Способ получения сульфата калия

 

Изобретение относится к способу получения сульфата калия путем взаимодействия хлорида калия и сульфата натрия с маточным раствором сульфата калия с получением глазерита, отделение глазерита, взаимодействия хлорида калия и воды с получением сульфата калия и маточного раствора сульфата калия, охлаждение маточного раствора глазерита и кристаллизации глауберовой соли, а также отделения и рециркуляции глауберовой соли в стадию кристаллизации глазерита. При этом согласно изобретению осуществляют испарение воды за счет выпаривания с помощью солнечной энергии в солнечном испарителе с выкристаллизовыванием чистого хлорида натрия и его непрерывным или периодическим выводом из солнечного испарителя. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу получения сульфата калия.

Из патента ФРГ N 2820445 известен способ получения сульфата калия путем взаимодействия хлорида калия и сульфата натрия с маточным раствором сульфата калия, при котором сначала получают глазерит, который после отделения от маточного раствора глазерита с помощью хлорида калия и воды превращают в сульфат калия и маточный раствор сульфата калия. Маточный раствор сульфата калия при этом снова используют для кристаллизации глазерита. Из маточного раствора глазерита за счет охлаждения выкристаллизовывается глауберова соль, которая, после ее отделения, также снова возвращается в процесс кристаллизации глазерита. Из полученного при этом освобожденного от глауберовой соли маточного раствора за счет испарения воды выкристаллизовывается хлорид натрия, который затем удаляют.

Недостаток этого процесса, наряду с высокими затратами на аппаратуру, заключается прежде всего в высоком расходе термической энергии на требующееся испарение воды в количестве примерно 5 т воды на тонну K₂O при температурах испарения около 100^oC. За счет значительных затрат на энергию при испарении воды с самого начала и сильно ухудшается рентабельность этого способа получения сульфата калия из сульфата натрия. Использование солнечной энергии устранило бы этот недостаток, однако с помощью солнечной энергии нельзя осуществлять никакой достигаемой за счет испарения кристаллизации NaCl.

Задачей изобретения является снижение расхода энергии до умеренной стоимости в случае аналогичного способа, т.е. для использования имеющейся в распоряжении дешевой энергии.

Эта задача решается за счет отличительных признаков п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения даны в п.п. 2-4 формулы изобретения.

Изобретение позволяет осуществлять все необходимые процессы испарения при низком температурном уровне испарения за счет солнца самое большее при 35^oC, причем образуется чистый, не загрязненный глазеритом или хлоридом калия кристаллизат NaCl, следовательно, побочный продукт, который хорошо пригоден для продажи. Для этого взаимодействие используемого сульфатного сырья тенардита (Na₂SO₄) и/или глауберовой соли (Na₂SO₄·10H₂O) с хлоридом калия осуществляют так, что, с одной стороны, возникает замкнутая циркуляция раствора между стадиями процесса кристаллизации глазерита/кристаллизация глауберовой соли и, с другой стороны, в испарителе под действием солнечной энергии происходит испарение воды, причем все растворы процесса неоднократно вводятся в предлагаемое согласно изобретению соприкосновение (сочетание) благодаря этим стадиям процесса.

