Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АГЛОМЕРИРОВАННОГО ХЛОРИДА КАЛИЯ

Изобретение относится к технологии производства хлорида калия и может быть использовано на флотационных калийных фабриках для переработки некондиционного продукта - циклонной пыли флотационного хлорида калия в товарный продукт.

Известен способ получения хлористого калия [RU 2315713, опубл. 27.01.2008 г.]. Способ включает растворение сильвинита, осветление горячего насыщенного щелока, кристаллизацию продукта в присутствии флотореагентов, сгущение и фильтрацию суспензии, обработку неосветленного насыщенного щелока. Осветленный насыщенный щелок перед кристаллизацией продукта обрабатывают горячим насыщенным по хлористому калию раствором, полученным растворением в воде некондиционного флотационного хлористого калия, который представляет собой циклонную пыль, мелкие фракции флотационного продукта или отфильтрованные промпродукты, и получают шламовую суспензию. Шламовую суспензию осветляют, а после осветления ее сгущают и направляют на обработку неосветленного насыщенного щелока.

Недостатками данного способа являются получение мелкодисперсного продукта, сложность осуществления процесса из-за большого количества операций, а также загрязнение галургического хлорида калия флотореагентами.

Наиболее близким к заявляемому является способ агломерации кристаллов хлорида калия [RU 2075441, опубл. 20.03.1997 г.] за счет частичного растворения исходной полидисперсной соли в растворе, ненасыщенном по хлоридам калия и натрия, при повышенной температуре с последующим охлаждением суспензии до низкой температуры. При проведении процесса производят растворение мелкой фракции и частичное растворение средней фракции за счет нагревания суспензии. Далее при охлаждении суспензии производят кристаллизацию из раствора хлорида калия на поверхности имеющихся кристаллов.

Недостатком этого способа является то, что он не применим для переработки флотационного хлорида калия, который загрязнен аминами, блокирующими рост кристаллов хлорида калия в процессе перекристаллизации.

Технический результат - получение высокого процента выхода агломерированного хлорида калия со средним размером частиц 0,4-0,7 мм путем переработки некондиционных продуктов калийных фабрик в виде циклонной пыли флотационного хлорида калия.

Сущность изобретения заключается в том, что при осуществлении способа получения агломерированного хлорида калия, включающего смешивание жидкой (Ж) и твердой (Т) фаз с образованием суспензии, нагрев, охлаждение суспензии, отделение кристаллического агломерированного хлорида калия от жидкой фазы и сушку, согласно изобретению, в качестве твердой фазы суспензии используют циклонную пыль флотационного хлорида калия, в качестве жидкой фазы - водный раствор хлорида калия со степенью насыщения 80-100%, соотношение Ж/Т поддерживают в интервале 2-3. Нагрев суспензии осуществляют до температуры ее кипения. При перемешивании суспензии выдерживают указанную температуру в течение 12-15 минут, а в процессе нагрева и выдержки суспензию обрабатывают «острым» паром, причем последующее охлаждение суспензии проводят со скоростью (2-3)°C в минуту.

Использование некондиционного продукта калийных фабрик в виде циклонной пыли флотационного хлорида калия со средним размером фракций 0,055 мм ранее для получения агломерированного продукта с размерами частиц 0,4-0,7 мм было практически невозможно в виду загрязнения аминами. Однако в процессе экспериментов было обнаружено, что подача «острого» пара непосредственно в суспензию позволила «отгонять» амины, которые блокируют рост кристаллов хлорида калия.

