Способ получения сульфата калия

 

Изобретение относится к технике получения сульфата калия. Согласно изобретению сульфатные соли предварительно растворяют. В раствор добавляют сульфат калия до отношения жидкого к твердому, равного 5-10, и полученную суспензию обрабатывают без нагревания калийсодержащими карбонатными продуктами, взятыми в соотношении поташа к сульфату натрия, равном 4 - 5:1. Сульфатные соли используют в виде сульфата натрия, глазерита либо сульфата натрия с примесью соды. Изобретение позволяет упростить процесс и получить сульфат калия улучшенного гранулометричсского состава. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технике получения сульфата калия конверсией сульфата натрия или солей, содержащих сульфат натрия (содосульфатная смесь, глазерит) с карбонатом калия, калийсодержащими карбонатными растворами (содопоташные растворы глиноземного производства).

Известен способ получения сульфата калия конверсией сульфатов натрия и калия глиноземного производства хлоридом калия, который используется в качестве калийсодержащего сырья (см. а. с. СССР N 106048, кл. C 01 D 5/00, 1955). В связи с вводом в процесс хлорид-иона необходимо из системы выводить хлорид натрия, что существенно усложняет технологию и ведет к ухудшению качества всей продукции.

Предлагаемое изобретение позволяет упростить процесс и получить целевой продукт с улучшенными физико-механическими свойствами за счет его укрупнения. Это достигается тем, что в отличие от известного способа, включающего обработку сульфатных солей калийсодержащими карбонатными растворами с выделением сульфата калия, сульфатные соли (сульфат натрия, глазерит, сульфат натрия с примесью соды) предварительно растворяют, в раствор добавляют сульфат калия до Ж:Т = 5 - 10, полученный после фильтрации, и полученную суспензию обрабатывают без нагревания калийсодержащими карбонатными продуктами, взятыми в количестве 4-5 от стехиометрического соотношения поташа к сульфату натрия (K₂CO₃:Na₂SO₄ = 4-5:1).

Сущность способа состоит в следующем: В отличие от известного способа сульфатные соли растворяют в воде при температуре не выше 40^oC, так как максимальная растворимость сульфата натрия наблюдается при температуре 32,8^oC и при дальнейшем повышении температуры растворимость сульфата натрия падает. Если в сульфатных солях присутствуют нерастворимые в воде примеси, то их отделяют от раствора сгущением или фильтрованием. В полученный однородный раствор добавляют сульфат калия, полученный на последующей стадии процесса с получением суспензии с Ж:Т = 5 - 10. В пусковой период может быть использован сульфат калия, образующийся в глиноземном производстве, или другой продукт. Далее полученную суспензию обрабатывают калийсодержащими карбонатными продуктами без дополнительного нагрева и охлаждения.

Добавление в раствор сульфатных солей сульфата калия до Ж:Т = 5-10 в виде кристаллического продукта способствует образованию целевого продукта с улучшенными физико-механическими свойствами за счет укрупнения кристаллов сульфата калия, так как ретур сульфата калия позволяет создать центры кристаллизации при образовании целевого продукта в процессе взаимодействия раствора сульфатных солей с калийсодержащими карбонатными продуктами. Добавление в раствор сульфатных солей сульфата калия осуществляется в виде отфильтрованного продукта с содержанием маточного раствора 8 - 10% либо в виде сгущенной суспензии с Ж: Т 0,7-1,0. Добавление маточного раствора - жидкого продукта взаимодействия исходного сырья - способствует разбавлению раствора сульфатных солей, снижению движущей силы процесса образования сульфата калия, а следовательно, способствует укрупнению кристаллов целевого продукта. При добавлении сульфата калия в раствор сульфатных солей до содержания его в суспензии с Ж:Т свыше 10 происходит повышение в целевом продукте содержания пылевидных фракций (менее 0,1 мм), а при содержании в исходной суспензии сульфата калия до Ж:Т менее 5 наблюдается незначительное укрупнение продукта, однако возрастают нагрузки на валу перемешивающего устройства и энергозатраты на ретур и фильтрацию.

