СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РАСТВОРЕНИЯ СИЛЬВИНИТОВЫХ РУД Российский патент 2010 года по МПК B01F1/00 C01D3/08 G05D27/00 

Изобретение относится к технике управления процессами растворения сильвинитовых руд, содержащих калийные соли, и может быть использовано в производстве хлористого калия методом растворения-кристаллизации.

Известен способ автоматического управления процессом выщелачивания хлористого калия из калийного сырья путем изменения расхода входных потоков - см. А.С. СССР №1060569, кл. CO1D 3/08; G05D 27/00. Публ. 15.12.83. Бюл. №46. По предлагаемому способу суммарный расход воды, поступающей в состав входных потоков, регулируют в зависимости от расхода щелока с коррекцией по расходу воды на промывку аппарата, расхода утилизируемого раствора солей, плотности раствора солей и оборотного щелока, суммарного расхода хлористого калия в составе входных потоков, концентрации хлористого калия в насыщенном щелоке и температуры этого щелока воздействием на подачу щелока в аппарат.

Способ отличается недостаточной точностью регулирования, так как его реализация невозможна без осуществления полного химического анализа входных потоков для определения водности системы. Аналитический контроль является длительным процессом, так как включает в себя отбор проб, их подготовку к анализу и определение содержания компонентов в системе KCl-NaCl-H₂O в присутствии MgCl₂ и др. примесей. Результаты анализа поступают на производство хлористого калия с задержкой на 3-4 часа, а в условиях крупнотоннажного производства (например, на ПО «Уралкалий» потоки достигают 1500 м³/ч) они существенного влияния на ход процесса не оказывают. Поэтому результатами полного химического анализа пользуются как статистическим материалом.

Известен способ управления процессом растворения солевых руд, например калийных, путем стабилизации расхода исходного раствора и регулирования подачи руды в зависимости от содержания полезного компонента во входных потоках и измерения температуры готового раствора - см. А.С. СССР №1256776, кл. B01F 1/00; G05D 27/00. Публ. 15.09.86. Бюл. №34. По предлагаемому способу дополнительно измеряют содержание полезного компонента в готовом растворе, и в зависимости от температуры готового раствора и содержания полученного компонента в нем определяют содержание хлористого натрия в готовом растворе. По содержанию полезного компонента в исходном и готовом растворах и рассчитанному значению содержания хлористого натрия определяют отношение содержания воды в исходном и готовом растворах и регулируют подачу руды по зависимости, приведенной в А.С.

Способ также отличается недостаточной точностью, так как определение содержания хлористого натрия в готовом растворе определяется методом расчета в зависимости от температуры и содержания в растворе хлористого калия. Расчет предполагает, что степень насыщения готового раствора по хлористому натрию равна 1. Однако опыт эксплуатации калийных производств показывает, что в готовом растворе всегда находится избыточное количество твердого хлористого натрия, присутствие которого в растворе определяется выносом частиц галита руды в процессе осветления, испарением воды с поверхности сгустителей при температуре осветления и кристаллизацией хлористого натрия за счет охлаждения и испарения раствора. Поэтому предлагаемый способ требует дополнительного определения NaCl в готовом растворе. Кроме того, стабилизация расхода исходного раствора связана с необходимостью установки буферных емкостей большого объема для сглаживания изменений потока оборотного раствора за счет выгрузки глинисто-солевого шлама и концентрата, промывки оборудования.

Известен способ управления процессом растворения сильвинитовых руд, включающий регулирование подачи руды в зависимости от содержания полезного компонента во входных потоках, измерение температуры готового раствора, плотности, температуры и расхода растворяющего раствора, расчет подачи руды, и вычисленное значение расчета подают в качестве задания в систему управления весовым дозатором - прототип - см. «Способ управления процессом растворения сильвинитовых руд», заявка RU №2007114473 (015710) от 17.04.2007, публ. Бюл. №31, 2008 г.

Известный способ позволяет оперативно управлять процессом растворения с помощью средств автоматического контроля. Однако применяемые приборы имеют погрешности в измерениях технологических параметров, которые постоянно приводят к нарушению норм технологического режима. Кроме того, известный способ не учитывает возможное изменение состава щелоков за счет присутствия хлористого магния в сильвинитовой руде.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности управления процессом растворения сильвинитовых руд за счет корректировки основного потока руды в зависимости от состава готового раствора, т.е. вводом обратной связи в систему управления весовым дозатором.

Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа дополнительно измеряют содержание хлористого калия в готовом растворе после его осветления и его расход, по полученным данным и температуре рассчитывают подачу руды для корректировки ее основного потока по следующей зависимости, и вычисленные значения подают в качестве задания в систему управления весовым дозатором:

где ±ΔG_руды - расход руды, корректирующий ее основной поток, т, знак ± указывает на необходимость увеличения или уменьшения основного расхода сильвинитовой руды;

G_гот.р-р - расход осветленного раствора, т;

- содержание хлористого калия в осветленном растворе, %;

- содержание хлористого калия в сильвинитовой руде, %;

- степень насыщения осветленного раствора по хлористому калию определяется по зависимости:

где t - температура осветленного раствора, °С;

- содержание в растворе хлористого магния, т/1000 т Н₂О.

Для управления процессом растворения сильвинитовой руды путем введения в систему управления весовым дозатором обратной связи технологические параметры, кроме содержания в растворе MgCl₂, определяются с помощью приборов оперативно, а содержание в растворе MgCl₂ - аналитически. Однако этот показатель достаточно определять 1 раз в 12 - 24 часа, так как он мало меняется вследствие большого объема циркулирующих щелоков и незначительного изменения концентрации MgCl₂ в сильвинитовой руде, поступающей на растворение. Как правило, содержание MgCl₂, в растворе колеблется в пределах 0-14 т/1000 т Н₂O.

Сущность способа как технического решения заключается в следующем. По предлагаемому способу управление процессом растворения сильвинитовых руд включает регулирование подачи руды в зависимости от содержания полезного компонента во входных потоках, измерение температуры готового раствора, плотности, температуры и расхода растворяющего раствора, расчет подачи руды. В отличие от известного способа по предлагаемому способу дополнительно измеряют содержание хлористого калия в готовом растворе после осветления, поступающем из растворителей сильвинитовой руды, и его расхода. Этот раствор должен иметь степень насыщения по хлористому калию α_KCl=0,97±0,01 при температуре осветления готового раствора. Как показывает опыт работы калийных предприятий, при увеличении степени насыщения раствора свыше 0,98 в галитовом отвале растет содержание нерастворимого сильвина - природного хлористого калия, особенно во фракциях руды свыше 5 мм, доля которых в руде достигает 15%. При α_KCl менее 0,96 снижается емкость раствора по хлористому калию, что ведет к снижению выхода кристаллизата с 1 м³ осветленного раствора при его охлаждении на установках вакуум-кристаллизации и увеличению потока оборотного раствора, поступающего на растворение, а следовательно, и повышенным энергозатратам на его циркуляцию и нагрев.

Известный способ позволяет управлять процессом растворения сильвинитовой руды путем изменения ее расхода в зависимости от расхода и состава растворяющего раствора с учетом температуры. Однако существующие средства контроля и управления имеют погрешность в измерениях технологических параметров, которые приводят к необходимости корректировать расход руды. Предлагаемый способ позволяет ввести корректировку основного потока руды, т.е. введя обратную связь в систему управления весовым дозатором в зависимости от содержания в готовом осветленном растворе хлористого калия и температуры раствора по следующей зависимости:

где ±ΔG_руды - расход руды, корректирующий ее основной поток, т, знак ± указывает на необходимость увеличения или уменьшения основного расхода сильвинитовой руды, поступающей на растворение;

G_гот.р-р - расход осветленного раствора, т;

- содержание хлористого калия в осветленном растворе, %;

- содержание хлористого калия в сильвинитовой руде, %;

- степень насыщения осветленного раствора по хлористому калию.

Коэффициент 0,98 может быть увеличен до 0,99 в случае высокоэффективной работы оборудования для размола руды, в результате чего резко сокращается содержание в руде фракции +5 мм.

Из экспериментальных данных имеем - см. таблицу 1.

Из приведенных данных, усредняя поправки для коэффициентов перед C_KCl и для свободного члена в уравнениях для содержания в растворе в интервале 0-14 т на 1000 т Н₂О, получаем их значения на 1 т MgCl₂, соответственно: 0,00007143 и - 0,006733, при этом по всем интервалам температур 93-97°С эти поправки практически не меняются.

Аналогично для определяли из таблицы 1 поправку для указанных коэффициентов на 1°С изменения температуры, которая составляет соответственно 0,0004825 и -0,003275.

Подставляя эти значения поправок в уравнения для температуры 97°С и , получим уравнение для определения степени насыщения α_KCl для условий: C_NaCl=1,0; ; t=93-97°С.

Степень насыщения раствора по КСl:

где t - температура раствора, °С;

- содержание MgCl₂ в растворе, т/1000 т Н₂О;

C_KCl - содержание КСl в растворе, %.

В эмпирическом уравнении размерность входящих в него параметров, например °С и др., уравновешивается соответствующей размерностью коэффициентов, стоящих между соответствующими параметрами.

Приведенные зависимости позволяют корректировать уравнение расхода основного потока руды, осуществляемого не только по прототипу, но и любым другим способом.

