Способ выделения соды и сульфата калия из содопоташных растворов переработки нефелинов

 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности при производстве глинозема, а также к технологии неорганических веществ - производстве карбоната натрия и сульфата калия при переработке щелочного алюмосиликатного сырья. Сущность способа состоит в том, что из содопоташных растворов глиноземного производства, которые в известной технологии упаривают с последовательным выделением соды и двойного натрокалиевого карбоната, получают также сульфат калия путем обработки исходным содопоташным раствором двойного карбоната, аккумулирующего сульфат калия, при дозировке двойного карбоната в пределах 500-735 г/дм³ с отделением выделенного сульфата калия. Способ обеспечивает высокую степень выделения очищенного сульфата калия при обеспечении также очистки выделяемого карбоната натрия. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Способ относится к металлургии цветных металлов и технологии неорганических веществ, а именно к комплексной переработке щелочного алюмосиликатного сырья на глинозем (исходное сырье для получения металлического алюминия), а также соду (важнейший химический реагент) и сульфат калия (ценное удобрение).

Известен способ выделения соды из сульфатсодержащих содопоташных растворов, включающий их многостадийное упаривание с удалением на первом этапе основной массы воды и получением концентрированного раствора, с выделением затем соды и двойного натрокалиевого карбоната, которые отделяют от маточным растворов. При этом натрокалиевый карбонат растворяют в концентрированном растворе. Сульфат калия выделяют из растворов, прошедших две или более стадий упаривания, используя для этого охлаждение. Для исключения попадания в товарный сульфат при кристаллизации посторонней фазы раствор перед выделением разбавляют добавкой 48-50 кг воды на 1 т раствора [1].

Недостаток технологии заключается в необходимости последующего упаривания введенной воды, что сопряжено с дополнительными теплозатратами. Другой недостаток технологии заключается в том, что соду выделяют из раствора, не прошедшего очистку от сульфатов, причем после растворения в упариваемом растворе натрокалиевого карбоната, аккумулирующего при своем образовании эту примесь, что еще более повышает концентрацию сульфатов в растворе, а следовательно, и в выделяемой из раствора соде. Выход сульфата калия при этом уменьшается.

Наиболее близким к заявляемому является способ выделения сульфата калия и соды из сульфатсодержащих содопоташных растворов производства нефелинов, включающий, как и предыдущий, их многостадийное упаривание с выделением двойного натрокалиевого карбоната, а также охлаждением сульфата калия, которые отделяются от маточных растворов. Для упрощения технологии, а также для выделения соды в виде моногидрата проводят обработку натрокалиевого карбоната в части исходного раствора с образованием пульпы с последующим подогревом до 90^oC и отделением выделенной при обработке моногидратной соды от маточного раствора, направляемого на выделение сульфата калия. Способ позволяет также снизить содержание карбоната калия в выделенной соде [2].

Недостаток способа, как и предыдущего, заключается в необходимости добавления воды к раствору, направляемому на выделение сульфата, и, следовательно, ее последующего упаривания с дополнительными теплозатратами, а также получение соды из раствора, не прошедшего очистку от сульфатов, что приводит к загрязнению выделяемой соды сульфатом калия за счет недоотмывки жидкой фазы и сорбции примеси при выделении соды.

Технической задачей заявляемого способа является исключение ввода воды на выделение сульфата калия охлаждением с соответствующим исключением дополнительных теплозатрат, обусловленных необходимостью последующего удаления введенной воды, а также выделение соды из раствора, прошедшего очистку от сульфатов, что снижает содержание сульфатов в соде и повышает выход товарного сульфата.

Заявляемый способ, как и предыдущий, включает многостадийное упаривание содопоташных сульфатсодержащих растворов с выделением натрокалиевого карбоната и соды, а также выделение охлаждением сульфата калия, которые отделяют от их маточных растворов, обработку натрокалиевого карбоната частью исходного содопоташного раствора с получением пульпы. Для исключения ввода воды на выделение сульфата калия и исключения ее последующего упаривания, для выделения соды из растворов, прошедших очистку от сульфатов, и снижения содержания примеси сульфата в выделенной соде и увеличения выхода товарного сульфата, обработку натрокалиевого карбоната проводят при дозировке в количестве 500-735 г/дм³ и смесь направляют на выделение сульфата калия охлаждением, а полученный маточный раствор сульфата калия направляют на выделение соды упариванием. В одном из вариантов способа маточный раствор сульфата калия смешивают с остальной частью исходного раствора после его концентрирования.

