Способ селективного извлечения хлорида калия и хлорида натрия из водных рассолов сильвинитовых пород Российский патент 2024 года по МПК C01D3/08 C01D3/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технологии получения хлоридов калия и натрия из калий-натрий содержащего сырья и может быть использовано на сильвинитовых обогатительных фабриках при производстве хлористого калия и хлорида натрия.

Уровень техники

Известен способ получения хлорида калия и натрия из сильвинита (А.с. СССР 1837586, кл. МПК C01D 3/08, дата публ. 10.03.1997), включающий растворение сильвинита в смеси маточного раствора с промывными водами с получением горячего раствора до степени насыщения по хлориду калия 45-70%, раствор охлаждают до 40-70С, кристаллизуют хлорид натрия, выделяют его, а образовавшийся осветленный раствор охлаждают до кристаллизации хлорида калия.

Известен способ и реактор для извлечения хлорида натрия и хлорида калия из полиминеральных источников (патент РФ №2669622, кл. МПК C01D 3/08, дата публ. 12.10.2018), включающий подачу размолотого полиминерального источника в верхнюю зону вертикального трехзонного реактора, заполненную раствором, насыщенным по хлориду натрия и хлориду калия. Проводят перекристаллизацию хлорида натрия в дигидрат хлорида натрия и отделение кристаллов дигидрата хлорида натрия от кристаллов хлорида калия посредством флотации. Кристаллы дигидрата хлорида натрия при этом опускаются в среднюю зону реактора. Далее проводят многоступенчатую классификацию кристаллов дигидрата хлорида натрия по размеру с помощью восходящего потока жидкой фазы и их одновременную многоступенчатую противоточную промывку. Промытые кристаллы дигидрата хлорида натрия поступают в нижнюю часть реактора. Затем проводят перекристаллизацию промытых кристаллов дигидрата хлорида натрия в безводный хлорид натрия в нижней зоне указанного реактора, заполненной раствором, насыщенным по хлориду натрия.

Известен способ получения хлоридов калия и натрия из калий-натрий содержащего сырья (патент РФ №2792270, кл. МПК C01D 3/04, C01D 3/08, дата публ.21.03.2023), включающий выпаривание сильвинитовых растворов до насыщения по хлориду калия с отделением кристаллизующегося в процессе выпаривания хлорида натрия до получения 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.

Известен метод кристаллизации из двухслойного раствора: этиловый спирт - водный солевой раствор (Известия Томского Политехнического института им. С.М. Кирова, т. 264, стр. 34-40, 1976 г., автор А.М. Кузьмин),описывающий процесс высаливания солей из растворов в присутствии спирта. Сущность метода состоит в том, что к водному, насыщенному веществом, раствору прибавляют безводный этиловый спирт, который смешивается с водой в любых количествах, и почти не растворяет солей, что приводит к перенасыщению и росту кристаллов высаливаемого вещества. Экспериментальные исследования роста кристаллов проводились с солями KCl, KBr, NCl и др.

Наиболее близким по достигаемому техническому результату является способ переработки сильвинитовых рассолов от скважинной разработки сильвинитовых месторождений (патент СССР №1454957, кл. МПК Е21В 43/28, дата публ.30.01.1989), включающий обработку рассолов органическим высаливающим агентом, последовательное выделение хлорида калия и хлорида натрия, промывку осадков хлорида калия и хлорида натрия, отделение маточного рассола, удаление из него высаливающего агента, регенерацию высаливающего агента и подготовку маточного раствора для возвращения в скважину. Обработку рассолов высаливающим агентом ведут при температуре выше 50°С до температуры кипения системы «сильвинитовый рассол - высаливающий агент» до выделения хлорида натрия в осадок. Хлорид калия выделяют переводом его в осадок путем охлаждения раствора, оставшегося после выделения хлорида натрия, а при подготовке маточного раствора смешивают его с водой после промывки осадков калия и натрия.

