СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИДОВ КАЛИЯ И НАТРИЯ ИЗ КАЛИЙ-НАТРИЙСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ Российский патент 2023 года по МПК C01D3/04 C01D3/08 B01D9/00 

Изобретение относится к технологии получения хлоридов калия и натрия и может быть использовано на сильвинитовых обогатительных фабриках при производстве хлористого калия галургическим методом.

Сырьем для производства хлористого калия являются сильвинитовые руды, содержащие от 20% до 40% хлорида калия; основным компонентом сильвинитовых руд является хлорид натрия.

Известен способ получения хлоридов калия и натрия из сильвинита, включающий его растворение в смеси маточного раствора с промывными водами с получением раствора с температурой 90-100°С до степени насыщения раствора по хлориду калия 45-70%, охлаждение раствора до 40-70°С с кристаллизацией хлорида натрия, выделением последнего из полученной суспензии с образованием осветленного раствора, который охлаждают для кристаллизации хлорида калия (SU 1837586 A1, C01D 3/08, 10.03.1997).

В соответствии с примером 1 осуществления известного способа при растворении 100 кг сильвинита, содержащего 24,5% KCl и 70,9% NaCl, получают 590 кг (~486 м³) раствора с температурой 100°С и степенью насыщения по KCl 57%, при охлаждении которого до 55°С получают 23 кг продукционного хлорида натрия, содержащего 99,1% NaCl; при дальнейшем охлаждении до 25°С получают 24 кг продукционного хлорида калия, содержащего 98,5% KCl.

В соответствии с заявленным способом переработки природного сырья - сильвинитовой руды - выход продукционного хлорида калия можно оценить, как достаточно низкий - 49,4 кг с 1 м³ раствора, что обусловлено недостаточной степенью насыщения раствора по KCl (45-70%), поступающего на охлаждение.

Кроме того, при осуществлении данного способа образуются отходы производства - галитовый отвал и глинисто-солевой шлам.

В целях снижения расхода руды для получения хлоридов калия и натрия вместо сильвинитовых руд используют другие виды калий-натрийсодержащего сырья.

Известен способ извлечения хлористого калия из калий-натрийсодержащего сырья, представляющего собой отходы и промежуточные продукты флотационного обогащения сильвинитовых руд, включающий выщелачивание сырья при 100-105°С, осветление суспензии, выпаривание осветленного раствора с отделением из раствора выделившегося хлорида натрия, выделение продукта из раствора кристаллизацией, отделение его от маточного раствора и возврат последнего на стадию выщелачивания, причем предварительно маточный раствор обрабатывают сырьем и нагревают (SU 806605 A1, C01D 3/04, 23.02.1981 - прототип).

В соответствии с примером 1 осуществления данного способа на переработку поступает 1 т твердой фазы, имеющая состав, масс. доля, %: KCl - 27,0; NaCl - 53,0; н.о. (нерастворимый остаток) -20,0 в виде суспензии, имеющей состав жидкой фазы, масс. доля, %: KCl - 10,65; NaCl - 19,49; H₂O - 69,86. В результате переработки исходного сырья в соответствии со способом, предложенном в прототипе получают 0,04 т продукционного хлористого натрия, 0,253 т хлористого калия с содержанием KCl 96,2% (в пересчете на сухое вещество), а также 0,96 т промытой и уплотненной суспензии, имеющей состав, масс. доля, %: KCl - 2,75; NaCl - 49,68; н.о. -20,77; Н₂О - 26,80, которая выводится из процесса.

Таким образом, при переработке 1 т твердой фазы исходного калий-натрийсодержащего сырья получают 0,96 т отходов производства в виде уплотненной суспензии глинисто-солевого шлама. Кроме указанного недостатка необходимо отметить невысокое извлечение KCl (в соответствии с приведенным примером - 90,2%).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение селективности разделения сырья, обеспечение комплексной безотходной технологии переработки сильвинитовых растворов различного происхождения с получением хлоридов калия и натрия в виде товарных продуктов - галургического хлористого калия и поваренной соли, составы которых отвечают требования нормативной документации.

Технический результат достигается за счет того, что в способе получения хлоридов калия и натрия из калий-натрийсодержащего сырья, включающем выпаривание растворов до насыщения по хлориду калия, отделение кристаллизующегося в процессе выпаривания хлорида натрия с получением поваренной соли, охлаждение горячего насыщенного по хлориду калия раствора на вакуум-кристаллизационной установке с отделением хлорида калия, нагревание сильвинитового маточного раствора, в соответствии с изобретением нагретый сильвинитовый маточный раствор выпаривают в режиме прямотока греющему пару с отделением суспензии для получения искусственного сильвинита, а оставшийся оборотный раствор объединяют с нагретым сильвинитовым маточным раствором.

Нагревание сильвинитового маточного раствора осуществляют рекуперацией тепла растворного пара вакуум-кристаллизационной установки.

