Грабовенко производство бесхлорных калийных удобрений

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА КАЛИЯ ИЗ ПОЛИГАЛИТОВОЙ РУДЫ Российский патент 2015 года по МПК C01D5/00

Описание патента на изобретение RU2566414C1

Изобретение относится к технологии получения сульфата калия и может быть применено для промышленного использования и в сельском хозяйстве при производстве удобрений.

Известен способ получения сульфата калия из полигалита (а.с. №553212, МПК C01D 5/00, от 09.07.1973 г.) путем измельчения исходной руды до гранулометрического состава — 2+1 мм, отделения хлорида натрия от полигалита методом отсадки, основанным на разности удельных весов минералов (галит — 2,17, полигалит — 2,9). Хлорид натрия отделяют в виде твердого отхода до 65-90%, содержащегося в руде. Полигалит отмывают от оставшегося хлорида натрия водой или водой с добавкой шенитового маточного щелока. Полигалит затем фильтруют и прокаливают при температуре 480-500°С в течение 15-20 минут и растворяют противотоком водой и шенитовым щелоком. Полигалитовый щелок отделяют от нерастворимого остатка — гипса и подают на вакуум — кристаллизацию, из которого при охлаждении получают шенит. Шенит сушат. В результате получают продукт — калимагнезию (20-30% K₂O), другую часть перерабатывают на сульфат калия. Доля производства сульфата калия определяется исходя из условий получения шенита, в котором отношение MgSO₄ к K₂SO₄ равно 1-1,05. Способ усложнен двухстадийным процессом отмывки хлорида натрия от полигалита. При этом отмывают от хлорида в недостаточной степени и его присутствие (20%) не позволяет в дальнейшем получить кондиционированный продукт в виде сульфата калия, что значительно снижает степень извлечения сульфата калия из полигалитовой руды. Измельчение же полигалитовой руды до 0,2-1 мм энергоемко и затрудняет процесс отмывки хлорида натрия от полигалита.

В качестве прототипа выбран способ получения сульфата калия (В.А. Грабовенко, «Производство безхлорных калийных удобрений», Л.:«Химия», 1980 г., с. 170-177) как наиболее близкий по технической сущности, так и положительному эффекту.

Полигалитовую руду измельчают до 1,5-2 мм, отмывают холодной водой в течение 7-10 минут от галита. Соотношение руды к воде 1:0,42. Промытый полигалит прокаливают при 480-500°С в течение 10-15 минут. В процессе прокаливания он разлагается и образует твердый раствор калий-дикальций сульфата в лангбейните и ангидрит. После этого выщелачивают калийно-магниевые соли горячей (100°С) водой в течение 40-60 минут при интенсивном перемешивании. Затем фильтруют раствор, гипсовый осадок убирают. Далее полигалитовый щелок упаривают до суммы солей

25% и вводят хлорид калия в щелок в твердом виде, и реакцию компонентов смеси (конверсия сульфата магния с хлоридом калия) проводят при 98-100°С в течение 10 минут. Охлаждают щелок после конверсии до 55°С с кристаллизацией из него сульфата калия с примесью леонита. Содержание K₂O в продукте

50% и более. Но сульфатный щелок, остающийся после отделения сульфата калия, содержит большое количество калийно-магниевых солей.

Следовательно, способ малопроизводителен. Качество получаемого сульфата калия низкое. Выход готового продукта в виде сульфата калия сложен и процент извлечения из руды недостаточен из-за непроизводительного процесса извлечения.

Задачей и техническим решением изобретения является повышение качества и степени извлечения сульфата калия, полученного из полигалитовой руды, упрощение способа извлечения сульфата калия.

