СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ ХЛОРИДА КАЛИЯ И ХЛОРИДА НАТРИЯ Российский патент 2012 года по МПК C01D3/08 B01D9/02 B01D61/00 

Настоящее изобретение относится к способу отделения хлорида калия и хлорида натрия из нагретого раствора этих солей.

Более точно, хотя никоим образом не исключительно, настоящее изобретение относится к обработке калиевой руды, как, например, руды, содержащей, калиевые минералы, такие как сильвинит (смесь сильвина (KCl) и каменной соли (NaCl)), с целью восстановления хлорида калия из руды.

Одним из известных способов восстановления хлорида калия из калиевых руд является процесс растворения-кристаллизации (или горячего выщелачивания).

В процессе растворения-кристаллизации калиевую руду дробят и промывают, удаляют глину из промытой руды и нагревают получаемый осветленный раствор, чтобы осуществить выщелачивание хлорида калия и хлорида натрия из промытой руды.

Один из вариантов последовательной переработки в процессе растворения-кристаллизации включает испарение воды из нагретого раствора с тем, чтобы вызвать выпадение в осадок хлорида калия и хлорида натрия из раствора. Затем выпавший в осадок хлорид калия и хлорид натрия отделяют друг от друга на последующей стадии флотации.

В еще одном варианте последовательной переработки используется тот факт, что хлорид калия гораздо лучше растворяется в горячей, чем в холодной воде, тогда как хлорид натрия только немного больше растворим в горячей воде (например, воде при температуре 100°C), чем в холодной воде (например, воде при температуре 20°C). Следовательно, в растворах, насыщенных как хлоридом калия, так и хлоридом натрия, хлорид натрия хуже растворяется при более высоких температурах.

В этом варианте последовательной переработки осуществляют избирательное осаждение хлорида натрия во время испарения путем ограничения степени испарения за счет использования меньшей растворимости хлорида натрия по сравнению с хлоридом калия при более высоких температурах, и после отделения хлорида натрия, выпавшего в осадок из раствора, охлаждают раствор и осаждают хлорид калия из раствора за счет использования меньшей растворимости хлорида калия при более низких температурах, чем при более высоких температурах.

В обоих описанных вариантах переработки происходит потеря испарившейся воды, что нежелательно.

Кроме того, в обоих описанных вариантах переработки необходимы высокие затраты энергии, связанные с нагревом рабочих растворов, что нежелательно.

Приведенные выше сведения не следует считать признанием их общеизвестности в Австралии или где-либо.

Задачей настоящего изобретения является создание другого способа восстановления хлорида калия из источника хлорида калия, такого как калиевая руда, в котором не осуществляется полное удаление воды из технологических потоков на стадиях испарения воды и тем самым предотвращается потеря воды из процесса в результате испарения.

В основу настоящего изобретения положена идея сочетания (а) отделения воды из нагретого раствора, содержащего хлорид калия и хлорид натрия, с использованием гидроизоляционной мембраны и (б) последующего охлаждения раствора, выделяющегося из гидроизоляционной мембраны, в качестве эффективного способа восстановления хлорида калия и хлорида натрия из раствора.

В целом, в настоящем изобретении предложен способ отделения хлорида калия и хлорида натрия из нагретого раствора этих солей, включающий сочетание стадий, на которых (а) выделяют воду из нагретого раствора, содержащего хлорид калия и хлорид натрия, с использованием гидроизоляционной мембраны и (б) затем охлаждают раствор, выделяющийся из гидроизоляционной мембраны, при этом стадии (а) и (б) позволяют избирательно восстанавливать хлорид калия и хлорид натрия из раствора. Соответственно, способ в целом также включает избирательное восстановление хлорида калия и хлорида натрия из раствора.

