Устройство для получения соединений калия и способ извлечения соединений калия из солевого раствора

Изобретение относится к устройству для получения соединений калия и к способу извлечения соединения калия из солевого раствора. Устройство включает устройство непрерывного действия для проведения предварительной обработки смешанного солевого сырья, полученного из солевого раствора, с получением размера частиц, пригодного для легкого разделения и сортировки, устройство непрерывного действия для извлечения общей массы соединений калия, непрерывно отделяющее и извлекающее соединения калия из предварительно обработанного смешанного солевого сырья, устройство непрерывного действия для разделения и сортировки соединений калия, непрерывно разделяющее и сортирующее хлорид калия и глазерит (Na₂SO₄⋅3K₂SO₄) из извлеченных соединений калия, и устройство непрерывного действия для конверсии сульфата калия, извлекающее сульфат калия из отделенного глазерита. Изобретение обеспечивает непрерывную организацию процесса для крупномасштабной коммерциализации, а также исключает коррозию оборудования. 2 н. и 29 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к устройству для получения соединений калия и к способу извлечения соединений калия из солевого раствора.

Уровень техники

Как правило, такие соединения калия как хлорид калия (KCl) и сульфат калия (K₂SO₄), которые широко используют для удобрений, получают из различных видов сырья.

Помимо прочего, примером является извлечение соединения калия из морской воды или солевого раствора.

Однако, поскольку в морской воде и солевом растворе существуют различные одновалентные и двухвалентные ионы металлов, очень трудно селективно извлечь только соединения калия.

Кроме того, если рассматривать экономическую целесообразность процесса извлечения, необходима непрерывная организация процесса, а также не должна происходить коррозия вследствие высокой концентрации солей.

Соответственно, необходим экономичный и эффективный способ извлечения соединений калия.

Вышеприведенная информация, описанная в разделе «Уровень техники», предназначена только для лучшего понимания предпосылок создания изобретения, и, таким образом, она может содержать информацию, которая не характеризует существующий уровень техники, уже известный специалистам в этой стране.

Описание

Техническая проблема

Изобретение было создано в стремлении обеспечить организацию процесса и устройство для отбора из солевого раствора только общей массы соединений калия (KCl, Na₂SO₄⋅3K₂SO₄), для проведения разделения и извлечения, а также получения из извлеченных соединений калия хлорида калия (KCl) и сульфата калия (K₂SO₄), в виде отдельных фаз.

Техническое решение

Кроме того, изобретение было создано в стремлении обеспечить непрерывную организацию процесса, с целью крупномасштабной коммерциализации, а также способ решения проблемы коррозии оборудования, в соответствии с использованием солевого раствора высокой концентрации.

В примере воплощения изобретения предложено устройство для получения соединений калия, включающее: устройство непрерывного действия для проведения предварительной обработки, включающее секцию дробления, секцию измельчения и секцию разделения частиц по размерам, для обработки смешанного солевого сырья, полученного после извлечения лития, магния и кальция из солевого раствора, с получением размера частиц, пригодного для легкого разделения и сортировки; устройство непрерывного действия для извлечения общей массы соединений калия, непрерывно отделяющее и извлекающее соединения калия из предварительно обработанного смешанного солевого сырья; устройство непрерывного действия для разделения и сортировки соединений калия, непрерывно разделяющее и сортирующее хлорид калия и глазерит (Na₂SO₄⋅3K₂SO₄) из извлеченных соединений калия; и устройство непрерывного действия для конверсии сульфата калия, извлекающее сульфат калия из отделенного глазерита.

Устройство для извлечения общей массы соединений калия может включать: устройство для автоматического добавления сырья, автоматически добавляющее смешанное солевое сырье, насыщенный солевой раствор и флотационный реагент в устройство непрерывного действия для проведения флотации и сортировки соединений калия; устройство для приготовления суспензии, перемешивающее смешанное солевое сырье и насыщенный солевой раствор для получения суспензии, и смешивающее с ней флотационный реагент; устройство непрерывного действия для проведения флотации и сортировки соединений калия, подающее пузырьки в суспензию-раствор, в котором смешаны смешанное солевое сырье, насыщенный солевой раствор и флотационный реагент, чтобы вызвать всплывание соединений калия и, таким образом, провести сортировку; и устройство непрерывного действия для проведения разделения типа твердое вещество-жидкость, которое осуществляющее разделение типа твердое вещество-жидкость отсортированных соединений калия и остаточной суспензии.

В устройство для приготовления суспензии, перемешивающее смешанное солевое сырье и насыщенный солевой раствор с получением суспензии, и смешивающее с ней флотационный реагент, смешанное солевое сырье можно добавлять в массовом отношении от 0,1 до 0,2 в расчете на насыщенный солевой раствор.

Флотационный реагент может представлять собой додецилсульфат натрия.

Флотационный реагент можно добавлять в массовом отношении от 0,01 до 0,05 в расчете на суспензию-раствор.

Устройство непрерывного действия для проведения флотации и сортировки соединений калия может включать: множество ячеек, в которых проводят сортировку; диффузор, обеспеченный в каждой ячейке для всасывания при вращении наружного воздуха и формирования таким образом маленьких пузырьков в суспензии-растворе; скребок, извлекающий всплывшие соединения калия; и устройство, способствующее проведению флотации, подающее ультразвуковые колебания на нижний конец ячейки для повышения эффективности разделения и чистоты.

Ячейка может иметь структуру, в которой траектории движения потоков соединены друг с другом для подачи суспензии-раствора, сортировка которой не завершена, в следующую ячейку, и, таким образом, осуществления ее дополнительной сортировке; и отделенную и отсортированную суспензию-раствор подают в следующую ячейку для повышения чистоты соединения калия.

Диффузор может включать клапан для регулирования поступающего потока воздуха, посредством которого регулируют количество пузырьков.