Неожиданно найдено, что из этого замкнутого цикла (циркуляции) раствора также при низких температурах осуществляемого за счет солнечной энергии процесса в качестве кристаллизации образуется чистый хлорид натрия, если количество вводимых в циркуляцию (цикл) растворов, в расчете на используемое в процессе количество воды, достаточно большое и соответственно этому относительное количество испаренной воды на м³ объема раствора в солнечном испарителе достаточно мало. Согласно изобретению, это осуществляется благодаря тому, что, кроме маточного раствора сульфата калия и твердых реагентов, таких как хлорид калия, тенардит и глауберова соль, из стадии глубокого охлаждения, соответственно, таких как хлорид калия и глауберова соль, в процессе кристаллизации глазерита и последующего глубокого охлаждения включается минимальное количество частично концентрированного щелочного раствора из солнечного испарителя. Испарение нужно осуществлять только самое большее до первого появления осадка сульфата. Опытным путем можно определить, что для сырья из KCl и тенардита в щелочной раствор из солнечного испарителя нужно рециркулировать по меньше мере 1,6-кратное вплоть до максимально 3-кратного количества воды в расчете на единицу расхода вводимой в процессе воды. При применении KCl и глауберовой соли в качестве сырья это необходимое рециркулируемое количество возрастает по меньшей мере от 2,4-кратного вплоть до максимального пятикратного вводимого в виде технологической воды количества. Если в качестве сульфатного сырья используют смеси из безводного сульфата натрия и глауберовой соли, то соответственно нужно изменять минимально требующиеся рециркулируемые количества. При X кмоль безводного сульфата натрия и Y кмоль глауберовой соли в смеси нужно устанавливать по меньшей мере [1,6+0,8Y/(X+Y)]-кратное количество.

Предлагаемый согласно изобретению способ подробнее поясняется нижеследующими примерами, причем в основу положена схема способа согласно предлагаемому чертежу.

Получение сульфата калия "g" осуществляют, исходя из безводного сульфата натрия в качестве сульфатного сырья "b". Сырьем для калийной компоненты "a" является хлорид калия, соответственно 60% K₂O, который вводится в рециркулируемом из стадии кристаллизации сульфата калия 3 сульфатном щелоке "l" в первую стадию способа, стадию кристаллизации глазерита 1. В случае необходимости его можно добавлять в маленьких количествах также прямо (пунктирная стрелка) в стадию кристаллизации глазерита 1. Кроме того, получаемый путем глубокого охлаждения 6 маточного раствора глазерита "m" кристаллизат глауберовой соли "O" вводится в стадию кристаллизации глазерита 1. Эти 5 массовых потоков непрерывно вводятся во взаимодействие и превращаются в глазерит "d" и маточный раствор глазерита "m". Температура в стадии кристаллизации глазерита 1 должна составлять примерно +25^oC. В кристаллизаторе глазерита 1 образуется концентрированный кристаллизат глазерита "c", который выводят и с помощью центрифуги или непрерывно работающего фильтра 2 отделяют от щелочного раствора и затем вводят во взаимодействие с раствором KCl "a" или с твердым хлоридом калия и водой "r" в кристаллизаторе сульфата калия 3 с получением сульфата калия. Выделение сульфата калия из образовавшейся суспензии "e" осуществляют с помощью центрифуги или фильтра 4 таким же образом, как отделение глазерита 2. Сульфат калия "f" затем при высвобождении сокового пара "h" в термической сушилке 7 перерабатывают в сухой сульфат калия "g". Маточный раствор глазерита "m" из фильтра 2 охлаждается в холодильнике глубокого охлаждения раствора 6, например, до -2^oC. Выкристаллизовывающуюся при этом глауберову соль "О" в виде суспензии "n" вводят в концентратор или центрифугу 5, отделяют и используют для превращения глазерита в стадии кристаллизации глазерита 1. Маточный раствор глауберовой соли "p"снова нагревают и направляют в солнечный испаритель 9, в котором происходит испарение воды (соковый пар "g") до тех пор, пока SO₄ концентрация не увеличится практически вплоть до насыщения глазеритом. Затем процесс испарения тотчас прерывают. Выкристаллизовавшийся чистый кристаллизат NaCl "s" прежде всего целесообразнее остается в солнечном испарителе 9 и периодически (суспензия "u") выгружается через разделительный агрегат 8. При практическом осуществлении целесообразно параллельно включают несколько солнечных испарителей 9. Также можно осуществлять удаление воды парциальными количествами в нескольких последовательно проходимых солнечных испарителях. В принципе также допустимо использование непрерывно функционирующих солнечных испарителей, в случае которых кристаллизат NaCl соответственно непрерывно отводится. Щелочной раствор из солнечных испарителей "f" поступает в кристаллизатор глазерита 1. Вводят по 1 кмоль сульфата натрия на 18-20 кмоль технологической воды "r" и испаряют в солнечном испарителе 9. Из солнечного испарителя 9 в кристаллизатор глазерита 1 рециркулируется количество щелочного раствора "t" с 28-32 кмоль H₂O на 1 кмоль K₂SO₄. Если используется сырье с большим количеством примесей, то в случае необходимости из способа нужно выводить известное количество маточного раствора в виде отхода. Это может быть, например, парциальное количество щелочного раствора из солнечного испарителя "t".

