Технологическая схема процесса

1- бункер с питателем; 2 - ленточный транспортер; 3 - автоматические весы; 4, 5 - шнековые растворители; 6 - шнековая мешалка; 7 - трубчатый подогреватель; 8 - отстойник-сгуститель; 9 - мешалка для глинистого шлама; 10 - центробежные насосы; 11 - сборник солевого шлама; 12 - планфильтр; 13 - вакуум котел; 14, 16 - баки для промывной воды; 15 - барометрический бак; 17 - барометрический конденсатор смешения; 18 - брызгоуловитель; 19, 21 - вакуум-насосы; 20 - поверхностные конденсаторы; 22 - дополнительные конденсаторы; 23 - пароструйные эжекторы; 24 - конденсаторы смешения; 25, 37 - барометрические баки; 26 - горизонтальные кристаллизаторы; 27, 30 - мешалки; 28 - центрефуга; 29 - сгуститель; 31, 32, 35 - баки; 33 - барабанная сушилка; 34 - циклон; 36 - вертикальный вакуум-кристаллизатор (1 ступень).

Рисунок 5.1 - Технологическая схема производства KCl из сильвинита галургическим методом

Перед выщелачиванием сырую руду подвергают дроблению. В калийной промышленности в последние годы применяют дробилки, работающие по принципу ударного действия. Ударные дробилки обладают высокой производительностью; по степени измельчения они превосходят щековые, валковые и обычные молотковые.

На выщелачивание поступает сильвинитовая руда с размерами частиц 1-4 мм. Хлорид калия извлекают из сильвинита горячим (105-115°С) щелоком в двух шнековых растворителях 4 и 5. В первом из них руда и раствор движутся прямотоком, во втором - противотоком. Отвал, выходящий из растворителя 5, дополнительно обрабатывают в шнековой мешалке 6 щелоком при температуре 70°С для более полного извлечения из него KCl и рекуперации тепла отвала. Маточный раствор, содержащийся в отвале после шнековой мешалки, удаляют. Для этого отвал промывают горячей водой на вакуум-план-фильтре 12. Промытый отвал с содержанием 5-6% влаги и 2, 5% KCl удаляют.

Насыщенный горячий (97-107°С) щелок, полученный в отделении растворения, содержит 245-265 г./л KCl, 270 г./л NaCl и взвешенные солевые и глинистые частицы. Осветление щелока проводят в шестиконусном отстойнике-сгустителе 8. При этом в первых двух конусах сгустителя осаждаются преимущественно солевые частицы, а в последующих - глинистые. С целью ускорения осаждения тонких илистых частиц к щелоку добавляют щелочной раствор крахмала или водный раствор полиакриламида. Солевой шлам непрерывно возвращают во второй растворитель 5, а глинистый шлам периодически спускают в мешалку 9. Здесь его обрабатывают горячей водой в соотношении ж: т = 4: 1 и передают далее на противоточную промывку, осуществляемую в 2 - 4 сгустителях Дорра (на рисунке не показаны). Промытый глинистый шлам выбрасывают в отвал, а промывные воды возвращают на растворение в шнековую мешалку 6. Применение противоточной промывки снижает потери хлорида калия с глинистым шламом в 4-5 раз.

Кристаллы KCl выделяются при охлаждении горячего насыщенного раствора в многоступенчатой вакуум-кристаллизационной установке. Для получения крупных кристаллов KCl температуру охлаждаемого раствора снижают постепенно. На отечественных предприятиях применяют обычно 14-ступенчатые вакуум-кристаллизационные установки (ВКУ) с постепенным увеличением вакуума от ступени к ступени. Перепад температур в каждой ступени составляет 4-5°С, скорость охлаждения около 2°С в 1 мин. Горячий насыщенный раствор последовательно перетекает из одной ступени в другую.

В первом вакуум-кристаллизаторе 36 разрежение составляет около 64 кПа, а в последнем 26 - примерно 100 кПа. Вакуум в системе создается с помощью пароструйных эжекторов 23, отсасывающих из кристаллизаторов 26 и 36 паровоздушную смесь. Эта смесь образуется при испарении раствора. Эжекторы установлены на поверхностных конденсаторах 20. В них подают пар давлением 600-700 кПа. Пар из паровоздушной смеси конденсируется в поверхностных конденсаторах 20 в результате теплообмена с оборотным маточным раствором. Раствор при этом нагревается до 65-72°С. Его направляют на растворение сильвинита после предварительного подогрева до 113-115°С в трубчатом подогревателе 7, обогреваемом паром. В результате теплообмена между раствором и соковым паром рекуперируется от 40 до 70% тепла затрачиваемого на нагревание раствора.

Соковый пар из последних пяти ступеней ВКУ не используется для нагревания маточного раствора, а конденсируется в пяти конденсаторах смешения 24, орошаемых водой. Обе линии конденсаторов объединены дополнительными конденсаторами смешения 22 с пароструйными эжекторами 23, соединенными с вакуум-насосом 21.

Конденсат, образующийся в конденсаторах смешения и дополнительных конденсаторах, используют для промывки отвала из растворителей и глинистого шлама. Из последнего вакуум-кристаллизатора пульпу непрерывно удаляют по барометрической трубе в бак 31, а отсюда ее подают на сгущение в шестиконусный отстойник 29.

Осветленный маточный раствор возвращают в цикл растворения.

Сгущенную пульпу хлорида калия с соотношением ж: т = 1: 2 из конусов сгустителя 29 перекачивают насосом в бак с мешалкой 27, откуда она самотеком перетекает для фильтрации в центрифуги 28. В калийной промышленности работают автоматические центрифуги полунепрерывного действия. Для фильтрования пульпы хлорида калия испытывают пульсирующие центрифуги непрерывного действия, по сравнению с центрифугами полунепрерывного действия они отличаются большей эффективностью. С целью снижения слеживаемости KCl перед фильтрованием в пульпу вводят 1%-ный водный раствор гидрохлоридов первичных жирных аминов C₁₆ - С₂₀.

Влажность кристаллов после центрифугирования составляет 5-7%. Кристаллы KCl сушат в прямоточных барабанных сушилках 33 до содержания влаги 0, 5-1%. Температура топочных газов на входе в сушилку 650-800°С, на выходе - 140-160°С. Температура высушенного продукта примерно 100°С. Влагосъем в этих сушилках составляет 35-45 кг/(м³ ∙ ч). Наибольшее применение для сушки хлорида калия в последние годы получили сушилки кипящего слоя, в которых влагосъем достигает 160-250 кг/(м³· ч).

На 1 т 95%-ного KCl образуется 2, 5-3 т отвала.

Получение хлорида калия из карналлитовых руд.

Минерал карналлит KCl-MgCl₂-6H₂O имеет средний химический состав (в%): 19, 7 KCl; 26, 1 MgCl₂ 23, 9 NaCl, 28, 5 Н₂O и 1, 8 нерастворимого остатка.

В настоящее время карналлитовые руды перерабатывают в хлорид калия и искусственный карналлит галургическим методом. Технологические схемы получения KCl включают стадии дробления руды, выщелачивания карналлита, осветления, нагревания, выпарки полученных растворов, вакуум-кристаллизации, отстаивания и фильтрования суспензий и сушки получаемых продуктов.

В отечественной промышленности производство хлорида калия из карналлита не получило широкого распространения, так как экономически более выгодно получать KCl из сильвинита. В настоящее время карналлитовые руды перерабатывают с целью получения искусственного карналлита, который далее используют для производства металлического магния [6].