Скорость вращения диффузора может составлять от 10 до 200 об/мин.

Фильтрат, отделенный с помощью устройства непрерывного действия для разделения типа твердое вещество-жидкость, проводящего разделение типа твердое вещество-жидкость отсортированных соединений калия и остаточной суспензии, может содержать насыщенный солевой раствор, и фильтрат, содержащий насыщенный солевой раствор, можно повторно использовать в устройстве автоматического добавления сырья.

Устройство непрерывного действия для разделения и сортировки соединений калия может включать: устройство автоматического добавления сырья, автоматически добавляющее соединение калия и тяжелую жидкость в смеситель; смеситель, смешивающий добавленный соединения калия и тяжелую жидкость с получением суспензии; устройство непрерывного действия для сортировки по плотности соединений калия, непрерывно разделяющее хлорид калия и глазерит путем использования разницы плотностей указанных соединений калия; и устройство непрерывного действия для разделения типа твердое вещество-жидкость, проводящее разделение типа твердое вещество-жидкость отсортированных хлорида калия и глазерита.

Плотность тяжелой жидкости может составлять от 2,3 до 2,4.

В смесителе, смешивающем добавленные соединения калия и тяжелую жидкость с получением суспензии, массовое отношение соединений калия может составлять от 0,1 до 0,4, в расчете на тяжелую жидкость.

Смеситель может дополнительно включать автоматический пропорциональный регулирующий клапан, для регулирования количества суспензии, добавленной с заданной скоростью в устройство непрерывного действия для сортировки соединений калия по плотности.

Суспензия соединений калия может непрерывно втекать в промежуточную область устройства для сортировки соединений калия по плотности, и указанное устройство может дополнительно включать: выпускное отверстие для хлорида калия в верхней части устройства для проведения сортировки по плотности, к которому всплывает хлорид калия, имеющий малую плотность, и через которое его отбирают; и выпускное отверстие для глазерита в нижней части устройства для проведения сортировки по плотности, к которому опускается глазерит, имеющий большую плотность, и через которое его отбирают.

Фильтрат, отделенный путем проведения разделения типа твердое вещество-жидкость отсортированных хлорида калия и глазерита с помощью устройства непрерывного действия для разделения типа твердое вещество-жидкость, может включать тяжелую жидкость; и фильтрат, включающий тяжелую жидкость, можно повторно использовать в устройстве автоматического добавления сырья, автоматически добавляющем соединения калия и тяжелую жидкость в смеситель.

Устройство непрерывного действия для конверсии сульфата калия, извлекающее сульфат калия из отделенного глазерита, может включать: устройство автоматического добавления сырья, непрерывно добавляющее отделенный глазерит и насыщенный водный раствор хлорида калия; реактор непрерывного действия для получения сульфата калия, производящий сульфат калия из глазерита; и устройство разделения типа твердое вещество-жидкость, проводящее разделение типа твердое вещество-жидкость для полученного сульфата калия.

Реактор непрерывного действия для получения сульфата калия, производящий сульфат калия из глазерита, может включать первую реакционную емкость, вторую реакционную емкость и реакционный смеситель непрерывного действия, расположенный в нижних частях первой и второй реакционных емкостей, чтобы дать суспензии возможность поступить в реактор, а затем провести перемешивание и таким образом вызвать реакцию.

Первая реакционная емкость и вторая реакционная емкость могут включать: перегородку, расположенную между первой реакционной емкостью и второй реакционной емкостью; проход для потока, сформированный в нижней части перегородки; и выпускное отверстие, расположенное в верхней части другой боковой стенки перегородки, в которой сформирован проход для потока; и первая реакционная емкость может быть выполнена так, что суспензия поступает в верхнюю часть и протекает через проход для потока в нижней части перегородки, расположенной между первой реакционной емкостью и второй реакционной емкостью, из первой реакционной емкости во вторую реакционную емкость; и вторая реакционная емкость может быть выполнена так, что в верхней части другой боковой стенки перегородки предусмотрено выпускное отверстие, чтобы дать возможность суспензии, перетекающей во вторую емкость из первой реакционной емкости, вытекать наружу.

Реакционный смеситель непрерывного действия может быть выполнен так, что часть суспензии, которая поступает из нижней части второй реакционной емкости, перемешивают, чтобы вызвать реакцию, и возвращают в верхнюю часть первой реакционной емкости.

В реакционном смесителе непрерывного действия количество поступающей и выходящей суспензии можно регулировать с помощью регулирования числа оборотов.

Реактор непрерывного действия для получения сульфата калия может иметь структуру, в которой множество реакторов соединено последовательно.

Фильтрат, отделенный с помощью устройства разделения типа твердое вещество-жидкость, проводящего разделение типа твердое вещество-жидкость для полученного сульфата калия, может включать насыщенный водный раствор хлорида калия; и фильтрат, содержащий насыщенный водный раствор хлорида калия, можно повторно использовать в устройстве автоматического добавления сырья, непрерывно добавляющем отделенный глазерит и насыщенный водный раствор хлорида калия.

В другом примере воплощения изобретения предложен способ извлечения соединений калия из солевого раствора, включающий: приготовление солевого раствора; удаление лития, магния и кальция из солевого раствора с получением смешанного солевого сырья; перемешивание смешанного солевого сырья и насыщенного солевого раствора с получением суспензии, и смешивание с ней флотационного реагента; подачу пузырьков в суспензию, в которой смешаны смешанное солевое сырье, насыщенный солевой раствор и флотационный реагент, для селективного извлечения соединения калия; разделение и сортировку хлорида калия и глазерита (Na₂SO₄⋅3K₂SO₄) из извлеченных соединений калия; и извлечение сульфата калия из отделенного глазерита.