Во втором примере в качестве сульфатного сырья используют глауберову соль. Осуществление процесса при этом в принципе проводят таким же образом, как в примере 1. Имеются лишь следующие отклонения: на 1 кмоль сульфата калия вводят 18-20 кмоль воды в виде технологической воды. Дальнейшие примерно 10 кмоль воды поступают в процесс в виде кристаллизационной воды глауберовой соли. В целом поэтому испаряют 28-30 кмоль воды в солнечном испарителе 9. Количество рециркулируемого в кристаллизатор глазерита 1 щелочного раствора из солнечного испарителя "t" повышается по сравнению с первым примером до 43-48 кмоль воды на кмоль сульфата калия.

Предлагаемый согласно изобретению способ особенно хорошо применим в аридных (сухих) климатических зонах с интенсивным солнечным испарением. В качестве сырья для способа пригодны как безводный сульфат натрия (тенардит), так и глауберова соль или их смеси. Обезвоживание глауберовой соли до тенардита при этом не является необходимым, так что способ также еще очень прост, если нужно исходить из глауберовой соли в качестве сульфатного сырья. Полученный сульфат калия применим в качестве высокоценного, не содержащего хлорида, калийного удобрения. При достаточной чистоте используемого сырья образующийся в качестве побочного продукта кристаллизат хлорида натрия также очень чистый и используется, например, в качестве пищевой соли.

Формула изобретения

1. Способ получения сульфата калия путем взаимодействия хлорида калия и сульфата натрия с маточным раствором сульфата калия в стадии кристаллизации глазерита 1 с получением глазерита, отделения 2 глазерита от маточного раствора глазерита, взаимодействия 3 глазерита с хлоридом калия и водой с образованием сульфата калия и маточного раствора сульфата калия, отделения сульфата калия и рециркуляции маточного раствора сульфата калия в кристаллизатор глазерита, охлаждения 6 маточного раствора глазерита и кристаллизации глауберовой соли, отделения 5 и рециркуляции глауберовой соли в кристаллизацию глазерита 1, а также испарения воды из охлажденного, освобожденного от глауберовой соли маточного раствора и отвода выкристаллизовавшегося хлорида натрия, отличающийся тем, что испарение воды из охлажденного, освобожденного от глауберовой соли маточного раствора осуществляют путем испарения с помощью солнечной энергии в солнечном испарителе 9 таким образом, чтобы SO₄ -концентрация повышалась самое большее почти вплоть до насыщения глазеритом, выкристаллизовывающийся чистый хлорид натрия непрерывно или периодически выводят из солнечного испарителя 9 и остающийся после испарения за счет солнечной энергии щелочной раствор в солнечном испарителе рециркулует в процессе кристаллизации глазерита 1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сульфатного сырья используют безводный сульфат натрия и относительное количество рециркулируемой со щелочным раствором из солнечного испарителя в кристаллизацию глазерита 1 воды составляет по меньшей мере 1,6-кратное до максимального 3-кратного количества используемой технологической воды.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сульфатного сырья используют глауберову соль и относительное количество рециркулируемой со щелочным раствором из солнечного испарителя в кристаллизацию глазерита 1 воды составляет по меньшей мере от 2,4-кратного до максимально 5-кратного количества технологической воды.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сульфатного сырья используют смесь из Х кмоль безводного сульфата натрия и Y кмоль глауберовой соли и относительное количество рециркулируемой с щелочным раствором из солнечного испарителя в кристаллизацию глазерита 1 воды составляет по меньшей мере 1,6 + 0,8/Y(Y + X)-кратное количество технологической воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1