Внешний противоток - последовательность прохождения растворителей рудой и щелоком противоположна (рис. 3.7) - свежая руда контактирует с уже почти насыщенным щелоком (движущая сила в этом случае мала, но макси­ мальна поверхность раздела фаз), а слабый ненасыщенный щелок с уже почти выщелаченным сильвинитом (поверхность раздела фаз минимальна, но велика движущая сила). В этом случае на протяжении всего процесса сохраняется вы­ сокая скорость. Однако при внешнем противотоке увеличивается количество солевого шлама в насыщенном щелоке. Скорость совместного растворения хлорида калия и хлорида натрия одинакова и они совместно достигают состоя­ ния равновесия. Но так как в сильвините хлорида натрия в 2 раза больше, то вначале NaCl переходит в раствор в большем количестве, чем при равновесном растворе, насыщенном обеими солями. Так как процесс на этом не заканчивает­ ся, то при растворении КС1 происходит выделение NaCl в виде мелких кри­ сталлов - солевого шлама. При противотоке интенсивность растворения NaCl тоже велика, поэтому количество солевого шлама в этом случае выше.

Руда _________*

Щелок

Рис. 3.7. Внешний противоток

Для увеличения интенсивности процесса растворения и уменьшения ко­ личества солевого шлама в насыщенном щелоке применяют комбинированную схему (рис. 3.8) - внешний противоток и внутренний прямоток в одном из рас­ творителей (чаще в первом по ходу движения руды).

Рис. 3.8. Комбинированная схема растворения сильвинита

Количественное отношение руда : растворяющий щелок. Если щелока будет меньше оптимального количества, то не весь хлорид калия перейдет в раствор и будет теряться с отвалом. Если же щелока будет больше оптимально­ го количества, то увеличится объем циркулирующего щелока на единицу коли­ чества КС1.

Кроме того, на скорость выщелачивания хлорида калия из сильвинита влияют состав руды, скорость перемешивания, форма аппарата - растворителя.

Технологическая схема отделения растворения

Технологическая схема отделения растворения сильвинита представлена на рис. 3.9.

Дробленый

Рис. 3.9. Технологическая схема растворения сильвинита

Растворение сильвинита осуществляется в двух шнековых растворителях (7, 2) и шнековой мешалке (3), работающих по принципу внешнего противото­ ка. Передача руды из первого растворителя во второй и удаление отвала из вто­ рого растворителя осуществляется наклонными элеваторами с дырчатыми ков­ шами, из которых щелок сливается обратно в растворители.

Дробленый сильвинит системой конвейеров и расходных бункеров пода­ ется в первый шнековый растворитель (7). Одновременно с рудой в первый растворитель поступает слив второго растворителя - средний щелок. С целью уменьшения шламообразования растворитель работает по принципу внутренне­ го прямотока. В первом растворителе происходит частичное выщелачивание хлорида калия и образование насыщенного щелока. Полученный в первом рас­ творителе горячий насыщенный щелок с температурой 95-97°С поступает на осветление от солевого и глинистого шлама.

Руда обезвоживающим элеватором из первого растворителя транспорти­ руется на довыщелачивание хлорида калия во второй шнековый раствори­ тель (2), сюда же поступает горячий растворяющий щелок - маточный раствор после вакуум-кристаллизации, нагретый в теплообменниках (4) до 110—115°С. Во втором растворителе образуется средний (недонасыщенный) щелок.

Галитовый отвал из второго растворителя обезвоживающим элеватором подается в шнековую мешалку (3). Здесь происходит окончательное извлечение хлорида калия и рекуперация тепла - за счет тепла галитового отвала в мешалке нагреваются различные потоки (часть холодного маточного раствора, фильтрат со стадии обезвоживания галитового отвала, промывные растворы). Слив шне­ ковой мешалки поступает во второй растворитель; галитовый отвал - на обез­ воживание.

Галитовый отвал, выгружаемый из шнековой мешалки, подвергается обезвоживанию на ленточных вакуум-фильтрах (5). С целью снижения потерь хлорида калия с жидкой фазой отвала может быть предусмотрена его промывка на вакуум-фильтрах. Фильтрат (маточный раствор) направляется в шнековую мешалку, где нагревается за счет тепла галитового отвала.