В качестве калий-натрийсодержащего сырья могут быть использованы избыточные растворы сильвинитовых обогатительных фабрик, представляющие собой отходы производства; рассолы со шламохранилищ сильвинитовых обогатительных фабрик и рассолы подземного выщелачивания сильвинитовых руд.

В режиме прямотока раствор, подлежащий выпариванию, поступает в тот же корпус многокорпусной вакуум-выпарной установки, что и греющий пар, и далее вместе с кристаллизующейся твердой фазой последовательно проходит корпуса вакуум-выпарной установки, начиная от наиболее «горячего», работающего под избыточным давление, до наиболее «холодного», работающего под вакуумом, при этом температура образующейся суспензии понижается, а концентрация повышается. Продукционная суспензия разгружается из последнего корпуса, работающего под вакуумом, при температуре рабочей среды 50-65°С и может быть направлена для обезвоживания с получением целевого продукта на традиционном оборудовании - фильтрах или центрифугах. В соответствии с предлагаемым способом образующийся при этом маточный раствор, включающий фильтраты (фугаты), возвращается в начало процесса выпаривания.

При реализации предлагаемой схемы переработки сильвинитовых растворов различного происхождения (избыточные растворы сильвинитовых обогатительных фабрик, представляющие собой отходы производства; рассолы со шламохранилищ, растворы подземного выщелачивания сильвинитовых руд) отсутствуют твердые и жидкие отходы. Предлагаемая технология является безотходной и позволяет получать наряду с двумя товарными продуктами - поваренной солью высших сортов и галургическим хлористым калием с содержанием основного вещества 95-99% - также искусственный сильвинит, являющий сырьем для производства хлористого калия по традиционным флотационной, либо галургической схеме. Извлечение полезных компонентов KCl и NaCl из сильвинитовых рассолов составляет при этом 100%. Использование искусственного сильвинита наряду с рудой на действующих обогатительных фабриках позволит снизить расход руды для производства продукции.

Способ осуществляют следующим образом.

Сильвинитовые растворы подаются на вакуум-выпарную установку в режиме противотока греющему пару. Выпаривание раствора, в процессе которого в твердую фазу кристаллизуется хлорид натрия, осуществляется до насыщения по хлориду калия (степень насыщения жидкой фазы по KCl от 95% до 98%). Критерием является массовая доля KCl в суспензии, образующейся в процессе выпаривания воды из растворов, которая должна составлять от 18% до 19,5%.

Суспензию хлорида натрия в насыщенном по KCl растворе отделяют путем сгущения и фильтрации; образующийся осадок соли промывают водой при фильтрации и сушат с получением поваренной соли высших сортов.

Насыщенный по KCl раствор с температурой 95-99°С охлаждают на вакуум-кристаллизационной установке (ВКУ); при этом в твердую фазу кристаллизуется хлорид калия. Процесс охлаждения насыщенного раствора на ВКУ сопровождается испарением воды; для предотвращения кристаллизации в твердую фазу избыточного количества хлорида натрия на стадию вакуум-кристаллизации подают воду. Образующуюся суспензию хлорида калия разделяют путем сгущения и фильтрации. Кристаллизат сушат с получением хлористого калия с содержанием основного вещества 95-99%. Качество хлористого калия определяется расходом воды на стадию вакуум-кристаллизации. Маточный раствор после отделения кристаллизата хлорида калия нагревают до 60-75°С рекуперацией тепла растворного пара, образующегося при испарении воды под вакуумом.

Далее сильвинитовый маточный раствор направляют на повторную стадию выпаривания, предварительно объединив его с оставшимся после повторного выпаривания оборотным раствором. Выпаривание осуществляют на вакуум-выпарной установке в режиме прямотока греющему пару. В процессе выпаривания в твердую фазу будут кристаллизоваться хлориды калия и натрия, а также сульфат кальция. Суспензию из последнего корпуса вакуум-выпарной установки с температурой 50-65°С разделяют путем сгущения и фильтрации с получением искусственного сильвинита, который может быть использован для производства хлористого калия по флотационной, либо галургической схеме на действующих обогатительных сильвинитовых фабриках наряду с рудой.

Оборотный раствор после отделения искусственного сильвинита, насыщенный по KCl и NaCl, объединяют с нагретым сильвинитовым маточным раствором и возвращают на вторую стадию выпаривания. Повторная стадия выпаривания осуществляется в режиме так называемой «выпарки досуха».

Пример осуществления способа.

100 т сильвинитового раствора (85 м³), имеющего состав, %, массовая доля: KCl - 11,20; NaCl - 12,70; MgCl₂ - 0,20; CaCl₂ - 0,18; CaSO₄ - 0,23; H₂O - 75,49, выпаривают на вакуум-выпарной установке в режиме противотока греющему пара; при этом испаряется 41,520 т воды, в твердую фазу кристаллизуется 3,594 т NaCl. Массовая доля KCl в образующейся суспензии составляет 19,15%; степень насыщения жидкой фазы суспензии по KCl 95,5%; температура суспензии 99°С.