«Острый» (насыщенный водяной) пар обычно применяют при давлениях до 1,0-1,2 МПа, что соответствует температурам нагревания до 190°C. Применение этого способа нагревания обусловлено многими достоинствами насыщенного водяного пара как теплоносителя, среди которых необходимо отметить высокий коэффициент теплоотдачи; большое количество теплоты, выделяющейся при конденсации пара; равномерность обогрева; возможность тонкого регулирования температуры нагревания путем изменения давления пара; возможность передачи пара на большие расстояния. Известно, что пар вводят непосредственно в нагреваемый продукт. Этот способ нагрева используют в тех случаях, когда допустимо смешение нагреваемой среды с образующимся при конденсации пара конденсатом. При нагреве «острым» паром лучше используется энтальпия пара, т.к. паровой конденсат смешивается с нагреваемой жидкостью, в результате чего их температуры выравниваются. К тому же при вводе «острого» пара через барботер (трубу, закрытую с конца, расположенного у дна аппарата, и снабженную значительным числом мелких отверстий) происходит не только нагревание жидкости, но и интенсивное ее перемешивание (http://ohrana-bgd.narod.ru/ecolog25.html).

В качестве жидкой фазы использовали водный раствор хлорида калия со степенью насыщения раствора 80-100%, соответствующей концентрациям 8,90-11,15 мас.%. Если степень насыщения раствора менее 80% (концентрация раствора ниже 8,90 мас.%), то в процессе нагревания суспензии до температуры кипения наблюдалось полное растворение циклонной пыли, что было нежелательным эффектом, поскольку для получения среднего размера частиц 0,4-0,7 мм требуется растворение только мелкодисперсного хлорида калия (размером менее 0,05 мм). При степени насыщения более 100% (концентрации раствора выше 11,15 мас.%) не происходит растворение мелкодисперсного хлорида калия (размером менее 0,05 мм), что исключает эффект укрупнения мелкодисперсных частиц хлорида калия. По той же причине соотношение Ж/Т в суспензии должно составлять от 2 до 3. Если Ж/Т<2, то в раствор будет переходить малая часть (меньше 50%) мелкодисперсного хлорида калия, вследствие чего в суспензии останется много (более 50%) частиц, на которые при кристаллизации будет осуществляться кристаллизация, и степень укрупнения частиц не достигнет максимально возможного значения.

Нагрев суспензии до температуры ее кипения необходим для наибольшего растворения мелкодисперсного продукта. Если суспензию нагревать до температуры меньше температуры кипения, то растворится не весь мелкодисперсный хлорид калия, поэтому размер кристаллов после проведения перекристаллизации увеличится незначительно. Кроме того, кипение способствует наиболее полной отгонке аминов (блокирующих рост кристаллов KCl) с частиц циклонной пыли KCl.

Выдержка при этой температуре суспензии при перемешивании необходима для достижения полного насыщения раствора хлоридом калия, а также для отгонки аминов. Если выдержку суспензии при температуре кипения проводить менее 12 минут, то раствор не насыщается, на частицах KCl остается амин и степень укрупнения частиц не достигнет максимально возможного значения. Если выдержку суспензии при температуре кипения проводить более 15 минут, то возрастают энергозатраты, а степень укрупнения частиц практически не возрастает.

Скорость охлаждения суспензии не должна превышать 3°C в минуту, иначе в суспензии начнут образовываться новые центры кристаллизации, что приведет к образованию мелкокристаллического продукта. Скорость охлаждения суспензии менее 2°C в минуту недостаточна для проведения процесса кристаллизации с высокой производительностью, необходимой для производства.

На фигуре представлена таблица, которая иллюстрирует зависимость изменения d_cp, В и К_ук от режима агломерации, где

d_cp - средний размер частиц агломерированного хлорида калия;

В - выход продукта;

К_ук - коэффициент укрупнения, равный отношению среднего размера кристаллов после агломерации к среднему размеру кристаллов исходной циклонной пыли.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Суспензию готовили путем смешивания циклонной пыли флотационного хлорида калия со средним размером частиц 0,055 мм (Т) и водного раствора хлорида калия со степенью насыщения 80-100%. (Ж). Соотношение Ж/Т поддерживали в интервале 2-3. Нагрев суспензии до температуры кипения проводили при перемешивании и выдерживали 12-15 минут при указанной температуре. В процессе нагрева и выдержки суспензию обрабатывали «острым» паром с температурой 185°C в количестве, необходимом для поддержания температуры кипения суспензии. Последующее охлаждение суспензии проводили со скоростью (2-3)°C в минуту. Выход агломерированного продукта со средним размером частиц 0,4-0,7 мм составил 51-87%, а коэффициент укрупнения 7-12. Таким образом, заявляемый способ позволяет получать продукт со средним размером частиц в 7-12 раз больше, чем исходная пыль, а содержание мелкой фракции со средним размером менее 0,085 мм в агломерированном продукте не превышает 2,5%.