Результат технического решения достигается тем, что, как и в известном способе получения сульфата калия из полигалитовой руды, включающем измельчение полигалитовой руды, отмывание водой от галита, прокаливание в печи, охлаждение, выщелачивание водой прокаленного полигалита при 98-100°С, осаждение гипса и фильтрование его из раствора, к полученному фильтрату добавление хлорида калия для конвертирования при температуре 98-100°C сульфата магния с хлоридом калия, получение сульфата калия, его фильтрование и сушку, согласно изобретению полигалитовую руду измельчают до получения гранулометрического состава частиц размером 5-20 мм, промытый от галита полигалит прокаливают при температуре, равной 0,53-0,75 температуры (Т) плавления полигалита, затем измельчают полигалит до получения гранулометрического состава частиц размером 0,2-1,0 мм в воде, а после фильтрования гипса полученный фильтрат шенита смешивают с влажным шенитом для разложения, в образовавшийся раствор шенита добавляют раствор хлорида калия, конвертируемый раствор шенита упаривают до концентрации ионов Mg 2+ в жидкой фазе в пределах 6,8-7,2%.

Совпадающие признаки: измельчают полигалитовую руду; отмывают от галита, получая полигалит; прокаливают полигалит в течение 8-10 минут; выщелачивают водой прокаливаемый полигалит при 98-100°C, осаждают гипс; отфильтровывают его; оставляя фильтрат; добавляют хлорид калия к фильтрату в виде влажного шенита; конвертируют сульфат магния из влажного шенита с хлоридом калия; получают готовый продукт в виде влажного сульфата калия, который сушат.

Отличительные признаки: полигалитовую руду измельчают до получения гранулометрического состава частиц руды размером 5-20 мм; прокаливают полигалит при температуре, равной 0,53-0,75 Т плавления полигалита; после прокаливания охлажденный полигалит измельчают до получения гранулометрического состава частиц размером 0,2-1,0 мм; после фильтрации гипса фильтрат шенита смешивают с влажным шенитом для разложения; в раствор разложившегося шенита добавляют раствор хлорида калия; конвертированный раствор шенита упаривают до концентрации ионов Mg 2+ в жидкой фазе его в пределах 6,8-7,2%; полученную суспензию фильтруют с получением влажного сульфата калия.

Сопоставительный анализ заявляемого способа получения сульфата калия из полигалитовой руды по сравнению с прототипом показал, что заявляемый способ существенно отличается порядком выполнения операций (действий), фракционированием, гранулометрическим составом зерен при измельчении полигалитовой руды.

Полигалитовую руду вначале измельчают до гранулометрического состава частиц в пределах 5-20 мм, что обеспечивает получение при последующем растворении частиц в воде меньшей концентрации составляющих компонентов (хлорида натрия) в растворе, большей раскрываемости системы и большей управляемости возможностью оптимизировать остаточное содержание хлорида натрия в нем (1,5-2,5% NaCl — см. В.А. Грабовенко, «Производство безхлорных калийных удобрений», Л.: «Химия», 1980 г., с. 173) для кондиционного продукта при последующей переработке прокаленного полигалита и отсутствия повышенной концентрации растворенного гипса (по сравнению с прототипом, в котором руду измельчают до размера частиц, равного 1,5-2 мм, приводящего к получению высококонцентрированного раствора со значительно большей насыпной плотностью частиц в том же объеме раствора, большой концентрацией, соответственно, гипсовой составляющей, которая усложняет растворение измельченной руды и осаждение гипса, что приводит впоследствии к снижению выхода готового продукта — сульфата калия).

Прокаливают полигалит при температуре 0,53-0,75 Τ плавления полигалита, т.е. 320-450°С (вместо 0,8-0,9 Τ плавления полигалита, т.е. 480-550°С в прототипе), что позволяет уменьшить энергоемкость способа и мощность печного оборудования.

Гранулометрический состав полигалитовой руды, используемый в пределах 5-20 мм, позволяет уменьшить расход материала при измельчении перед отмывкой галита.

Измельчение руды фракций менее 5 мм увеличивает расход энергии, затрачиваемой на диспергирование, а больше 20 мм — увеличивает содержание галита в отмываемой от него руде до 10%, что приводит к повышению содержания хлора в сульфате калия до 3,1%, а в процессе прокаливания снижается степень разложения полигалита до 91% и, соответственно, возрастают потери калия.

Прокаливание полигалита при температуре менее 0,53 Τ плавления полигалита ( 450°С) экономически и энергетически нецелесообразно, т.к. качественно отмытый от галита полигалит имеет меньший объем прокаливаемой массы и процессу не мешают примеси, экранирующие, тормозящие этот процесс.