Недостатком данного способа является использование повышенных температур в процессе извлечения хлоридов, что увеличивает энергетически затраты на реализацию технологии.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом способа селективного извлечения хлорида натрия и хлорида калия является снижение степени минерализации водных рассолов сильвинитовых пород.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что способ селективного извлечения хлорида калия и хлорида натрия из водных рассолов сильнитовых пород осуществляют с использованием установки, включающей входной, промежуточный и выходной гидроциклоны, входной, промежуточный и выходной смесители, гранулятор хлорида калия и гранулятор хлорида натрия, при этом, во входной смеситель подают маточный водный рассол и, одновременно, реагент-изопропиловый спирт, смешивают, отстаивают, после чего направляют образовавшуюся смесь на входной гидроциклон, из которого удаляют тяжелые примеси карбонатов сильвинитовой породы, после чего полученную во входном гидроциклоне смесь водного рассола и реагента направляют в промежуточный смеситель, при этом, в промежуточный смеситель дополнительно подают реагент, смешивают, отстаивают, после чего полученную смесь направляют на вход промежуточного гидроциклона, из которого влажный состав хлорида калия направляют в гранулятор хлорида калия, при этом, оставшуюся в промежуточном гидроциклоне смесь «промежуточная смесь водного рассола/реагент» направляют в выходной смеситель, в который также подают реагент, смешивают и отстаивают, после чего готовую смесь подают в выходной гидроциклон, из которого влажный хлорид натрия направляют в гранулятор хлорида натрия, при этом, во входном смесителе выдерживают соотношение «маточный водный рассол-реагент» в пределах 90/10, в промежуточном смесителе выдерживают соотношение «промежуточная смесь водного рассола - реагент» в пределах 50/50, в выходном смесителе выдерживают соотношение «промежуточная смесь водного рассола - реагент» в пределах 10/90, при этом смешивание водного рассола и реагента производят при температуре порядка 25-30°С.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлена технологическая схема селективного извлечения хлорида калия и хлорида натрия из водных рассолов сильвинитовых пород.

Осуществление изобретения

Принцип действия способа селективного извлечения хлорида калия и хлорида натрия из водных рассолов сильвинитовых пород основан на том, что спиртосодержащий реагент, в данном случае, изопропиловый спирт (далее-реагент), в любых количествах хорошо смешивается с водой, при этом он не растворяет солевые соединения сильвинитовых пород. После обезвоживания таким образом, маточный водный солевой раствор становится перенасыщенным, что способствует образованию зародышей и росту кристаллов солей, выпадающих в твердый осадок, что и приводит к снижению минерализации водных рассолов сильнивинитовых пород.

Процесс селективного извлечения хлорида калия и хлорида натрия проверен в лабораторных условиях. Результат влияния объемной доли реагента на снижение минерализации водного рассола сильвинитовой породы представлен в Таблице 1.

Так, при доле реагента до 10% содержание хлоридов после обработки не изменяется, при этом из воды удаляют нерастворимые карбонатные соединения. Данный результат принят для промышленного процесса как первый этап разделения сильвинитовых руд. Увеличение доли реагента до 50% приводит к выпадению осадка с преимущественным содержанием хлорида калия, при этом остаточная минерализация составялет 170 кг/м3. Данный опыт принят для второго этапа разделения сильвинитовых пород. Полное выделение хлоридов проводят при увеличении доли реагента в растворе до 90%, содержание хлоридов составило 10 кг/м3, при этом массовое содержание хлорида калия составило 54%, хлорида натрия 46%.

Таким образом, увеличение процента реагента при обработке водного соляного рассола сильвинитовых пород позволяет повысить их степень очистки, приводя к снижению их минерализации.

Процесс разделения сильвинитовых руд базируется на разной растворимости и химической активности солей хлоридов калия и натрия при определенной температуре. Исходя из этого, способ селективного извлечения хлорида натрия и хлорида калия из водных рассолов сильвинитовой породы реализуют в несколько этапов с использованием установки селективного извлечения хлорида калия и хлорида натрия.

Для реализации способа селективного извлечения хлорида калия и хлорида натрия используют установку, включающую трубопровод 1 подвода маточного водного рассола (Фиг. 1), базовую магистраль 2 подачи реагента, соединенные гидравлически с входным смесителем 3 установки. По трубопроводу 4 полученную смесь маточного рассола и реагента направляют на входной гидроциклон 5, работающий на основе единовременного воздействия на жидкость центробежной силы и гравитации. Под воздействием силы тяжести, более тяжелые примеси карбонатов сильвинитовой породы оседают в нижней части входного гидроциклона 5, после чего по трубопроводу 6 их удаляют в шламохранилище (на рисунке не показано).