Таким образом, определяя дополнительно содержание хлористого калия в готовом растворе после его осветления и его расход и рассчитывая по полученным данным и температуре подачу руды для корректировки ее основного потока, решается задача повышения точности управления процессом растворения сильвинитовых руд за счет корректировки основного потока руды, поступающей на растворение.

Следовательно, реализация предлагаемого способа позволит ввести обратную связь в систему управления весовым дозатором руды, которая функционирует на действующих калийных предприятиях.

Способ осуществляют следующим образом. Готовый раствор, полученный в системе растворителей сильвинитовой руды, поступает на осветление в сгустители, а затем осветленный готовый раствор поступает на установку вакуум-кристаллизации, где охлаждается с выделением в твердую фазу кристаллического хлористого калия. Определяют расход осветленного раствора, например, с помощью индукционного расходомера типа СОРА ХЕ, температуру - с помощью термопреобразователя с унифицированным выходным сигналом, например, ТСМУ-055.

Массовую долю калия в руде и осветленном растворе определяют измерителем калия, например, фирмы «Berthold» LB 377-62.

Плотность осветленного раствора, необходимую для пересчета его объемного расхода на весовой, - с помощью первичного преобразователя MFS 2000 и преобразователя сигнала MFS 081.

Полученные сигналы поступают на контроллер и ПЭВМ, откуда сигнал идет на ленточный автоматический дозатор основного потока руды для корректировки ее расхода по приведенным зависимостям, который по скорости движения ленты управляет расходом руды в автоматическом режиме.

Примеры осуществления способа

Пример 1

Показания приборов:

Рассчитаем степень насыщения раствора по хлористому калию, α_KCl

α_KCl=[0,0589+0,0004825·(97-96)+0,00007143·6]×

×20,02-0,2475+0,006733·6+0,003275-(97-96)=0,99

Следовательно, расход основного потока руды должен быть сокращен на 13,6 тонн в час.

Пример 2.

В примере 1 расход готового раствора приведен в т/ч. В случае измерения расхода готового раствора по показаниям приборов в м³/ч массовый расход определяется по уравнению:

где G_гот.р-р - массовый расход, т/ч.

По показаниям приборов определяют объемный расход раствора - и его плотность - ρ_гот.р-р=1,245 т/м³.

G_гот.р-р=1526,1·1,245=1900 т/ч

Таким образом, измеряя плотность и объемный расход готового раствора с помощью приборного контроля, например, масс-расходомера, определяют массовый расход раствора.

Изобретение может быть использовано в производстве хлористого калия. Способ управления процессом растворения сильвинитовых руд включает регулирование подачи руды в зависимости от содержания полезного компонента во входных потоках, измерение температуры готового раствора, плотности, температуры и расхода растворяющего раствора. Дополнительно измеряют содержание хлористого калия в готовом растворе после его осветления и его расход. По полученным данным и температуре рассчитывают подачу руды для корректировки ее основного потока по следующей зависимости и вычисленные значения подают в качестве задания в систему управления весовым дозатором: где ±ΔG_руды - расход руды, корректирующий ее основной поток, т, знак ± указывает на необходимость увеличения или уменьшения основного расхода сильвинитовой руды; G_гот.р-р - расход осветленного раствора, т; - содержание хлористого калия в осветленном растворе, %; - содержание хлористого калия в сильвинитовой руде, %; - степень насыщения осветленного раствора по хлористому калию. Изобретение позволяет повысить точность управления процессом растворения сильвинитовых руд. 1 табл.

Способ управления процессом растворения сильвинитовых руд, включающий регулирование подачи руды в зависимости от содержания полезного компонента во входных потоках, измерение температуры готового раствора, плотности, температуры и расхода растворяющего раствора, расчет подачи руды, отличающийся тем, что дополнительно измеряют содержание хлористого калия в готовом растворе после его осветления и его расход, по полученным данным и температуре рассчитывают подачу руды для корректировки ее основного потока по следующей зависимости и вычисленные значения подают в качестве задания в систему управления весовым дозатором:
,
где ± ΔG_руды - расход руды, корректирующий ее основной поток, т,
где знак ± указывает на необходимость увеличения или уменьшения основного расхода сильвинитовой руды;
G_гот.р-р - расход осветленного раствора, т;
- содержание хлористого калия в осветленном растворе, %;
- содержание хлористого калия в сильвинитовой руде, %;
- степень насыщения осветленного раствора по хлористому калию, определяемая по зависимости:

где t - температура осветленного раствора, °С;
- содержание в растворе хлористого магния, т/1000 т Н₂О,
причем в приведенных уравнениях размерность входящих в него параметров уравновешивается соответствующей размерностью коэффициентов, стоящих перед указанными параметрами.