После прокаливания полигалит измельчают в воде до гранулометрического состава зерен в его массе в пределах 0,2-1,0 мм, обеспечивая дисперсность частиц, при которой повышается скорость и качество осаждения гипса при последующем выщелачивании полигалита в воде при 98-100°С, сопровождаемое интенсивным перемешиванием и, возможно, с созданием условий псевдоожижения его в воде.

Диспергирование после прокаливания не требует больших усилий измельчения, т.к. зерна пористы и имеют слабую адгезионную и когезионную связи между собой.

За пределами заявленного диапазона гранулометрического состава зерен полигалита использование нецелесообразно:

1,0 мм — увеличивается время осаждения гипса, отмывка его от сульфата калия и магния, как подтвердили исследования.

Отмывку гипса от сульфата калия и магния проводят с получением влажного шенита и фильтрата шенита.

Добавляя к шениту (K₂SO₄·MgSO₄·6H₂O) раствор хлорида калия конверсируют: MgSO₄+2KCl=MgCl₂+K₂SO₄, увеличивая, в конечном счете, выход сульфата калия из полигалитовой руды.

Упаривают конвертируемый раствор и получают готовый продукт — сульфат калия.

Пример конкретного выполнения способа

Полигалитовую мономинеральную руду Жилянского месторождения измельчают в молотковой дробилке Др 1. Отсевают фракцию в пределах 5-20 мм. 1 кг измельченной руды, содержащей, масс.%: K + 8,53; Mg 2+ 2,88; Са 2+ 9,30; Na + 11,60; Cl — 18,02; SO₄ 2- 44,04; H₂O 4,04; H.O. 1,59 смешивают с 1 кг воды, перемешивают интенсивно при температуре 20-25°C в течение 15 мин. Получают 0,682 кг отмытого от хлорида натрия и других легкорастворимых соединений полигалита с контролируемым остатком хлорида натрия в пределах 1,5-2,5%, содержащего, масс.%: K + 12,30; Mg 2+ 4,15; Са 2+ 12,82; Na + 0,32; Cl — 0,54; SO₄ 2- 60,32; H₂O 9,54. Прокаливают при температуре 0,53-0,75 температуры плавления полигалита (320-450°C) в течение 10-20 минут соответственно. При такой температуре прокаливание полигалита происходит спокойно без шумовых эффектов и разлетания зерен (как в прототипе). Отсюда — повышение безопасности труда и увеличение работоспособности оборудования. Измельчают в стержневой мельнице Д2 для мокрого измельчения прокаленный полигалит до крупности менее 1,0 мм. В результате получают 0,617 кг массы полигалита, которую засыпают в реактор и выщелачивают горячей водой (t=98-100°C) при соотношении массы полигалита к воде 1:3, т.е. добавляют 1,850 кг воды. Массу полигалита растворяют до получения суспензии из полигалитового раствора состава, масс. %: K + 3,89; Mg 2+ 1,31; Са 2+ 0,04; Na + 0,10; Cl — 0,17; SO₄ 2- 9,37; H₂O 84,93 и осадка гипса. Фильтруют полученную суспензию. После фильтрования получают 1,940 кг фильтрат шенита и на фильтре — 0,528 кг осадка гипса. Потери калия с гипсом составляют 9,81%. Шенитовый фильтрат перемешивают при температуре 48°C с влажным шенитом состава, масс.%: K + 18,33; Mg 2+ 5,70; Na + 0,60; Cl — 0,93; SO₄ 2- 45,02; H₂O 29,40 в течение 30 мин. Получают 0,351 кг влажного сульфата калия состава, масс. %: K + 36,71; Mg 2+ 1,00; Na + 0,06; Cl — 0,11; SO₄ 2- 49,03; H₂O 13,09 и сульфатный раствор состава, масс.%: K + 6,16; Mg 2+ 3,28; Na + 0,33; Cl — 0,51; SO₄ 2- 20,20; H₂O 69,35. Влажный сульфат калия высушивают и получают 0,308 кг продукционного сульфата калия. Сульфатный раствор смешивают с 0,127 кг хлорида калия и с 0,984 кг оборотного каинита состава, масс.%: K + 8,89; Mg 2+ 7,98; Na + 9,37; Cl — 35,68; SO₄ 2- 14,98; H₂O 22,46, полученного после упаривания шенитового раствора. и охлаждают до температуры 20°С. Суспензию фильтруют, получают 1,245 кг влажного шенита, который подают на смешение с полигалитовым раствором, и 2,490 кг шенитового раствора. Шенитовый раствор упаривают, получают 0,984 кг каинита, который возвращают на смешение с сульфатным раствором, и 0,984 кг хлормагниевого (каинитового) раствора состава, масс.%: K + 2,80; Mg 2+ 7,20; Na + 1,09; Cl — 22,67; SO₄ 2- 3,48; H₂O 62,79. Часть хлормагниевого раствора (Mg 2+ 6,8-7,2%) возвращают в процесс, а 0,2273 кг избыточного раствора выводят из процесса как продукционный. Потери калия с хлормагниевым (каинитовым) раствором составляют 4,19%.