При перемешивании смешанного солевого сырья и насыщенного солевого раствора для получения суспензии и смешиваний с ней флотационного реагента, смешанное солевое сырье можно добавлять в массовом отношении от 0,1 до 0,2 в расчете на насыщенный солевой раствор.

Флотационный реагент может представлять собой додецилсульфат натрия.

При перемешивании смешанного солевого сырья и насыщенного солевого раствора для получения суспензии и смешивании с ней флотационного реагента, флотационный реагент можно добавлять в массовом отношении от 0,01 до 0,05 в расчете на суспензию.

Разделение и сортировка хлорида калия и глазерита (Na₂SO₄⋅3K₂SO₄) из полученного соединения калия может включать: смешивание соединения калия и тяжелой жидкости; и разделение хлорида калия и глазерита с использованием разницы плотностей указанных соединений калия.

Плотность тяжелой жидкости может составлять от 2,3 до 2,4.

При смешивании соединения калия и тяжелой жидкости массовое отношение соединения калия может составлять от 0,1 до 0,4 в расчете на тяжелую жидкость.

Извлечение сульфата калия из отделенного глазерита может включать: смешивание отделенного глазерита и насыщенного водного раствора хлорида калия, для проведения перемешивания; и извлечение сульфата калия из глазерита.

Полезные эффекты

Можно обеспечить организацию процесса и устройство для выделения из солевого раствора только общей массы соединений калия (KCl, Na₂SO₄⋅3K₂SO₄), для проведения разделения и извлечения; и получения хлорида калия (KCl) и сульфата калия (K₂SO₄) в виде отдельных фаз из извлеченных соединений калия.

Кроме того, можно обеспечить непрерывную конфигурацию процесса с целью коммерциализации в крупном масштабе, а также способ решения проблемы коррозии оборудования вследствие применения солевого раствора с высокой концентрацией.

Описание чертежей

Фиг. 1А и 1В представляют общую технологическую схему устройства для получения соединений калия по одному из примеров воплощения изобретения.

Фиг. 2 представляет в подробностях вид устройства непрерывного действия для извлечения массы соединений калия по Фиг. 1.

Фиг. 3 представляет схему устройства для непрерывного действия для проведения флотации и сортировки соединений калия по Фиг. 2.

Фиг. 4 представляет в подробностях вид устройства непрерывного действия для разделения и сортировки соединений калия по Фиг. 1.

Фиг. 5 представляет схему устройства непрерывного действия по Фиг. 4 для сортировки соединений калия по плотности.

Фиг. 6 представляет в подробностях схему устройства непрерывного действия для конверсии сульфата калия по Фиг. 1.

Фиг. 7 представляет схему реактора непрерывного действия для получения сульфата калия по Фиг. 6.

Режим осуществления изобретения

Далее будут подробно описаны примеры воплощения изобретения. Однако эти примеры воплощения являются лишь иллюстративными, и не должны толковаться как ограничивающие изобретение; и изобретение определяется только объемом формулы изобретения, как будет описано ниже.

Устройство для получения соединения калия по примеру воплощения изобретения может представлять собой не подверженное коррозии устройство непрерывного действия для получения соединений калия из солевого раствора в виде отдельной фазы.

Более конкретно устройство может включать: устройство непрерывного действия для проведения предварительной обработки для осуществления дробления, измельчения, разделения частиц по размерам и т.п. для обработки смешанного солевого сырья (NaCl, KCl, Na₂SO₄⋅3K₂SO₄ и т.п.), полученного посредством селективного самопроизвольного испарения так, что оно имеет размеры частиц, позволяющие легко провести отделение и сортировку после того, как литий (Li), магний (Mg), кальций (Са) и т.п. извлечены из солевого раствора; устройство непрерывного действия для извлечения общей массы соединений калия, непрерывно отделяющее и извлекающее в общей массе только соединения калия (KCl, Na₂SO₄⋅3K₂SO₄) из предварительно обработанного смешанного солевого сырья; устройство непрерывного действия для разделения и сортировки соединений калия, непрерывно разделяющее и сортирующее хлорид калия (KCl) и глазерит (Na₂SO₄⋅3K₂SO₄) в виде отдельных фаз, из полученных соединений калия (KCl, Na₂SO₄⋅3K₂SO₄); и устройство непрерывного действия для конверсии сульфата калия, извлекающее сульфат калия (K₂SO₄) из отделенного глазерита.

Устройство непрерывного действия для извлечения общей массы соединений калия, для непрерывного отделения и получения общей массы только соединений калия из смешанного солевого сырья, может включать: устройство автоматического добавления сырья, которое содержит запас солевого сырья, насыщенного солевого раствора и флотационного реагента, а затем автоматически непрерывно добавляет их заданные количества в устройство флотации и сортировки; устройство для приготовления суспензии, смешивающее солевое сырье и насыщенный солевой раствор с получением суспензии, и смешивающее с ней флотационный реагент; устройство непрерывного действия для проведения флотации и сортировки соединений калия, подающее пузырьки в раствор суспензии, где смешаны солевое сырье, насыщенный солевой раствор и флотационный реагент, чтобы провести флотацию соединения калия и, таким образом, осуществить сортировку; и устройство непрерывного действия для разделения типа твердое вещество-жидкость, которое проводит разделение типа твердое вещество-жидкость отсортированной суспензии соединения калия и остаточной суспензии, чтобы осуществить разделение на осадок соли и фильтрат (насыщенный солевой раствор).

Когда суспензию получают, смешивая солевое сырье и насыщенный солевой раствор, то для получения раствора суспензии солевое сырье можно добавлять в массовом отношении от 0,1 до 0,2, в расчете на насыщенный солевой раствор.

Насыщенный солевой раствор может представлять собой солевой раствор в состоянии, когда из него удалены литий, магний и кальций.

В качестве флотационного реагента для отделения от смешанного солевого сырья только массы соединений калия можно использовать додецилсульфат натрия. Однако флотационный реагент не ограничен этим соединением.