В настоящем изобретении предложен способ отделения хлорида калия и хлорида натрия из нагретого раствора этих солей, включающий стадии, на которых:

(а) получают нагретый раствор, содержащий хлорид калия и хлорид натрия, извлеченный из калиевой руды,

(б) пропускают раствор через гидроизоляционную мембрану и удаляют воду из раствора, чтобы тем самым повысить концентрацию хлорида натрия в растворе до уровня, превышающего растворимость соли при температуре раствора, и осуществить осаждение хлорида натрия из раствора,

(в) выделяют выпавший в осадок хлорид натрия из раствора,

(г) охлаждают раствор и тем самым снижают растворимость хлорида калия до уровня ниже уровня концентрации хлорида калия в растворе, осуществляют осаждение хлорида калия из раствора,

(д) выделяют хлорид калия из раствора.

Описанная гидроизоляционная мембрана является выгодной, поскольку позволяет удалять воду не путем испарения. Кроме того, удаляемая вода доступна для использования на других стадиях способа.

Стадия (а) получения нагретого раствора, содержащего хлорид калия и хлорид натрия, может включать получение раствора путем выщелачивания добываемой руды из рудного тела, включающего минералы, которые содержат хлорид калия и хлорид натрия, такого как калиевая руда, добычу открытым способом или добычу растворением, в ходе которой в рудное тело, такое как калиевое рудное тело, нагнетают нагретую воду или нагретый раствор, ненасыщенный хлоридом калия и хлоридом натрия, и растворение руды под землей.

Рудное тело может содержать другие вещества, которые растворяются в нагретом растворе и могут быть успешно переработаны на стадии (б) с использованием гидроизоляционной мембраны.

Например, если рудное тело и затем нагретый раствор содержит хлорид магния в значительных количествах, даже достигающих уровней насыщения, как в случае, когда в калиевой руде присутствует или ей сопутствует карналлит (KMgCl₃.6 (H₂O)), гидроизоляционная мембрана может облегчать концентрирование раствора и осаждение хлорида магния на последующих стадиях способа.

В таких случаях способ может включать стадии осаждения и затем отделения из раствора хлорида магния, выпавшего в осадок.

Предпочтительно на стадии (а) получают раствор, температура которого составляет по меньшей мере 50°C.

Более предпочтительно, на стадии (а) получают раствор, температура которого составляет по меньшей мере 60°C.

В частности, предпочтительно на стадии (а) получают раствор, температура которого составляет по меньшей мере 70°C.

Предпочтительно на стадии (а) получают раствор, температура которого составляет менее 90°C.

Более предпочтительно на стадии (а) получают раствор, температура которого составляет менее 80°C.

Предпочтительно на стадии (б) регулируют удаление воды из раствора с целью регулирования удаления воды для получения выпавших в осадок кристаллов хлорида натрия выбранного размера.

Гидроизоляционной мембраной может являться любая применимая система.

Например, гидроизоляционной мембраной может являться гидрофильная или осмотическая система, в которой перенос воды между растворами осуществляется принудительно под давлением, как в обратном осмосе, или за счет использования разности осмотических давлений вследствие различных концентраций солей, как в нормальном осмосе.

Гидроизоляционной мембраной также может являться гидрофобная мембрана, в которой для удаления воды из раствора или переноса воды между растворами методом так называемой "мембранной дистилляции" используется разность давлений пара, возникающая в основном вследствие разности температур.

Гидроизоляционной мембраной также может являться сочетание гидрофобной и гидрофильной мембран, при этом перенос воды из раствора осуществляется как методом мембранной дистилляции, так и осмоса.

Предпочтительно при осуществлении способа раствор, остающийся после стадии (д) отделения хлорида калия, подвергают рециркуляции.

Предпочтительно при осуществлении способа до рециркуляции раствора согласно способу остающийся раствор нагревают.

Предпочтительно при осуществлении способа до рециркуляции раствора согласно способу остающийся раствор нагревают путем теплообмена с раствором, поступающим на стадию (г), и тем самым охлаждают раствор с целью осаждения хлорида калия.