Степень извлечения калия из полигалита в готовый продукт (сульфат калия) составляет 86,0% (Таблица).

Сравнительные данные заявляемого способа с прототипом по степени извлечения сульфата калия

По сравнению с прототипом заявленное изобретение имеет преимущества:

— способ позволяет упростить отмывку галита от полигалитовой руды, уменьшить расход на измельчение ее;

— способ позволяет увеличить степень разложения полигалита, снизить температуру прокаливания и, следовательно, снизить энергозатраты;

— способ позволяет увеличить растворимость труднорастворимой составляющей и более качественной осадки гипса и его более оперативного вывода из раствора;

— способ позволяет повысить качество готового продукта — сульфата калия и степень его извлечения из руды в 1,5 и более раз.

Похожие патенты RU2566414C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 566 414 C1

Реферат патента 2015 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА КАЛИЯ ИЗ ПОЛИГАЛИТОВОЙ РУДЫ

Изобретение может быть использовано в производстве удобрений. Для получения сульфата калия полигалитовую руду измельчают, отмывают водой от галита, прокаливают в печи, охлаждают. Выщелачивают водой прокаленный полигалит при 98-100°C, осаждают гипс и фильтруют его из раствора. К полученному фильтрату добавляют хлорид калия для конвертирования при температуре 98-100°C сульфата магния с хлоридом калия и получают сульфат калия, который фильтруют и сушат. Полигалитовую руду измельчают до получения гранулометрического состава частиц размером 5-20 мм. Промытый от галита полигалит прокаливают при температуре, равной 0,53-0,75 Т плавления полигалита. Затем измельчают полигалит в горячей воде до получения гранулометрического состава частиц размером 0,2-1,0 мм. После фильтрования гипса полученный фильтрат шенита смешивают с влажным шенитом для разложения. В образовавшийся раствор шенита добавляют раствор хлорида калия. Конвертируемый раствор шенита упаривают. Изобретение позволяет упростить извлечение сульфата калия из полигалитовой руды, повысить качество и степень извлечения сульфата калия. 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 566 414 C1

Способ получения сульфата калия из полигалитовой руды, заключающийся в измельчении полигалитовой руды, отмывании водой от галита, прокаливании в печи, охлаждении, выщелачивании водой прокаленного полигалита при 98-100°C, осаждении гипса и фильтрации его из раствора, к полученному фильтрату без гипса добавлении хлорида калия для конвертирования при температуре 98-100°C сульфата магния с хлоридом калия, получении сульфата калия, фильтровании его, сушки, отличающийся тем, что полигалитовую руду измельчают до получения гранулометрического состава частиц размером 5-20 мм, промытый от галита полигалит прокаливают при температуре, равной 0,53-0,75 Т плавления полигалита, затем измельчают полигалит в горячей воде до получения гранулометрического состава частиц размером 0,2-1,0 мм, а после фильтрования гипса полученный фильтрат шенита смешивают с влажным шенитом для разложения, в образовавшийся раствор шенита добавляют раствор хлорида калия, конвертируемый раствор шенита упаривают.

Источник