Для реализации следующего этапа, полученную в гидроциклоне 5 промежуточную смесь направляют по трубопроводу 7 в промежуточный смеситель 8, имеющий объем, не менее чем в 2 раза превышающий объем входного смесителя 3. По трубопроводу 9 в промежуточный смеситель 8 дополнительно подают реагент из базовой магистрали 2. Полученную смесь по трубопроводу 10 направляют на вход промежуточного гидроциклона 11, после которого влажный состав хлорида калия направляют по трубопроводу 12 в гранулятор KCl 13 с сухими валками, где мелкозернистый твердый материал с влажностью менее 5% сжимают, гранулируют, прессуют, после чего направляют в накопитель готовой продукции KCl (на рисунке не показан).

Для реализации очередного этапа техпроцесса, оставшуюся в промежуточном гидроциклоне 11 смесь по трубопроводу 14 направляют в выходной смеситель 15, имеющий объем, не менее чем в 2 раз больший промежуточного смесителя 9. На вход выходного смесителя 15, по трубопроводу 16, также подают чистый реагент из базовой магистрали 2. После проведения процесса смешения в выходном смесителе 15, готовую смесь по трубопроводу 17 подают в выходной гидроциклон 18, из которого влажный хлорид натрия, по трубопроводу 19, направляют в гранулятор 20, в котором полученный продукт сжимают, гранулируют, прессуют, после чего направляют в накопитель готовой продукции NaCl.

После проведения последнего этапа селективного извлечения хлоридов калия и натрия, оставшийся реагент из гранулятора 13 хлорида калия, гранулятора 20 хлорида натрия, гидроциклона 18 собирают в емкость 21, выделяют из него воду, и возвращают реагент в базовую магистраль 2.

Способ с использованием установки реализуют следующим образом:

В реализации способа селективного извлечения хлорида калия и хлорида натрия использован маточный водный рассол сильвинитовой породы, имеющий состав, приведенный в п. 1 Таблицы 1.

На начальном этапе селективного извлечения хлоридов, по трубопроводу 1 во входной смеситель 3 объемом не менее 50 м³ подают маточный рассол температурой 25-30°С, с расходом порядка 44,5 м³/ч, в который одновременно, по базовой магистрали 2, подают реагент - изопропиловый спирт температурой в пределах 25-30°С с расходом порядка 4,9 м³/ч, выдерживая соотношение «маточный рассол-реагент» в пределах 90/10. После налива, реакции и слива в течение порядка 1,5 час, направляют образовавшуюся смесь маточного рассола и реагента по трубопроводу 4 во входной гидроциклон 5 производительностью порядка 100 м³/ч, принцип действия которого основан на единовременном воздействии на жидкость центробежной силы и гравитации. Под воздействием силы тяжести, более тяжелые примеси карбонатов сильвинитовой породы, находящиеся в воде, оседают в нижней части входного гидроциклона 5, после чего по трубопроводу 6 их удаляют в шламохранилище (на рисунке не показано).

На следующем этапе селективного извлечения хлоридов, полученную во входном гидроциклоне 5 10% смесь водного рассола и реагента с расходом порядка 49,5 м³/ч направляют по трубопроводу 7 в промежуточный смеситель 8, имеющий объем не менее 100 м³. По трубопроводу 9 в промежуточный смеситель 8 дополнительно подают реагент с расходом порядка 38,1 м³/ч, выдерживая соотношение «промежуточная смесь - реагент» в пределах 50/50. После налива, реакции и слива в течение порядка 1,5 час, полученную смесь по трубопроводу. 10 направляют на вход промежуточного гидроциклона 11 с расходом порядка 180 м³/ч, после которого влажный состав хлорида калия с расчетным расходом порядка 6,6 т/час направляют по трубопроводу 12 в гранулятор KCl 13 производительностью до 8 тонн, где мелкозернистый твердый материал с влажностью менее 5% сжимают, гранулируют, прессуют, после чего направляют в накопитель готовой продукции KCl (на рисунке не показан).

