тами на флотореагенты, то в случае переработки калийных руд с большим со­ держанием глинистого шлама себестоимость может оказаться выше себестои­ мости хлористого калия, получаемого галургическим методом.

В мировой практике обогащения калийных руд используются сочетания различных методов и схем, что позволяет более эффективно осуществлять раз­ деление минеральных компонентов руды и повышать качество готовой продук­ ции. Наиболее широкое промышленное применение получил метод флотации в сочетании с доводочным химическим.

3.3. Получение хлорида калия из сильвинита галургическим способом

Получение хлорида калия из сильвинита галургическим способом осно­ вано на различной растворимости КС1 и NaCl в зависимости от температуры. С повышением температуры растворимость КС1 сильно увеличивается, а раство­ римость NaCl повышается незначительно. При совместном растворении этих солей растворимость КС1 значительно повышается с увеличением температуры, тогда как растворимость NaCl уменьшается (рис. 3.2). Если сильвинит раство­ рять в горячей (100°С) воде, то в раствор будут переходить обе соли, и процесс растворения будет продолжаться до полного насыщения обеими солями - 275 г/л NaCl и 353 г/л КС1.

Рис. 3.2. Зависимость растворимости КС1 и NaCl от температуры

Так как с увеличением температуры растворимость NaCl уменьшается, то при охлаждении раствора из него будет кристаллизоваться только хлорид ка­ лия. При этом после кристаллизации КС1 (в результате охлаждения, например до 25°) в растворе останется то же количество NaCl - 275 г/л и только 170 г/л КС1. Таким образом, 353 - 170 = 183 г КС1 можно выделить в виде кристаллов. Если раствор, оставшийся после отделения кристаллов (маточный раствор), на­ греть до 100°, то он станет недонасыщенным по КС1 и при соприкосновении с новыми порциями сильвинита может растворять КС1, а хлорид натрия при этом останется в твердой фазе. При охлаждении насыщенного раствора из него снова будут выделяться кристаллы КС1. Таким образом, процесс является цикличе­ ским.

3.3.1 Принципиальная схема получения хлорида калия из сильвинита галургическим способом

Принципиальная схема получения КС1 из сильвинита галургическим спо­ собом представлена на рис. 3.3.

сильдинит

фильтрат

готобый продукт

Рис. 3.3. Принципиальная схема получения хлорида калия галургическим способом

Процесс включает следующие стадии:

-дробление сильвинитовой руды с целью раскрытия минералов сильвина

игалита и увеличения площади взаимодействия твердой и жидкой фаз;

-растворение сильвинита с целью наиболее полного разложения сильви­ нита на КС1 и NaCl, то есть получение насыщенного по хлориду калия щелока

игалитового отвала с минимальным содержанием КС1;

-отделение галитового отвала от горячего насыщенного щелока;

-осветление насыщенного щелока от солевого и глинистого шлама;

-противоточная промывка глинистого шлама с целью уменьшения по­ терь хлорида калия с жидкой фазой шламов;

-охлаждение насыщенного раствора с целью кристаллизации из него хлорида калия;

-отделение кристаллов КС1 от маточного раствора и их сушка;

-нагрев маточного раствора, в результате чего он становится недонасьпценным по хлориду калия и возвращается на стадию растворения сильвинита.

3.3.2. Статический анализ получения хлорида калия из сильвинита

Для определения наиболее рациональных режимов данной технологии необходимо провести статический анализ, при котором должна быть рассмот­ рена трехкомпонентная система КС1 - NaCl - Н20.

На рис. 3.4 изображены изотермы растворимости при 25 и 100°С для сис­ темы КС1 - NaCl - Н20 в прямоугольном треугольнике состава, углы которого отвечают 100%-м компонентам, то есть КС1 (т. К), NaCl (т. N) и Н20 (т. О), сто­ роны - двухкомпонентным системам. Любая точка внутри треугольника соот­ ветствует трехкомпонентной системе. Кривые к\Е\ооП\ и k2E2sn2 отвечают изо­ термическим сечениям растворимости при температурах 100 и 25°С. Любая точка внутри поля к\Е\ооК и к2Е25К соответствует системе из твердого хлорида калия и насыщенного этой солью раствора при 25 и 100°С. Иными словами по­ ля к\Е\ооК и к2Е25К представляют собой области кристаллизации хлорида калия при 100 и 25°С. Фигуративные точки внутри полей n\E\00N и n2E25N выражают системы из твердого хлорида натрия и раствора, насыщенного этой солью при 100 и 25°С.

Эвтонические точки Еюо и Е2s отвечают растворам, насыщенным одно­ временно хлористым калием и хлористым натрием при 100 и 25°С.