В качестве калийсодержащего карбонатного сырья используют поташ, маточные растворы после отделения поташа, маточные растворы после отделения сульфата калия в глиноземном производстве и др. В случае использования поташа его можно добавлять в реакционную массу как в сухом виде, так и в виде раствора.

В отличие от известного способа, где доля поташа в калийсодержащих карбонатных растворах находится на уровне молярного содержания калия от суммы щелочей 75 - 98%, по предлагаемому способу сульфатные соли обрабатывают калийсодержащими карбонатными продуктами, взятыми в количестве 4-5 от стехиометрического соотношения поташа к сульфату натрия (K₂CO₃:Na₂SO₄=4-5: 1). Предлагаемый способ позволяет получать сульфат калия с использованием калийсодержащих карбонатных растворов, в которых содержание поташа может меняться в широких пределах и при низком содержании в растворах поташа заданное количество сульфата калия может быть получено за счет увеличения расхода этого раствора. Снижение доли поташа менее 4 ведет к постепенному повышению содержания сульфатов в маточном растворе, а повышение его доли свыше 5 существенного влияния на содержание сульфат-иона в маточном растворе не оказывает.

Способ осуществляется следующим образом.

Сульфатные соли, представленные в виде сульфата натрия, глазерита либо сульфата натрия с примесью содопродуктов растворяют в воде при температуре 30 - 40^oC. При наличии в сульфатных солях нерастворимых в воде примесей их отделяют сгущением или фильтрацией. В осветленный раствор добавляют сульфат калия до Ж:Т = 5 - 10 в виде отфильтрованного продукта с содержанием маточного раствора 8 - 10%, либо в виде сгущенной суспензии с Ж:Т = 0,7-1,0, а затем обрабатывают без нагревания калийсодержащим карбонатным продуктом (поташом, маточным раствором после отделения поташа и т.п.), взятым в количестве 4-5 от стехиометрического соотношения поташа, к сульфату натрия (K₂CO₃:Na₂SO₄ = 4-5:1).

Полученную суспензию фильтруют, либо сгущают и фильтруют, часть отфильтрованного либо сгущенного сульфата калия возвращают в голову процесса, а жидкую фазу используют в цикле производства глинозема и содопродуктов.

Пример 1.

В соответствии с известным способом получили сульфат калия, имеющего следующий химический и гранулометрический состав: массовая доля K₂SO₄ - 90,0% (48,6% K₂O) влага - 5,8% массовая доля фракций +0,1 меш - 60,5% -0,1 меш - 39,5% Пример 2.

200 мас. ч. сульфата натрия, содержащего 99,4% Na₂SO₄, 0,2% NaCl, 0,4% нерастворимого остатка, 0,02% Mg²⁺, 0,1% H₂O, растворили в воде при температуре 35^oC с получением в осветленном растворе 29,3% Na₂SO₄. В половину раствора добавили 482,8 мас. ч. поташа состава 97,5% K₂CO₃, 0,2% Na₂CO₃, 0,02% Cl^-, 0,3% SO₄^2- в пересчете на сухое вещество с общей влажностью образца 17,8%. Полученный сульфат калия отфильтровали; содержание в нем K₂SO₄ - 90,1%, остальное - маточный раствор. Во вторую половину раствора сульфата натрия добавили отфильтрованный сульфат калия с образованием суспензии с Ж:Т = 5, после чего обработали в течение 40 минут суспензию 482,8 мас.ч. поташа, взятого в количестве 4 от стехиометрического соотношения поташа (в пересчете на 100%) к 100%-ному сульфату натрия, содержащегося в растворе. Суспензию отфильтровали с получением сульфата калия, имеющего следующий химический и гранулометрический состав: массовая доля сульфата калия - 90,5%, влага - 5,8%
Массовая доля фракций
+0,1 меш - 87,8%
-0,1 меш - 12,2%
Пример. 3.

В отличие от примера 2 в качестве сульфатных солей взяли глазерит состава: 66,4% K₂SO₄, 24,9% Na₂SO₄, 1,2% NaCl, 7,5% H₂O.