В данном случае флотационный реагент можно добавлять в массовом отношении от 0,01 до 0,05, в расчете на жидкую суспензию. Однако массовое отношение этим не ограничено.

Устройство непрерывного действия для проведения флотации и сортировки соединений калия может включать: множество ячеек, в которых проводят сортировку; диффузор, организованный в каждой из ячеек, для всасывания, при вращении, наружного воздуха, и формирования таким образом мелких пузырьков в растворе суспензии; скребок, извлекающий всплывшее соединение калия; и устройство, способствующее проведению флотации, которое подает ультразвуковые колебания на нижний конец ячейки для повышения эффективности разделения и чистоты.

В этом случае траектории движения потоков в ячейке для разделения и сортировки могут быть связаны друг с другом, чтобы пропускать раствор суспензии, разделение которой еще не завершено, в следующую ячейку; таким образом проводя дополнительное отделение, а раствор суспензии после разделения и сортировки можно пропустить в следующую ячейку, для повышения чистоты соединений калия.

Кроме того, диффузор может включать регулировочный клапан для забора воздуха, для регулирования количества пузырьков.

В этом случае скорость вращения диффузора может изменяться от 10 до 200 об/мин.

Насыщенный солевой раствор, полученный при проведении разделения типа твердое вещество-жидкость для отсортированной суспензии соединений калия и остаточной суспензии, можно направить в емкость для хранения насыщенного солевого раствора, для рециркулирования.

Устройство непрерывного действия для разделения и сортировки соединений калия, непрерывно разделяющее и сортирующее хлорид калия и глазерит в виде отдельных фаз из извлеченного соединения калия, может включать: устройство автоматического добавления сырья, которое содержит запас соединений калия и тяжелой жидкости, и которое автоматически непрерывно добавляет соединения калия и тяжелую жидкость; смеситель, смешивающий добавленные соединения калия и тяжелую жидкость с получением суспензии; устройство непрерывной сортировки соединений калия по плотности, проводящее в непрерывном режиме разделение на хлорид калия и глазерит путем использования разницы плотностей этих соединений калия; и устройство непрерывного действия для проведения разделения типа твердое вещество-жидкость, которое проводит разделение типа твердое вещество-жидкость отсортированных суспензии хлорида калия и суспензии глазерита, чтобы разделить их на хлорид калия, отжатый осадок глазерита и тяжелую жидкость.

Для материалов сырья плотность хлорида калия составляет 1,99, плотность глазерита составляет 2,70, а тяжелая жидкость для разделения этих двух материалов с использованием разности плотностей, может быть получена при смешивании в заданном отношении тетрабромэтана (плотность 2,96) и четыреххлористого углерода (плотность 1,58), представляющих собой органические растворители, так, что суммарная плотность составляет от 2,3 до 2,4.

В этом случае, при смешивании соединений калия и тяжелой жидкости с получением суспензии, соединения калия можно добавлять в массовом отношении от 0,1 до 0,4, в расчете на тяжелую жидкость. Однако массовое отношение не ограничено этой величиной.

Далее заданное количество суспензии, в которой соединения калия смешаны с тяжелой жидкостью, непрерывно добавляют самотеком в устройство для сортировки соединений калия по плотности, и в этом случае добавление можно регулировать с помощью автоматического пропорционального регулирующего клапана.

Суспензия соединений калия может непрерывно втекать, в заданном количестве, в среднюю часть боковой поверхности устройства для разделения соединений калия по плотности; хлорид калия, имеющий низкую плотность, может всплывать, и, таким образом, его отбирают через выпускное отверстие для хлорида калия в верхней части устройства для сортировки по плотности; а глазерит, имеющий высокую плотность, может опускаться, и, таким образом, его можно отбирать через выпускное отверстие для глазерита в нижней части устройства для сортировки по плотности.

Разделенные и отобранные суспензии хлорида калия и глазерита подвергают, в непрерывном режиме, разделению типа твердое вещество-жидкость с использованием устройства для проведения непрерывного разделения типа твердое вещество-жидкость; и извлеченную тяжелую жидкость можно направить в емкость для хранения этой жидкости для повторного использования.

Между тем, устройство непрерывного действия для конверсии сульфата калия, которое извлекает сульфат калия из отделенного глазерита, может состоять из: устройства автоматического добавления сырья, которое автоматически добавляет, в заданном количестве, глазерит и насыщенный водный раствор хлорида калия; реактор непрерывного действия для получения сульфата калия, непрерывно производящий сульфат калия из глазерита; и устройство непрерывного действия для разделения типа твердое вещество-жидкость, которое после завершения реакции проводит разделение типа твердое вещество-жидкость для суспензии сульфата калия, чтобы получить осадок сульфата калия.

Реактор непрерывного действия для получения сульфата калия может состоять из реакционной емкости, состоящей из первой реакционной емкости А и второй реакционной емкости В, и реакционного смесителя непрерывного действия, размещенного в нижних частях этих двух реакционных емкостей для того, чтобы перемешивать суспензию и, таким образом, вызывать реакцию посредством высокоскоростного перемешивания.

В случае реакционной емкости реакционная емкость А может быть выполнена так, что суспензия поступает в верхнюю часть реакционной емкости А, а выпускное отверстие находится в нижней части перегородки, расположенной между реакционной емкостью А и реакционной емкостью В, чтобы дать суспензии возможность перетекать из реакционной емкости А в реакционную емкость В; а реакционная емкость В может быть выполнена так, что выпускное отверстие находится в верхней части перегородки, на противоположной стороне перегородки по отношению к реакционной емкости А, чтобы дать возможность суспензии, втекающей в емкость В из реакционной емкости А, вытекать наружу.