Фигуративные точки внутри треугольников NE]0oK и NE25K выражают трехфазные системы, состоящие из насыщенного раствора солей КС1 и NaCl и двух твердых солей при 100 и 25°С.

При обработке сильвинита горячим маточником образуется раствор, на­ сыщенный солями хлористого калия и хлористого натрия. На диаграмме рас­ творимости (рис. 3.4) ему отвечает т. Е ш . Если этот раствор подвергнуть охла­ ждению от 100 до 25°С, то при температуре 25°С т. Е т попадает в поле кри­ сталлизации хлорида калия (к2Е25К), то есть при охлаждении насыщенного рас­ твора состава т. Е т образуются твердый хлористый калий и насыщенный рас­ твор состава т. R, образующейся при пересечении соединительной линии КЕт и изотермы растворимости при 25°С. Количество кристаллов КС1 пропорцио­ нально длине отрезка R E m •

Маточный раствор (т. R) после отделения кристаллов хлорида калия по­ дается на выщелачивание сильвинита, состав которого характеризуется точ­ кой S. При взаимодействии раствора (т. R) и сильвинита (т. S) образуются сис­ темы, характеризуемые фигуративными точками на линии SR. Точка т, образо­ вавшаяся в результате пересечения линий RS и E ]0oN9характеризует оптималь­ ное соотношение количеств маточного раствора и сильвинита, поступающих в растворитель.

Из диаграммы видно, что при оптимальном соотношении исходных сильвинита и маточного раствора на выходе из растворителя образуются насы­ щенный раствор состава т. /Гюо и твердая фаза т. N, представляющая собой чис­ тый хлористый натрий, идущий в отвал.

Технологически это соответствует полному разделению сильвинита на чистые хлорид калия и хлорид натрия, так как в отвале будет 100%-й хлори­ стый натрий (т. N), а из насыщенного раствора (т. Еюо) при охлаждении до 25°С, как показано выше, выпадут кристаллы чистого хлорида калия.

К о н ц е н т р а ц и я N a G , % м а с с .

Рис. 3.4. Моделирование процессов растворения сильвинита и последующей кристаллизации охлаждением с помощью диаграммы растворимости системы КС1 - NaCl - Н20

Если маточника подается меньше, чем это требуется по оптимальному со­ отношению, например, т. т и тогда количество фаз определится из соотношения

При температуре 100°С фигуративная точка т\ попала в поле совместной кристаллизации КС1 и N aC l, то есть в поле KEwoN. По правилу соединительной прямой определяем, что на выходе из растворителя система состоит из насы­ щенного раствора т. Еюо и твердой фазы т. Si.

При охлаждении насыщенного раствора т. Е т , как показано выше, выпа­ дут кристаллы хлорида калия, а твердая фаза т. S\ (отвал) представляет собой уже не чистый хлористый натрий, а с примесью хлористого калия. Значит, если маточника брать меньше, чем это необходимо по оптимальному соотношению, не будет достигнуто полного разделения сильвинита, и часть хлорида калия бу­ дет теряться с отвалом.

Если маточного раствора по отношению к определенному количеству сильвинита в растворитель подается больше оптимального соотношения, то со-

став системы будет отвечать, например, точке т2. В результате выщелачивания эта система будет состоять из насыщенного раствора т. Е и твердой фазы т. N (чистый хлорид натрия).

При охлаждении насыщенного раствора состава т. Е до 25°С точка Е по­ падает в поле совместной кристаллизации КС1 и NaCl. Кристаллы хлористого калия и хлористого натрия находятся в равновесии с эвтоническим раствором состава т. E2s, следовательно, для определения состава и количества фаз, обра­ зующихся при охлаждении насыщенного раствора т. Е, через точки Е25 и Е нужно провести соединительную прямую, которая пересечет гипотенузу KN в точке S2. При охлаждении до 25°С система состоит из насыщенного раствора т. Е25 и твердой фазы т. S2. В этом случае кристаллизуется не чистый хлорид ка­ лия, а загрязненный хлоридом натрия.

Таким образом, условиям наиболее полного разделения сильвинита и по­ лучения продукта высокого качества отвечает количественное отношение ма­ точного раствора и сильвинита, определяемое положением точки т.

Так как количество выпавших кристаллов КС1 пропорционально длине отрезка REm , то надо найти такие условия растворения и кристаллизации, ко­ торые бы обеспечили наиболее длинный путь кристаллизации хлорида калия. Изотермы растворимости при температурах, больших, чем 100°С на диаграмме будут располагаться выше линии к\Е\0оК, а при температурах, меньших, чем 25°С - ниже линии к2Е25п2, поэтому при повышении температуры растворения и понижении температуры кристаллизации длина отрезка, характеризующего выход КС1 в твердую фазу, будет увеличиваться. Таким образом, для наиболь­ шего выхода продукта растворение желательно вести при более высокой тем­ пературе, а кристаллизацию - при более низкой.