Суспензию хлорида натрия в насыщенном по KCl растворе сгущают в сгустителях, сгущенную суспензию фильтруют; образующийся осадок промывают 0,471 т воды. Продукт с влажностью 8% после фильтрации и промывки сушат с получением 3,407 т поваренной соли, имеющей состав, %, массовая доля: KCl - 0,64; NaCl - 99,23; MgCl₂ - 0,01; CaCl₂ - 0,01; CaSO₄ - 0,01; H₂O - 0,10. При сушке испаряется 0,293 т воды.

Слив сгустителей, фильтрат и промывные воды объединяют с получением 55,251 т раствора, имеющего температуру 95°С, к которому добавляют 3,443 т воды и направляют на стадию вакуум-кристаллизации. Охлаждение осуществляется до температуры 25°С; в процессе охлаждения испаряется 4,780 т воды и кристаллизуется 6,062 т твердой фазы, имеющий состав, %, массовая доля: KCl - 99,90; NaCl - 0,10.

Продукционную суспензию сгущают в гидроциклонах и обезвоживают на центрифугах до влажности 4%. Кристаллизат сушат с получением 5,877 т хлористого калия, имеющего состав, %, массовая доля: KCl - 98,54; NaCl - 1,28; MgCl₂ - 0,03; CaCl₂ - 0,02; CaSO₄ - 0,03; H₂O - 0,10. При сушке испаряется 0,239 т воды.

Выход продукционного хлористого калия составляет 69,1 кг с 1 м³ рассола, что в ~1,4 раз выше, чем в известном аналоге - 49,4 кг при такой же конечной температуре охлаждения 25°С.

Слив гидроциклонов и фугат центрифуг объединяют с маточным раствором и направляют для рекуперации тепла растворного пара вакуум-кристаллизационной установки. В процессе рекуперации тепла маточный раствор нагревается до 75°С.

47,798 т сильвинитового маточного раствора объединяют с 54,295 т оборотного раствора (слив гидроциклонов и фильтрат) и направляют для повторного выпаривания на вакуум-выпарную установку в режиме прямотока греющему пару. В процессе выпаривания испаряется 31,238 т воды и кристаллизуется 15,563 т твердой фазы, имеющей состав, %, массовая доля: KCl - 35,79; NaCl - 62,72; CaSO₄ - 1,49. Получаемую суспензию сгущают в гидроциклонах и фильтруют с получением 16,560 т искусственного сильвинита, имеющего состав, %, массовая доля: KCl - 32,53; NaCl - 55,82; MgCl₂ - 1,20; CaCl₂ - 1,08; CaSO₄ - 1,37; H₂O - 8,00.

Слив гидроциклонов и фильтрат в количестве 54,295 т возвращают на повторное выпаривание, объединив с 47,798 т сильвинитового маточного раствора.

Изобретение относится к технологии получения хлоридов калия и натрия из калий-натрийсодержащего сырья и может быть использовано на сильвинитовых обогатительных фабриках при производстве хлористого калия галургическим методом. Способ включает выпаривание сильвинитовых растворов до насыщения по хлориду калия с отделением кристаллизующегося в процессе выпаривания хлорида натрия для получением поваренной соли. Горячий насыщенный по хлориду калия раствор охлаждают на вакуум-кристаллизационной установке с отделением хлорида калия. Нагретый сильвинитовый маточный раствор выпаривают в режиме прямотока греющему пару с отделением суспензии для получения искусственного сильвинита. Оставшийся оборотный раствор объединяют с нагретым сильвинитовым маточным раствором. Способ обеспечивает комплексную безотходную переработку сильвинитовых растворов различного происхождения с получением хлоридов калия и натрия в виде товарных продуктов, а также искусственного сильвинита. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ получения хлоридов калия и натрия из калий-натрийсодержащего сырья, включающий выпаривание сильвинитовых растворов до насыщения по хлориду калия, отделение кристаллизующегося в процессе выпаривания хлорида натрия с получением поваренной соли, охлаждение горячего насыщенного по хлориду калия раствора на вакуум-кристаллизационной установке с отделением хлорида калия, нагревание сильвинитового маточного раствора, отличающийся тем, что нагретый сильвинитовый маточный раствор выпаривают в режиме прямотока греющему пару с отделением суспензии для получения искусственного сильвинита, а оставшийся оборотный раствор объединяют с нагретым сильвинитовым маточным раствором.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагревание сильвинитового маточного раствора осуществляют рекуперацией тепла растворного пара вакуум-кристаллизационной установки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве калий-натрийсодержащего сырья могут быть использованы избыточные растворы сильвинитовых обогатительных фабрик, представляющие собой отходы производства, рассолы со шламохранилищ сильвинитовых обогатительных фабрик и рассолы подземного выщелачивания сильвинитовых руд.