На 100 мас.ч. глазерита добавили 257 мас.ч. воды, а затем в полученную суспензию сульфата калия в глазеритовом растворе добавили суспензию сульфата калия с Ж:Т = 1 с получением общего Ж:Т суспензии 10. Суспензию обработали поташом, взятым в количестве 4 от стехиометрического соотношения K₂CO₃: Na₂SO₄.

Суспензию отфильтровали с получением сульфата калия в количестве 114,5 в. ч. следующего химического и гранулометрического состава:
массовая доля K₂SO₄ - 90,6%, влага - 5,5%
массовая доля фракций
+0,1 меш - 91,2%
-0,1 меш - 8,8%
Пример 4.

В отличие от примера 2 в качестве сульфатных солей использовали щелочной сульфат натрия с содержанием соды 20%, поташа 2,5%, а суспензию сульфата калия в сульфатном растворе обработали 598 мас.ч. маточного раствора, полученного после отделения поташа в глиноземном производстве. Получили сульфат калия (90% K₂SO₄, 6,2% H₂O) и маточный раствор следующего состава:
K₂CO₃ - 23,9%
Na₂CO₃ - 10,5%
K₂SO₄ - 0,65%
Al₂O₃ - 1,3%
H₂O - 63,65%
Массовая доля фракций
+0,1 меш - 88,4%
-0,1 меш - 11,6%
Пример 5.

В отличие от примера 2 готовили суспензию с Ж:Т = 4 и Ж:Т = 12. Получили сульфат калия следующего гранулометрического состава:
при Ж:Т = 4
Массовая доля фракций:
+0,1 меш - 91,9%
-0,1 меш - 8,1%
при Ж:Т = 12
Массовая доля фракций:
+0,1 меш - 67,5%
-0,1 меш - 32,5%
Пример 6.

В отличие от примера 2 в качестве калийсодержащего карбонатного раствора взяли маточный раствор глиноземного производства после отделения сульфата калия состава, г/л: Na₂O_общ - 248; Na₂O_ку - 3,72; Al₂O₃ - 1,89; K₂SO₄ - 1,88; Na₂O - 114,6; K₂O - 299,2.

Получили сульфат калия с содержанием в пересчете на сухое вещество K₂SO₄ - 94,7%. Продукт имел фракции -0,1 меш - 10,1%.

Пример 7.

В отличие от примера 2 в качестве калийсодержащего карбонатного сырья использовали двойную соль глиноземного производства, получаемую после кристаллизации соды, следующего состава, мас. доля, %: K₂CO₃ - 54,8; Na₂CO₃ - 42,6; H₂O - 2,6.

Получили сульфат калия с массовой долей K₂SO₄ - 90,2%; H₂O - 5,8%.

Массовая доля фракций -0,1 меш - 12,3%.

Пример 8.

В соответствии с примером 2 осуществили процесс с обработкой суспензии поташом, взятым в количестве 3,5; 4,0; 5,0; 5,5 от стехиометрического соотношения поташа к сульфату натрия.

Получили маточный раствор, содержащий SO₄^2- в количестве:
Отношение в мол. долях K₂SO₄/Na₂SO₄ - Содержание K₂SO₄ в маточном растворе, г/л
3,5 - 21,0
4,0 - 8,7
5,0 - 5,8
5,5 - 5,3
Из приведенных примеров видно, что предлагаемый способ выгодно отличается от известного за счет его упрощения и позволяет получить сульфат калия улучшенного гранулометрического состава.

Формула изобретения

1. Способ получения сульфата калия, отличающийся тем, что сульфатные соли предварительно растворяют, в раствор добавляют сульфат калия до отношения жидкого к твердому, равного 5 - 10, и полученную суспензию обрабатывают без нагревания калийсодержащими карбонатными продуктами, взятыми в соотношении поташа к сульфату натрия, равном 4 - 5 : 1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сульфатные соли используют в виде сульфата натрия, глазерита, либо сульфата натрия с примесью соды.