Предпочтительно при осуществлении способа объединяют (i) раствор, остающийся после стадии (д) отделения хлорида калия, и (ii) воду, удаленную из раствора на стадии (б), нагревают объединенный раствор и используют нагретый объединенный раствор на стадии (а), чтобы получить нагретый раствор, содержащий хлорид калия и хлорид натрия.

Далее настоящее изобретение в порядке примера описано со ссылкой на сопровождающие его чертеже, на которых:

на фиг.1 показана блок-схема одного из вариантов осуществления способа обработки калиевой руды с целью восстановления хлорида калия из руды в соответствии с настоящим изобретением,

на фиг.2 показана блок-схема другого варианта осуществления способа обработки калиевой руды с целью восстановления хлорида калия из руды в соответствии с настоящим изобретением и

на фиг.3 показана блок-схема другого варианта осуществления способа обработки калиевой руды с целью восстановления хлорида калия из руды в соответствии с настоящим изобретением.

Как показано на фиг.1, подаваемый раствор 15 (обозначенный на блок-схеме как "выщелачивающий раствор"), имеющий температуру не выше 55°C, насыщенный или почти насыщенный хлоридом калия и хлоридом натрия, поступает в гидрофобную гидроизоляционную мембрану (обозначенную на блок-схеме как "стадия мембраной дистилляции"), посредством которой из раствора удаляют воду по мере прохождения раствора через мембрану.

Гидроизоляционной мембраной может являться любая применимая система, которая обеспечивает перенос воды из раствора посредством мембранной дистилляции или прямого или обратного осмоса.

Такой перенос воды не предусматривает испарение воды.

При удалении воды из раствора концентрация хлорида натрия в растворе повышается до более высокого уровня, чем предел растворимости хлорида натрия при такой температуре, в результате чего хлорид натрия выпадает в осадок из раствора.

Количество удаляемой воды регулируется таким образом, что концентрация хлорида калия в растворе предпочтительно не превышает предел растворимости хлорида калия при такой температуре. Соответственно, осуществление стадии регулируется таким образом, чтобы избирательно осаждать хлорид натрия, а не хлорид калия.

Выпадающее в осадок количество зависит от ряда факторов, включая начальную концентрацию хлорида натрия в растворе, температуру раствора, количество удаленной из раствора воды и время нахождения раствора в гидроизоляционной мембране.

Выпадение в осадок хлорида натрия можно по желанию регулировать с целью получения достаточно однородных по размеру и форме за счет использования так называемого процесса "мембранной кристаллизации", который возможен при использовании гидроизоляционных мембран этого типа.

В качестве альтернативы, выпадение в осадок может быть преимущественно нерегулируемым, если эти свойства не важны при последующем отделении и реализации хлорида натрия.

Раствор, содержащий выпавший в осадок хлорид натрия, из гидроизоляционной мембраны поступает в сепаратор твердой и жидкой фаз (обозначенный на блок-схеме как "стадия т/ж сепарации"), в котором выпавший в осадок хлорид натрия выделяют из раствора.

Сепаратором может являться любая применимая установка для разделения твердой и жидкой фаз.

Выпавший в осадок хлорид натрия, выделяющийся из сепаратора твердой и жидкой фаз, по мере необходимости подвергают дальнейшей переработке.

Остающийся раствор, выделяющийся из сепаратора твердой и жидкой фаз, перемещают в теплообменник (обозначенный на блок-схеме как "стадия охлаждающего и кристаллизующего теплообмена") и охлаждают по мере его прохождения через теплообменник, в результате чего растворимость хлорида калия в растворе снижается до уровня ниже уровня концентрации хлорида калия в растворе, и хлорид калия выпадает в осадок из раствора.

Теплообменник может иметь, например, стадию вакуумной дистилляции для удаления дополнительной воды и обеспечения некоторого охлаждения, хотя его степень и ограничена необходимостью избежать чрезмерного выпадения в осадок хлорида натрия, если оно приводит к загрязнению, снижающему ценность хлорида калия.