Реакционный смеситель непрерывного действия может быть выполнен так, что часть суспензии, вытекающей из реакционной емкости А в реакционную емкость В, поступает из нижней части реакционной емкости В, вызывает реакцию посредством высокоскоростного перемешивания и ее возвращают снова в верхнюю часть реакционной емкости А.

Соответственно, реактор непрерывного действия для получения сульфата калия может иметь структуру, при которой суспензия втекает в верхнюю часть реакционной емкости А, протекает через проход, сформированный в нижней части перегородки между двумя реакционными емкостями, в реакционную емкость В, и снова вытекает наружу через выпускное отверстие в верхней части реакционной емкости В; но часть суспензии из реакционной емкости В снова возвращают в реакционную емкость А с помощью реакционного смесителя непрерывного действия.

Реакционный смеситель непрерывного действия может иметь структуру, при которой количество поступающей и выходящей суспензии регулируют посредством регулирования числа оборотов, чтобы регулировать количество суспензии, возвращаемой из реакционной емкости В в реакционную емкость А, таким образом регулируя общую скорость переработки в реакторе.

Для увеличения эффективности переработки реактор непрерывного действия для получения сульфата калия может иметь структуру, при которой множество реакторов соединено последовательно.

Суспензию сульфата калия, полученную с помощью реактора непрерывного действия для получения сульфата калия, можно непрерывно подвергать разделению типа твердое вещество-жидкость, с использованием устройства для разделения типа твердое вещество-жидкость, и полученный насыщенный водный раствор хлорида калия можно направлять в емкость для хранения, для рециркулирования.

Кроме того, все устройства, контактирующие с солевым раствором, могут быть изготовлены из ПВХ, ПЭ, фиброармированного пластика (ФАП) и т.п., для предотвращения коррозии.

Далее будут подробно описаны предпочтительные примеры воплощения данного изобретения, со ссылкой на сопровождающие иллюстрирующие чертежи.

Рабочие взаимосвязи некорродирующего устройства непрерывного действия для получения соединений калия в виде единой фазы из солевого раствора, которое имеет вышеупомянутую структуру, будут описаны ниже.

Во-первых, если солевой раствор, из которого удалены литий (Li), магний (Mg) и кальций (Са), самопроизвольно испарить, осаждается смешанное солевое сырье (NaCl, KCl, Na₂SO₄⋅3K₂SO₄ и т.п.); и для подготовки сырья это осажденное смешанное солевое сырье отделяют, сушат и измельчают. Далее получают насыщенный водный раствор хлорида натрия (NaCl) и хлорида калия (KCl), чтобы предотвратить растворение солевого сырья водой, добавленной для получения суспензии солевого сырья. Кроме того, приготовляют додецилсульфат натрия в качестве флотационного реагента.

Каждый из материалов - порошок солевого сырья, насыщенный солевой раствор и флотационный реагент, помещают в емкость для хранения; непрерывно добавляют в заданном количестве в устройство для приготовления суспензии через автоматический дозатор, и в достаточной степени перемешивают, посредством высокоскоростного смешивания, чтобы удовлетворительным образом нанести флотационный раствор на поверхности частиц солевого сырья.

Если солевое сырье, насыщенный солевой раствор и флотационный реагент достаточно перемешаны в устройстве для приготовления суспензии, флотационный реагент наносят только на поверхности частиц соединения калия (K), за счет поверхностных электрических зарядов частиц солевого сырья; и частицы, на которые нанесен флотационный реагент, обладают гидрофобностью.

Раствор суспензии солевого сырья, предварительно обработанный флотационным реагентом, непрерывно подают, с использованием суспензионного насоса, в первую ячейку устройства для проведения флотации и сортировки соединений калия.

Устройство непрерывного действия для проведения флотации и сортировки соединений калия состоит по меньшей мере из двух ячеек, и в каждой ячейке обеспечен диффузор, позволяющий воздуху втекать в эти ячейки путем создания вакуума при вращении в растворе и образующий пузырьки поступающего воздуха. В этом диффузоре количество поступающего воздуха можно регулировать с помощью регулирующего клапана для поступающего воздуха, а количество поступающего воздуха и количество образующихся пузырьков можно регулировать путем изменения скорости вращения в диапазоне от 10 до 200 об/мин.

Кроме того, в нижней части ячейки обеспечено устройство, способствующее проведению флотации, быстро разделяющее в растворе частицы соединений калия (K) и хлорида натрия (NaCl) с помощью ультразвуковых колебаний, для повышения выхода и чистоты соединений калия.

Если пузырьки генерируют с помощью диффузора в нижней части суспензии солевого сырья, подаваемой в первую ячейку устройства непрерывного действия для проведения флотации и сортировки соединений калия, пузырьки всплывают в верхнюю часть жидкой суспензии и прилипают к частицам соединений калия (K), которые обладают гидрофобностью, сообщенной им флотационным реагентом; и, таким образом, частицы и пузырьки всплывают совместно.

Всплывшие соединения калия (K) извлекают скребком; оставшуюся суспензию пропускают через проход, образованный в боковой поверхности ячейки, во вторую ячейку; и соединения калия, которые не были полностью извлечены в первой ячейке, снова извлекают во второй ячейке, посредством такой же операции, как и в первой. Таким же способом соединения калия, находящиеся в суспензии, извлекают на 90% или более тем же способом при прохождении через третью и через четвертую ячейку, и количество ячеек может быть дополнительно увеличено, для дополнительного увеличения степени извлечения.

Между тем, извлеченные соединения калия могут поступать в ячейку для промывки, чтобы еще раз подвергнуть их такой же обработке, как в ячейке для разделения и сортировки, и, таким образом, повысить чистоту.

В извлеченной и полностью промытой суспензии соединений калия осадок соединения калия отделяют с помощью устройства непрерывного действия для разделения типа твердое вещество-жидкость, а оставшийся фильтрат - насыщенный солевой раствор - снова рециркулируют в процесс.

