,3% Сl^-, 8,0% H₂O, полученного в соответствии с известным способом, непрерывно обрабатывали в течение 30 минут при температуре 25^oС 360 мас.ч. суспензии, состоящей из 63 мас.ч. хлористого калия и раствора, полученного на второй стадии конверсии (Ж:Т~4,8), в присутствии суспензии со стадии обработки технического сульфата калия.

Продолжительность второй стадии конверсии составила 40 минут, после чего суспензию разделили фильтрацией с получением 154 мас.ч. технического сульфата калия состава 38,9% К⁺, 1,8% Na⁺, 50,4% SO₄ ^2- 1,0% Сl^-, 7,9% H₂O и раствора, часть которого (297 мас. ч.) направляли на приготовление суспензии хлористого калия.

Сульфат калия обрабатывали 220 мас.ч. воды в течение 40 минут при 20^oС с получением суспензии высококачественного сульфата калия. Суспензию подвергали гидроклассификации на циклоне по классу минус 100 микрон, при этом в слив гидроциклона ушло 37% всей твердой фазы.

Пески гидроциклона разделили фильтрацией на вакуум-фильтре с получением влажного сульфата калия, а слив циклона и фильтрат - 282 мас.ч. направили на вторую стадию конверсии необогащенного глазерита.

Получили с фильтра продукт состава, %: К 41,9, Na 0,35; SO₄ ^2- 51,2; Сl^- 0,08, Н₂О 6,5. После сушки получили целевой продукт с содержанием К₂О 53,7; Сl^- 0,09%. Содержание класса минус 100 микрон составило 19,8%.

Пример 2.

Способ осуществляли в соответствии с примером 1, но суспензию хлористого калия готовили с Ж:Т=2 и подавали ее 5 равными порциями в течение 40 минут при общей продолжительности процесса конверсии на второй стадии 50 минут, а суспензию со стадии обработки технического сульфата калия водой подвергли гидроклассификации на отстойнике Брандеса. Пески Брандеса фильтровали на вакуум-фильтре и промывали водой, при этом расход воды был взят в количестве 8,4% от массы осадка. Сульфат калия с влажностью 8% сушили с получением целевого продукта состава: К₂О 53,9; Сl^- - отсутствие. Содержание класса минус 100 микрон 25,3%; минус 60 микрон 5,4%.

Изобретение относится к технике получения сульфата калия методом конверсии хлористого калия и сульфата натрия в водной среде. Способ включает конверсию сульфата натрия хлористым калием с последующим разделением образующейся суспензии на глазеритовый раствор и глазерит, который далее направляют на вторую стадию конверсии с хлористым калием, разделяют полученную суспензию с возвратом раствора на первую стадию конверсии, ведут обработку полученного на второй стадии конверсии технического сульфата калия. Технический сульфат калия обрабатывают водой, полученную суспензию гидроклассифицируют, пески гидроклассификации фильтруют с выделением сульфата калия, фильтрат и слив гидроклассификации подают на вторую стадию конверсии, туда же подают хлористый калий в части раствора со второй стадии конверсии. Гидроклассификацию ведут по классу предпочтительно 100 мкм, а суспензию хлористого калия в части раствора со второй стадии конверсии готовят предпочтительно с Ж: Т= 2-5 и подают дробно или непрерывно. Заявленное изобретение позволяет получить сульфат калия с содержанием хлор-иона менее 0,1%. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ получения сульфата калия путем конверсии сульфата натрия хлористым калием с последующим разделением образующейся суспензии на глазеритовый раствор и глазерит, который далее направляют на вторую стадию конверсии с хлористым калием, разделяют полученную суспензию с возвратом раствора на первую стадию конверсии, ведут обработку полученного на второй стадии конверсии технического сульфата калия, отличающийся тем, что обработку технического сульфата калия ведут водой, полученную суспензию гидроклассифицируют, пески гидроклассификации фильтруют с выделением сульфата калия, фильтрат и слив гидроклассификации подают на вторую стадию конверсии, туда же подают суспензию хлористого калия в части раствора со второй стадии конверсии. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидроклассификацию ведут по классу предпочтительно 100 мкм. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что суспензию хлористого калия в части раствора со второй стадии конверсии готовят предпочтительно с Ж:Т = 2-5 и подают дробно или непрерывно.