Пример 1

Циклонную пыль флотационного хлорида калия со средним размером частиц 0,055 мм подвергали переработке по следующему температурному режиму нагрев-охлаждение: (25-100-25)°C со скоростью нагрева и охлаждения суспензии 3°C в минуту. В качестве жидкой фазы использовали водный раствор хлорида калия со степенью насыщения 80% (концентрация 8,90 мас.%). Соотношение Ж/Т в суспензии поддерживали равным 3. Выдержку при температуре 100°C проводили в течение 15 минут. На стадиях нагревания и выдержки в суспензии подавали «острый» пар с температурой 185°C в количестве, необходимом для поддержания температуры кипения суспензии.

Отделение продукта от жидкой фазы после агломерации осуществляли фильтрацией под вакуумом с последующей промывкой осадков ацетоном и сушкой.

После проведения процесса средний размер частиц составил 0,7 мм, при этом выход продукта составил 51%.

Пример 2

Циклонную пыль флотационного хлорида калия со средним размером частиц 0,055 мм подвергали переработке по следующему температурному режиму нагрев-охлаждение: (25-100-25)°C со скоростью нагрева и охлаждения суспензии 3°C в минуту. В качестве жидкой фазы использовали водный раствор хлорида калия со степенью насыщения 100% (концентрация 11,15 мас.%). Соотношение Ж/Т в суспензии поддерживали равным 3. Выдержку при температуре 100°C проводили в течение 15 минут. На стадиях нагревания и выдержки в суспензии подавали «острый» пар с температурой 185°C в количестве, необходимом для поддержания температуры кипения суспензии.

Отделение продукта от жидкой фазы после агломерации осуществляли фильтрацией под вакуумом с последующей промывкой осадков ацетоном и сушкой.

После проведения процесса средний размер частиц составил 0,5 мм, при этом выход продукта составил 81%.

Пример 3

Циклонную пыль флотационного хлорида калия со средним размером частиц 0,055 мм подвергали переработке по следующему температурному режиму нагрев-охлаждение (25-100-25)°C со скоростью нагрева и охлаждения суспензии 3°C в минуту. В качестве жидкой фазы использовали водный раствор хлорида калия со степенью насыщения 100% (концентрация 11,15 мас.%). Соотношение Ж/Т в суспензии поддерживали равным 2. Выдержку при температуре 100°C проводили в течение 15 минут. На стадиях нагревания и выдержки в суспензии подавали «острый» пар с температурой 185°C в количестве, необходимом для поддержания температуры кипения суспензии.

Отделение продукта от жидкой фазы после агломерации осуществляли фильтрацией под вакуумом с последующей промывкой осадков ацетоном и сушкой.

После проведения процесса средний размер частиц составил 0,4 мм, при этом выход продукта составил 87%.

Пример 4

Циклонную пыль флотационного хлорида калия со средним размером частиц 0,055 мм подвергали переработке по следующему температурному режиму нагрев-охлаждение: (25-100-25)°C со скоростью нагрева и охлаждения суспензии 2°C в минуту. В качестве жидкой фазы использовали водный раствор хлорида калия со степенью насыщения 100% (концентрация 11,15 мас.%). Соотношение Ж/Т в суспензии поддерживали равным 3. Выдержку при температуре 100°C проводили в течение 12 минут. На стадиях нагревания и выдержки в суспензии подавали «острый» пар с температурой 185°C в количестве, необходимом для поддержания температуры кипения суспензии.

Отделение продукта от жидкой фазы после агломерации осуществляли фильтрацией под вакуумом с последующей промывкой осадков ацетоном и сушкой.

После проведения процесса средний размер частиц составил 0,5 мм, при этом выход продукта составил 79%.