Между тем, остаточную суспензию, оставшуюся после извлечения соединений калия, идентичным образом разделяют на осадок хлорида натрия (NaCl) и насыщенный солевой раствор с помощью устройства непрерывного действия для разделения типа твердое вещество-жидкость, и насыщенный солевой раствор рециркулируют в ходе процесса.

Извлеченные соединения калия направляют в устройство непрерывного действия для разделения и сортировки соединений калия, чтобы разделить их на хлорид калия и глазерит в виде отдельных фаз, и таким образом извлечь.

Осадок соединений калия, извлеченный с помощью устройства непрерывного действия для извлечения массы соединений калия, непрерывно добавляют, совместно с предварительно приготовленной тяжелой жидкостью, при заданной скорости добавления, в смеситель устройства непрерывного действия для разделения и сортировки соединений калия, чтобы однородно перемешать их в смесителе посредством мешалки.

В этом случае используемую тяжелую жидкость приготавливают так, чтобы она имела плотность от 2,3 до 2,4, что представляет собой промежуточное значение плотностей двух материалов, чтобы максимизировать эффективность разделения хлорида калия (плотность 1,99) и глазерита (плотность 2,70); и можно приготовить эту тяжелую жидкость так, что она имеет желаемую плотность, путем смешивания в заданном отношении тетрабромэтана (плотность 2,96) и четыреххлористого углерода (плотность 1,58), которые представляют собой органические растворители.

В смесителе однородно смешанную суспензию соединений калия добавляют самотеком, с заданной скоростью, в устройство непрерывного действия для сортировки соединений калия по плотности.

В этом случае скорость добавления суспензии для установления условий разделения можно регулировать посредством автоматического пропорционального регулирующего клапана, установленного в нижней части смесителя.

В суспензии соединений калия, добавляемой с заданной скоростью в устройство непрерывного действия для сортировки соединений калия по плотности, частицы хлорида калия всплывают в верхнюю часть благодаря разнице плотностей, и всплывшую суспензию хлорида калия отбирают через выпускное отверстие в верхней части.

Кроме того, частицы глазерита, имеющие высокую плотность, опускаются в нижнюю часть, и опустившуюся в нижнюю часть суспензию глазерита отбирают через выпускное отверстие, расположенное в нижней части.

Каждая из суспензий хлорида калия и глазерита, отобранных из выпускных отверстий верхней и нижней частей устройства непрерывного действия для сортировки по плотности соединений калия, поступает в устройство непрерывного действия для разделения типа твердое вещество-жидкость, чтобы получить хлорид калия и глазерит в состоянии осадка и дать возможность отделенной тяжелой жидкости стечь в емкость для хранения тяжелой жидкости и, таким образом, рециркулировать ее.

В данном случае извлеченный осадок хлорида калия в конечном счете вводят в коммерческий оборот, а осадок глазерита, извлеченный одновременно с ним, направляют в конвертер непрерывного действия для получения сульфата калия, чтобы выделить сульфат калия в виде отдельной фазы.

Отжатый осадок глазерита пептизируют совместно с полученным ранее насыщенным водным раствором хлорида калия в емкости для хранения, чтобы получить суспензию, и эту суспензию непрерывно добавляют, с заданной скоростью, в верхнюю часть реакционной емкости А реактора непрерывного действия для получения сульфата калия.

Добавленную суспензию глазерита перемещают, через выпускное отверстие в нижней части перегородки, расположенной между реакционной емкостью А и реакционной емкостью В, в реакционную емкость В.

Часть суспензии, которую перемещают в реакционную емкость В, проходит в следующую реакционную емкость через выпускное отверстие, размещенное в верхней части перегородки, расположенной на стороне, противоположной перегородке реакционной емкости А, а оставшаяся часть суспензии поступает в смеситель непрерывного действия для проведения реакции через впускное отверстие, расположенное в нижней части реакционной емкости В.

Суспензия, поступающая в смеситель непрерывного действия, вызывает реакцию извлечения сульфата калия посредством перемешивания с высокой скоростью, и ее возвращают через впускное отверстие, расположенное в верхней части реакционной емкости А, в реакционную емкость А.

Реактор непрерывного действия для получения сульфата калия может регулировать общую скорость перемещения суспензии путем перемещения части суспензии, перемещенной в следующую реакционную емкость, как описано выше, обратно в предыдущую реакционную емкость, и посредством этого можно обеспечить время реакции, необходимое для извлечения сульфата калия.

Регулирование скорости перемещения суспензии можно осуществить путем регулирования числа оборотов реакционного смесителя непрерывного действия, чтобы регулировать количество суспензии, возвращаемой в предшествующую реакционную емкость.

Как описано выше, для образования реактора в целом множество реакторов непрерывного действия для получения сульфата калия, состоящих из реакционной емкости А, реакционной емкости В и реакционного смесителя, можно соединить последовательно.

Из суспензии, отобранной из конечной реакционной емкости реактора непрерывного действия для получения сульфата калия, получают отжатый осадок сульфата калия с помощью устройства для разделения типа твердое вещество-жидкость, и вводят его в коммерческий оборот.

Кроме того, насыщенный водный раствор хлорида калия, полученный после разделения типа твердое вещество-жидкость, можно направить в емкость для хранения, для рециркулирования.

В то время как данное изобретение описано в связи с тем, что в настоящее время рассматривают как практический пример воплощения, следует понимать, что данное изобретение не ограничено описанными примерами воплощения, но, напротив, предполагают, что оно охватывает различные модификации и эквивалентные примеры воплощения, которые включены в сущность и объем прилагаемой формулы изобретения.