Сущность заявляемого способа состоит в том, что являющийся аккумулятором сульфата калия двойной натрокалиевый карбонат при обработке исходным содопоташным раствором при обычно используемых для выделения сульфатов температурах и при применении заявляемых дозировок образует растворы, в которых сульфат калия практически нерастворим, в результате чего значительная его часть остается в осадке, причем без примеси каких-либо других соединений, и становится после отделения раствора основой ценного удобрения, удовлетворяющего принятым стандартам. Степень выделения сульфата калия (при заявляемых дозировках двойной карбонат/исходный раствор) в отделяемый товарный продукт обеспечивает высокую степень очистки и соды также. Поскольку растворы с малой растворимостью сульфата калия получают лишь с использованием немодного содопоташного раствора и без добавки конденсата, необходимость в дополнительном упаривании отпадает.

Заявляемый способ поясняется с помощью описываемых ниже примеров, в которых используют содопоташные растворы концентраций, соответствующих составам действующих или потенциальных промышленных предприятий в России и за рубежом. В примерах используют также двойной натро-калиевый карбонат, содержащий примесь сульфата калия, который выделяли при переработке предыдущего количества соответствующего раствора и состав которого для всех случаев был практически постоянен, а именно: 3-3.5% K₂SO₄, 36.8-37% Na₂CO₃, 54.7-55% K₂CO₃ и 5% H₂O. В каждом примере используют по 1 дм³ соответствующего содопоташного раствора, из которого часть направляют на обработку двойного карбоната, выделенного ранее из 1 дм³ того же раствора. При обработке при этом поддерживают необходимую дозировку двойного карбоната и смеси выдерживают при определенных температурах. В примерах 1, 2, 3 дозировка двойного карбоната соответствует заявляемому диапазону дозировок, в примерах 1а и 3а - находится вне его. Осадок после обработки отделяют и промывают водой в стандартных условиях. Отделенные от осадков растворы смешивают с остальной (основной) частью содопоташных растворов, и смеси упаривают до индекса К (молярного отношения K к сумме K + Na), равного 72. Соду в каждом примере отделяют центрифугированием и промывают в стандартных условиях. Из маточных растворов соды упариванием выделяют двойной натрокалиевый карбонат. Результаты экспериментов по выделению сульфата калия и соды из содопоташных растворов приведены в таблице.

Из приведенных результатов следует, что обработка двойного натрокалиевого карбоната при использовании заявляемых дозировок позволяет без ввода воды в растворы (и без последующего ее вынужденного упаривания) получить сульфат калия с малым содержанием примеси (не более 4% Na₂O титр) и соответствующий принятым стандартам. Значительный выход этой примеси в товарный сульфат позволяет повысить и качество получаемой из раствора соды, которая по содержанию сульфата начинает соответствовать требованиям, предъявляемым к 1-му сорту этого продукта (не более 1.5% K₂SO₄). При дозировках двойного карбоната ниже, чем заявляемые (пример 3а, 450 г/дм³), выход сульфата калия при обработке оказывается незначительным, а растворы и получаемая из них затем сода соответственно остаются загрязненными этой примесью. Наоборот, при повышенных дозировках двойного карбоната (пример 1а, 750 г/дм³) значительная часть соды соосаждается с сульфатом калия, делая последний некондиционным.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки 1. М. Л.Варламов, С.В.Беньковский, Е.Л.Кричевская, И.В.Романчиков, А.С. Романец, В.В.Тимошенко. Производство кальцинированной соды и поташа при комплексной переработке нефелинового сырья. М.: Химия, 1977, стр. 63-67, 92.

2. Б.Е.Рухман, С.И.Белозуб, Т.А.Богданова. Способ получения моногидрата соды. Авт. свидетельство СССР 199126, МПК-6 C 01 D 7/10, 01.09.67.

Формула изобретения

1. Способ выделения соды и сульфата калия из содопоташных сульфатсодержащих растворов, включающий обработку исходного раствора натрокалиевым карбонатом, отделение соды и сульфата калия от их маточных растворов, отличающийся тем, что обработку части исходного раствора проводят при дозировке натрокалиевого карбоната в количестве 500-735 г/дм³ раствора с последующей выдержкой смеси и отделением сульфата калия, упариванием маточного раствора сульфата калия с выделением соды, купариванием маточного раствора соды с отделением натрокалиевого карбоната и его подачей на обработку исходного раствора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что маточный раствор сульфата калия смешивают с оставшейся частью исходного раствора после концентрирования последнего.

РИСУНКИ

Рисунок 1