В вакуум-кристаллизаторе помимо охлаждения происходит самоиспарение части растворителя, за счет чего также может кристаллизоваться соль.

На рис. 3.5 показано графическое моделирование процесса кристаллиза­ ции испарением части растворителя.

Предположим, что одновременно с охлаждением раствора т. £юо испари­ лось такое количество растворителя, что состав начального раствора (т. Е\оо) изменился по лучу испарения (Н20 - Е т ) до фигуративной т. а. При этом ко­ личество испарившейся воды пропорционально длине отрезка Ета. При 25°С фигуративная т. а попадает в поле совместной кристаллизации солей. По пра­ вилу соединительной прямой определяем, что в этом случае система будет со­ стоять из насыщенного раствора т. Е25 и твердой фазы т. £>, примерного состава 83% КС1 и 17% NaCl.

Таким образом, при кристаллизации с испарением части растворителя можно получить хлористый калий с примесью хлористого натрия. Для получе­ ния КС1 без примеси NaCl, необходимо, чтобы количество испарившейся воды не превышало длины отрезка Е т а\. С этой целью в вакуум-кристаллизатор не­ обходимо возвращать часть конденсата.

К о н ц е н т р а ц и я N a C I, % м а с с .

Рис. 3.5. Моделирование процесса кристаллизации испарением части растворителя

3.3.3. Растворение сильвинита

Факторы, влияющие на процесс растворения сильвинита

На стадии растворения происходит выщелачивание КС1 из сильвинита горячим оборотным щелоком, насыщенным хлоридом натрия и ненасыщенным хлоридом калия.

На процесс выщелачивания хлорида калия из сильвинита влияют сле­ дующие факторы.

Степень дробления сильвинита. Дробление способствует раскрытию минералов сильвина и галита. С увеличением степени измельчения руды воз­ растает интенсивность растворения. Однако сильное измельчение нежелатель­ но, так как:

-увеличивается количество солевого шлама (мелкие частицы галита), в результате возрастает нагрузка на отстойники;

-тонкодисперсные частицы сильвина выносятся потоком щелока вместе

ссолевым шламом, что приводит к потерям хлорида калия;

- появление мелких частиц руды связано с раскрытием глинистых компо­ нентов, обладающих тонкой структурой, что резко ухудшает условия осветле­ ния щелоков.

Оптимальный размер частиц - 5 ± 0,25 мм.

Температурный режим играет чрезвычайно важную роль. С повышени­ ем температуры возрастает скорость процесса, так как:

-повышается коэффициент скорости растворения за счет увеличения ко­ эффициента диффузии;

-повышается концентрация насыщения КС1, а, значит, и движущая сила растворения.

Сповышением температуры увеличивается выход хлорида калия с единицы объема циркулирующего щелока, что вызвано ростом растворимости КС1.

Таким образом, с точки зрения и статики, и кинетики процесса темпера­ тура растворения должна быть как можно более высокой. Однако при этом уве­ личивается расход энергии на подогрев раствора. Кроме того, для предотвра­ щения кипения раствора при высокой температуре необходимо использовать растворитель, работающий под давлением, что приведет к увеличению капи­ тальных затрат.

Оптимальная температура процесса выщелачивания КС1 из сильвинита составляет 100°С, температура растворяющего щелока - 110—118°С. Для под­ держания такой температуры используют острый пар.

Направление потоков твердой и жидкой фаз. Чаще всего выщелачива­ ние КС1 осуществляют в трех последовательно работающих растворителях. При этом направление жидкой фазы (растворяющего щелока) и твердой фазы (сильвинитовой руды) может быть различным как по чередованию в аппаратах - внешний прямоток или противоток, так и внутри растворителя - внутренний прямоток или противоток.

Внешний прямоток - руда и щелок движутся прямотоком через аппараты (рис. 3.6). В этом случае в первом растворителе скорость процесса очень высо­ ка, так как поверхность раздела фаз S и движущая сила процесса Дс максималь­ ны. Однако к концу процесса текущая концентрация раствора сх приближается к концентрации насыщения с„, в результате чего движущая сила становится минимальной.

Рис. 3.6. Внешний прямоток

Скорость растворения снижается к концу процесса и за счет уменьшения площади соприкосновения. Такой режим характеризуется невысокой интенсив­ ностью, поэтому в отвале содержится значительное количество КС1, который не успевает раствориться. Для снижения потерь хлорида калия с хвостами в этом случае необходимо повышать время растворения, то есть увеличивать ко­ личество растворителей.