Теплообменником может являться любой применимый теплообменник.

Выпавший в осадок хлорид калия выделяют из раствора в расположенном ниже по потоку сепараторе твердой и жидкой фаз (обозначенном на блок-схеме как "стадия т/ж сепарации"), после чего восстановление хлорида калия из калиевой руды завершается.

Сепаратором может являться любая применимая установка для разделения твердой и жидкой фаз.

Выпавший в осадок хлорид калия по мере необходимости подвергают дальнейшей переработке.

Остающийся раствор, выделяющийся из сепаратора твердой и жидкой фаз, который еще содержит хлорид калия и хлорид натрия, хотя и более в низких концентрациях, чем исходный подаваемый расход, поступает в теплообменник (обозначенный на блок-схеме как "стадия нагревающего теплообмена"), в котором его нагревают. Теплообменником может являться любой применимый теплообменник. Преимущественно теплообменником является теплообменник, используемый для охлаждения описанного содержащего хлорид калия раствора, поступающего с 1-й стадии сепарации твердой и жидкой фаз стадия.

Затем по меньшей мере часть нагретого раствора подвергают рециркуляции в гидроизоляционной мембране и выгодно используют для поддержания температуры в гидроизоляционной мембране.

Основными задачами процесса являются необходимость поддерживать достаточно высокую температуру в гидроизоляционной мембране во избежание выпадения в осадок хлорида калия и сведение к минимуму общего потребления энергии.

На фиг.2 проиллюстрирована преимущественно такая же блок-схема, как на фиг.1.

Основные различия между блок-схемами рассмотрены далее.

1. Показанная на фиг.2 блок-схема рассчитана на более высокую рабочую температуру подаваемого раствора, вплоть до 75°C.

2. За счет более высокой температуры подаваемого раствора можно выделять больше хлорида калия, 60% против 50%.

3. За счет более высокой температуры подаваемого раствора рециркулируемый раствор, остающейся после стадии отделения хлорида калия, может иметь более высокую температуру, и можно использовать теплоту раствора для нагрева подаваемого раствора. На блок-схеме, проиллюстрированной на фиг.2, это отображено рециркуляционной линией, по которой по меньшей мере часть оборотного раствора поступает на стадию нагрева выше по потоку гидроизоляционной мембраны.

На фиг.3 проиллюстрирована преимущественно такая же блок-схема, как на фиг.1.

Основным различием между двумя блок-схемами является то, что на фиг.3 нагретый раствор, остающийся после стадии отделения хлорида калия и последующей стадии теплообмена, поступает во вторую гидроизоляционную мембрану (обозначенную на фиг.3 как "обратный осмос"), а дополнительную воду, обычно 33%, удаляют из раствора в гидроизоляционной мембране.

Эта стадия обратного осмоса стадия возможна, поскольку оба раствора изначально имеют одинаковую концентрацию солей и, следовательно, осмотическое давление, и, хотя это осмотическое давление довольно высоко и превышает давление, при котором можно было бы переносить воду в поток чистой воды, как это делается в процессах опреснения, давление, необходимое для переноса воды из одного раствора в другой, не является избыточным, когда оба раствора имеют значительные уровни содержания солей, пока из раствора не будет перенесена значительная доля воды, как это происходит в первой гидроизоляционной мембране ("дистилляционной мембране").

В описанные варианты осуществления настоящего изобретения может быть внесено множество изменений, не выходящих за пределы сущности и объема изобретения.

Например, хотя в описанных вариантах осуществления используются подаваемые растворы, температура который составляет от 50 до 75°С, настоящее изобретение не ограничено этим диапазоном температур, и в нем могут использоваться подаваемые растворы с любыми применимыми температурами.

В качестве другого примера, хотя в описанных вариантах осуществления достигается восстановление 50 и 60% хлорида калия, настоящее изобретение не ограничено этими показателями восстановления.