Для реализации третьего этапа техпроцесса извлечения хлоридов, оставшуюся в промежуточном гидроциклоне 11 50% промежуточную смесь водо-соляного рассола и реагента с расходом порядка 86,1 м³/ч, по трубопроводу 14 направляют в выходной смеситель 15, имеющий объем порядка 500 м³. На вход выходного смесителя 15, по трубопроводу 16, также подают реагент, выдерживая соотношение «промежуточная смесь - реагент» в пределах 10/90. После налива, реакции и слива в течение порядка 1,5 час в выходном смесителе 15, готовую смесь направляют по трубопроводу 17 и подают в выходной гидроциклон 18 с расходом 800 м³/час, из которого влажный хлорид натрия, по трубопроводу 19, направляют в гранулятор NaCl 20 с расчетной производительностью до 32 тонн, в котором полученный продукт сжимают, гранулируют, прессуют, после чего направляют в накопитель готовой продукции NaCl.

После проведения последнего этапа селективного извлечения хлоридов калия и натрия, оставшийся реагент из гранулятора 13 хлорида калия, гранулятора 20 хлорида натрия, гидроциклона 18 собирают в емкость 21, выделяют из него воду, и возвращают реагент в основную магистраль 2. Из емкости 21 выделившуюся воду направляют в сборные емкости для проведения очистки и повторного использования в процессе деминерализации.

Изобретение относится к селективному извлечению хлорида калия и хлорида натрия из водных рассолов сильнитовых пород. Используют установку, включающую входной, промежуточный и выходной гидроциклоны, входной, промежуточный и выходной смесители, грануляторы хлорида калия и хлорида натрия. Во входной смеситель одновременно подают маточный водный рассол и реагент - изопропиловый спирт в соотношении 90/10, смешивают, отстаивают, после чего направляют образовавшуюся смесь на входной гидроциклон, из которого удаляют тяжелые примеси карбонатов сильвинитовой породы. Полученную во входном гидроциклоне смесь водного рассола и реагента направляют в промежуточный смеситель, при этом в промежуточный смеситель дополнительно подают реагент в соотношении 50/50, смешивают, отстаивают, после чего полученную смесь направляют на вход промежуточного гидроциклона, из которого влажный состав хлорида калия направляют в гранулятор хлорида калия. Оставшуюся в промежуточном гидроциклоне промежуточную смесь водного рассола с реагентом направляют в выходной смеситель, в который также подают реагент в соотношении 10/90, смешивают и отстаивают, после чего готовую смесь подают в выходной гидроциклон, из которого влажный хлорид натрия направляют в гранулятор хлорида натрия. Смешивание водного рассола и реагента производят при температуре 25-30°С. 1 ил., 1 табл.

Способ селективного извлечения хлорида калия и хлорида натрия из водных рассолов сильвинитовых пород, включающий использование установки, содержащей входной, промежуточный и выходной гидроциклоны, входной, промежуточный и выходной смесители, гранулятор хлорида калия и гранулятор хлорида натрия, при этом во входной смеситель одновременно подают маточный водный рассол и реагент - изопропиловый спирт, смешивают, отстаивают, после чего направляют образовавшуюся смесь на входной гидроциклон, в котором удаляют тяжелые примеси карбонатов сильвинитовой породы, после чего полученную во входном гидроциклоне смесь водного рассола и реагента направляют в промежуточный смеситель, в промежуточный смеситель дополнительно подают упомянутый реагент, смешивают, отстаивают, после чего полученную смесь направляют на вход промежуточного гидроциклона, из которого влажный состав хлорида калия направляют в гранулятор хлорида калия, оставшуюся в промежуточном гидроциклоне промежуточную смесь водного рассола с упомянутым реагентом направляют в выходной смеситель, в который также подают упомянутый реагент, смешивают и отстаивают, после чего готовую смесь подают в выходной гидроциклон, из которого влажный хлорид натрия направляют в гранулятор хлорида натрия, отличающийся тем, что во входном смесителе выдерживают соотношение маточного водного рассола к реагенту в пределах 90/10, в промежуточном смесителе выдерживают соотношение промежуточной смеси водного рассола к реагенту в пределах 50/50, в выходном смесителе выдерживают соотношение промежуточной смеси водного рассола к реагенту в пределах 10/90, причем смешивание водного рассола и реагента производят при температуре порядка 25-30°С.