Перечень обозначений

3-1: Сортировочная ячейка устройства непрерывного действия для извлечения массы соединений калия

3-2: Диффузор

3-3: Скребок

3-4: Устройство, способствующее проведению флотации

5-1: Смеситель

5-2: Перемешивающее устройство

5-3: Автоматический пропорциональный регулирующий клапан

5-4: Устройство непрерывного действия для сортировки соединений калия по плотности

5-5: Выпускное отверстие для хлорида калия

5-6: Выпускное отверстие для глазерита

7-1: Реакционная емкость А

7-2: Реакционная емкость В

7-3: Выпускное отверстие реакционной емкости А

7-4: Выпускное отверстие реакционной емкости В

7-5: Реакционный смеситель непрерывного действия

1. Устройство для получения соединений калия, включающее:

устройство непрерывного действия для проведения предварительной обработки для обработки смешанного солевого сырья, полученного из солевого раствора, с получением размера частиц, пригодного для легкого разделения и сортировки;

устройство непрерывного действия для извлечения общей массы соединений калия, непрерывно отделяющее и извлекающее соединения калия из предварительно обработанного смешанного солевого сырья;

устройство непрерывного действия для разделения и сортировки соединений калия, непрерывно разделяющее и сортирующее хлорид калия и глазерит (Na₂SO₄⋅3K₂SO₄) из извлеченных соединений калия; и

устройство непрерывного действия для конверсии сульфата калия, извлекающее сульфат калия из отделенного глазерита.

2. Устройство по п. 1, в котором устройство непрерывного действия для извлечения общей массы соединений калия включает:

устройство для автоматического добавления сырья, автоматически добавляющее смешанное солевое сырье, насыщенный солевой раствор и флотационный реагент в устройство непрерывного действия для проведения флотации и сортировки соединений калия;

устройство для приготовления суспензии, перемешивающее смешанное солевое сырье и насыщенный солевой раствор с получением суспензии, и смешивающее с ней флотационный реагент;

устройство непрерывного действия для проведения флотации и сортировки соединений калия, подающее пузырьки в суспензию-раствор, в которой смешаны смешанное солевое сырье, насыщенный солевой раствор и флотационный реагент, чтобы вызвать всплывание соединений калия и, таким образом, провести сортировку; и

устройство непрерывного действия для проведения разделения типа твердое вещество-жидкость, осуществляющее разделение типа твердое вещество-жидкость отсортированных соединений калия и остаточной суспензии.

3. Устройство по п. 2, в котором в устройство для приготовления суспензии, перемешивающее смешанное солевое сырье и насыщенный солевой раствор с получением суспензии, и смешивающее с ней флотационный реагент, смешанное солевое сырье добавляют в массовом отношении от 0,1 до 0,2, в расчете на насыщенный солевой раствор.

4. Устройство по п. 2, в котором флотационный реагент представляет собой додецилсульфат натрия.

5. Устройство по п. 4, в котором флотационный реагент добавляют в массовом отношении от 0,01 до 0,05, в расчете на суспензию-раствор.

6. Устройство по п. 2, в котором устройство непрерывного действия для проведения флотации и сортировки соединений калия включает:

множество ячеек, в которых проводят сортировку;

диффузор, обеспеченный в каждой ячейке для всасывания при вращении наружного воздуха и формирования таким образом маленьких пузырьков в суспензии-растворе;

скребок, извлекающий всплывшие соединения калия; и

устройство, способствующее проведению флотации, подающее ультразвуковые колебания на нижний конец ячейки для повышения эффективности разделения и чистоты.

7. Устройство по п. 6, в котором ячейка имеет структуру, в которой траектории движения потоков соединены друг с другом для подачи суспензии-раствора, сортировка которой не завершена, в следующую ячейку, и, таким образом, осуществления ее дополнительной сортировки; и в котором отделенную и отсортированную суспензию-раствор подают в следующую ячейку для повышения чистоты соединения калия.

8. Устройство по п. 6, в котором диффузор включает клапан для регулирования поступающего потока воздуха, посредством которого регулируют количество пузырьков.

9. Устройство по п. 6, в котором скорость вращения диффузора составляет от 10 до 200 об/мин.

10. Устройство по п. 2, в котором фильтрат, отделенный с помощью устройства непрерывного действия для разделения типа твердое вещество-жидкость, проводящего разделение типа твердое вещество-жидкость отсортированных соединений калия и остаточной суспензии, содержит насыщенный солевой раствор, и в котором фильтрат, содержащий насыщенный солевой раствор, повторно используют в устройстве автоматического добавления сырья.

11. Устройство по п. 1, в котором устройство непрерывного действия для разделения и сортировки соединений калия включает:

устройство автоматического добавления сырья, автоматически добавляющее соединения калия и тяжелую жидкость в смеситель;

смеситель, смешивающий добавленные соединения калия и тяжелую жидкость с получением суспензии;

устройство непрерывного действия для сортировки по плотности соединений калия, непрерывно разделяющее хлорид калия и глазерит путем использования разницы плотностей указанных соединений калия; и

устройство непрерывного действия для разделения типа твердое вещество-жидкость, проводящее разделение типа твердое вещество-жидкость отсортированных хлорида калия и глазерита.

12. Устройство по п. 11, в котором плотность тяжелой жидкости составляет от 2,3 до 2,4.

13. Устройство по п. 11, в котором в смесителе, смешивающем добавленные соединение калия и тяжелую жидкость с получением суспензии, массовое отношение соединений калия составляет от 0,1 до 0,4 в расчете на тяжелую жидкость.

14. Устройство по п. 11, в котором смеситель дополнительно включает автоматический пропорциональный регулирующий клапан для регулирования количества суспензии, добавленной с заданной скоростью в устройство непрерывного действия для сортировки соединений калия по плотности.