Изобретение может быть использовано при обработке руд, содержащих калиевые минералы. Способ отделения хлорида калия и хлорида натрия включает (а) получение раствора этих солей, нагретого, по меньшей мере, до 50°С, (б) удаление воды из полученного раствора методом мембранной дистилляции с использованием гидроизоляционной мембраны и путем осаждения хлорида натрия, (в) отделение выпавшего в осадок хлорида натрия из раствора, (г) охлаждение раствора с осаждением хлорида калия, (д) отделение хлорида калия из раствора. Раствор, остающийся после стадии (д), нагревают путем теплообмена с раствором, подаваемым на стадию (г), и рециркулируют. По другому варианту раствор, остающийся после стадии (д), объединяют с водой, удаленной на стадии (б), нагревают и используют на стадии (а). Изобретение позволяет не удалять воду полностью из технологических потоков, предотвращая ее потери, и обеспечить извлечение не менее 50-60% хлорида калия. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ отделения хлорида калия и хлорида натрия из нагретого раствора этих солей, содержащий стадии, на которых:
(а) получают нагретый раствор, содержащий хлорид калия и хлорид натрия,
(б) пропускают раствор через гидроизоляционную мембрану и удаляют воду из раствора, тем самым повышая концентрацию хлорида натрия в растворе до уровня, превышающего растворимость соли при температуре раствора, и осуществляя осаждение хлорида натрия из раствора,
(в) отделяют выпавший в осадок хлорид натрия из раствора,
(г) охлаждают раствор и тем самым снижают растворимость хлорида калия до уровня ниже уровня концентрации хлорида калия в растворе, и тем самым осуществляют осаждение хлорида калия из раствора, и
(д) отделяют хлорид калия из раствора.

2. Способ по п.1, в котором стадия (а) получения нагретого раствора, содержащего хлорид калия и хлорид натрия, включает получение раствора посредством растворения на поверхности добытой калиевой руды или посредством добычи растворением, в ходе которой в калиевое рудное тело нагнетают нагретую воду или нагретый раствор, не насыщенный хлоридом калия и хлоридом натрия, и растворяют руду под землей.

3. Способ по п.1, в котором стадия (а) включает получение раствора, температура которого составляет, по меньшей мере, 50°С.

4. Способ по п.3, в котором стадия (а) включает получение раствора, температура которого составляет, по меньшей мере, 60°С.

5. Способ по п.1, в котором стадия (а) включает получение раствора, температура которого составляет менее 90°С.

6. Способ по п.5, в котором стадия (а) включает получение раствора, температура которого составляет менее 80°С.

7. Способ по п.1, в котором раствор, остающийся после стадии (д) отделения хлорида калия, подвергают рециркуляции.

8. Способ по п.7, в котором остающийся раствор нагревают до рециркуляции раствора.

9. Способ по п.7, в котором остающийся раствор нагревают до рециркуляции раствора путем теплообмена с раствором, подаваемым на стадию (г), и тем самым охлаждают раствор для осаждения хлорида калия.

10. Способ по п.1, в котором объединяют (i) раствор, остающийся после стадии (д) отделения хлорида калия, и (ii) воду, удаленную из раствора на стадии (б), нагревают объединенный раствор и используют нагретый объединенный раствор на стадии (а), чтобы получить нагретый раствор, содержащий хлорид калия и хлорид натрия.

11. Способ отделения хлорида калия и хлорида натрия из нагретого раствора этих солей, включающий стадии: (а) отделения воды из нагретого раствора, содержащего хлорид калия и хлорид натрия, с использованием гидроизоляционной мембраны и стадии (б) последующего охлаждения раствора, выделяющегося из гидроизоляционной мембраны, при этом стадии (а) и (б) позволяют избирательно восстанавливать хлорид калия и хлорид натрия из раствора.

12. Способ по п.11, дополнительно включающий избирательное отделение хлорида калия и хлорида натрия из раствора.