15. Устройство по п. 11, в котором суспензия соединений калия непрерывно втекает в промежуточную область устройства для сортировки соединений калия по плотности, и в котором указанное устройство дополнительно включает:

выпускное отверстие для хлорида калия в верхней части устройства для проведения сортировки по плотности, к которому всплывает хлорид калия, имеющий малую плотность, и через которое его отбирают; и

выпускное отверстие для глазерита в нижней части устройства для проведения сортировки по плотности, к которому опускается глазерит, имеющий большую плотность, и через которое его отбирают.

16. Устройство по п. 11, в котором фильтрат, отделенный путем проведения разделения типа твердое вещество-жидкость отсортированных хлорида калия и глазерита с помощью устройства непрерывного действия для разделения типа твердое вещество-жидкость, включает тяжелую жидкость, и в котором фильтрат, включающий тяжелую жидкость, повторно используют в устройстве автоматического добавления сырья, автоматически добавляющем соединения калия и тяжелую жидкость в смеситель.

17. Устройство по п. 1, в котором устройство непрерывного действия для конверсии сульфата калия, извлекающее сульфат калия из отделенного глазерита, включает:

устройство автоматического добавления сырья, непрерывно добавляющее отделенный глазерит и насыщенный водный раствор хлорида калия;

реактор непрерывного действия для получения сульфата калия, производящий сульфат калия из глазерита; и

устройство разделения типа твердое вещество-жидкость, проводящее разделение типа твердое вещество-жидкость для полученного сульфата калия.

18. Устройство по п. 17, в котором реактор непрерывного действия для получения сульфата калия, производящий сульфат калия из глазерита, включает

первую реакционную емкость, вторую реакционную емкость, и

реакционный смеситель непрерывного действия, расположенный в нижних частях первой и второй реакционных емкостей, чтобы дать суспензии возможность поступить в реактор, а затем провести перемешивание и, таким образом, вызвать реакцию.

19. Устройство по п. 18, в котором первая реакционная емкость и вторая реакционная емкость включают:

перегородку, расположенную между первой реакционной емкостью и второй реакционной емкостью;

проход для потока, сформированный в нижней части перегородки; и

выпускное отверстие, расположенное в верхней части другой боковой стенки перегородки, в которой сформирован проход для потока,

где первая реакционная емкость выполнена так, что суспензия поступает в верхнюю часть и протекает через проход для потока в нижней части перегородки, расположенной между первой реакционной емкостью и второй реакционной емкостью, из первой реакционной емкости во вторую реакционную емкость; и вторая реакционная емкость выполнена так, что в верхней части другой боковой стенки перегородки предусмотрено выпускное отверстие, чтобы дать возможность суспензии, перетекающей во вторую емкость из первой реакционной емкости, вытекать наружу.

20. Устройство по п. 18, в котором реакционный смеситель непрерывного действия выполнен так, что часть суспензии, которая поступает из нижней части второй реакционной емкости, перемешивают, чтобы вызвать реакцию, и возвращают в верхнюю часть первой реакционной емкости.

21. Устройство по п. 20, в котором в реакционном смесителе непрерывного действия количество поступающей и выходящей суспензии регулируют с помощью регулирования числа оборотов.

22. Устройство по п. 17, в котором реактор непрерывного действия для получения сульфата калия имеет структуру, в которой множество реакторов соединено последовательно.

23. Устройство по п. 17, в котором фильтрат, отделенный с помощью устройства разделения типа твердое вещество-жидкость, проводящего разделение типа твердое вещество-жидкость для полученного сульфата калия, включает насыщенный водный раствор хлорида калия, и в котором фильтрат, включающий насыщенный водный раствора хлорида калия, повторно используют в устройстве автоматического добавления сырья, непрерывно добавляющем отделенный глазерит и насыщенный водный раствор хлорида калия.

24. Способ извлечения соединений калия из солевого раствора, включающий:

приготовление солевого раствора;

удаление лития, магния и кальция из солевого раствора с получением смешанного солевого сырья;

перемешивание смешанного солевого сырья и насыщенного солевого раствора с получением суспензии, и смешивание с ней флотационного реагента;

подачу пузырьков в суспензию, в которой смешаны смешанное солевое сырье, насыщенный солевой раствор и флотационный реагент, для селективного извлечения соединений калия;

разделение и сортировку хлорида калия и глазерита (Na₂SO₄⋅3K₂SO₄) из извлеченных соединений калия; и

извлечение сульфата калия из отделенного глазерита.

25. Способ по п. 24, в котором при перемешивании смешанного солевого сырья и насыщенного солевого раствора для получения суспензии, и смешивании с ней флотационного реагента, смешанное солевое сырье добавляют в массовом отношении от 0,1 до 0,2 в расчете на насыщенный солевой раствор.

26. Способ по п. 24, в котором флотационный реагент представляет собой додецилсульфат натрия.

27. Способ по п. 24, в котором, при перемешивании смешанного солевого сырья и насыщенного солевого раствора для получения суспензии и смешивании с ней флотационного реагента, флотационный реагент добавляют в массовом отношении от 0,01 до 0,05 в расчете на суспензию.

28. Способ по п. 24, в котором разделение и сортировка хлорида калия и глазерита (Na₂SO₄⋅3K₂SO₄) из извлеченных соединений калия включает:

смешивание соединений калия и тяжелой жидкости; и

разделение хлорида калия и глазерита с использованием разности плотностей указанных соединений калия.

29. Способ по п. 28, в котором плотность тяжелой жидкости составляет от 2,3 до 2,4.

30. Способ по п. 28, в котором при смешивании соединений калия и тяжелой жидкости массовое отношение соединений калия составляет от 0,1 до 0,4 в расчете на тяжелую жидкость.

31. Способ по п. 24, в котором извлечение сульфата калия из отделенного глазерита включает:

смешивание отделенного глазерита и насыщенного водного раствора хлорида калия для проведения перемешивания; и

извлечение сульфата калия из глазерита.