3.3.4. Осветление горячего насыщенного щелока

Горячий насыщенный щелок, выходящий из растворителей, представляет собой концентрированный водный раствор хлоридов калия и натрия, содержа­ щий тонкие частицы солевого и глинистого шлама, уносимых потоком щелока. Солевые частицы образуются в растворителях в результате процесса высалива­ ния NaCl из щелоков и уноса мелких классов руды.

Выделение взвешенных частиц осуществляют путем их осаждения из раствора в аппаратах различного типа. Солевой шлам состоит из сравнительно быстро оседающих частиц, а глинистые частицы оседают с заметной скоростью только после введения флокулянта. Это позволяет произвести отдельное осаж­ дение солевого и глинистого шлама.

Осветление насыщенного щелока может осуществляться в два приема - сначала осаждают солевой шлам в отстойниках типа «Брандес». Затем в от­ стойниках типа «Дорр» осаждают более мелкие частицы глинистого шлама. Чтобы ускорить данный процесс, в щелок вводят флокулянт, способствующий укрупнению мелкодисперсных глинистых частиц, эффективное осаждение ко­ торых без добавки флокулянта было бы невозможно.

Для осветления щелока также применяются многоконусные отстойники, в которых оседают оба вида взвешенных частиц - в первых конусах осаждаются более крупные частицы солевого шлама, в последующих - глинистые частицы.

В дальнейшем солевой шлам, содержащий большое количество насы­ щенного раствора, возвращают в отделение растворения; глинистый шлам - на шламохранилище. Для снижения потерь хлорида калия с жидкой фазой глини­ стого шлама может быть предусмотрена его противоточная промывка.

При осветлении щелока его температура понижается на 2-5°С. Чтобы предотвратить кристаллизацию хлорида калия в процессе осветления, на стадии растворения необходимо получить щелок, концентрация которого равна кон­ центрации насыщения при температуре ~ 90°С.

3.3.5. Кристаллизация хлорида калия из насыщенного раствора

Способ кристаллизации определяется, прежде всего, зависимостью рас­ творимости соли от температуры.

лимение числа ступеней свыше 14-15 нерационально, так как почти не дает дальнейшего повышения температуры нагреваемого щелока.

Многоступенчатые вакуум-кристаллизационные установки могут включать как горизонтальные, так и вертикальные аппараты. Горизонтальные вакуумкристаллизаторы более компактны, имеют большее зеркало испарения, в них меньше потери вакуума за счет гидростатического давления. В вертикальных ап­ паратах обеспечивается меньший унос брызг щелока с паровоздушной смесью.

Рассмотрим в качестве примера принципиальную схему 14-ступенчатой установки (рис. 3.10), состоящей из одного вертикального и шести горизон­ тальных (поделенных на секции) аппаратов. Горячий насыщенный раствор за­ сасывается в первый корпус ВКУ и по переточным трубам перетекает вместе с выпадающими кристаллами КС1 из одной ступени в другую. Вытекающая из последней ступени суспензия хлорида калия, направляется на обезвоживание.

Первые девять ступеней установки работают с рекуперацией тепла - па­ ро-воздушная смесь (ПВС), образующаяся в результате кипения раствора, по­ ступает в поверхностные конденсаторы (1-9), где в трубном пространстве за счет тепла конденсации сокового пара нагревается маточный раствор до темпе­ ратуры ~70°С. Дальнейшее нагревание маточного раствора до 115°С осуществ­ ляют в паровых подогревателях. С такой температурой растворяющий щелок поступает в отделение растворения на выщелачивание хлорида калия из силь­ винита.

КС1 на сушку

Рис. ЗЛО. Принципиальная схема ВКУ

Остальные корпуса ВКУ работают без утилизации тепла конденсации, так как выходящий из этих ступеней пар имеет низкую температуру. Соковый пар после X-XIV ступеней поступает в конденсаторы смешения, где в результа­ те орошения ПВС водой происходит конденсация пара.

Конденсат из первых четырех поверхностных конденсаторов (1-4) воз­ вращается в I-IV ступени ВКУ на разбавление насыщенного раствора, а кон­

денсат из последующих конденсаторов (5-14) применяется в технологических целях.

Отсос сокового пара из кристаллизаторов осуществляется с помощью па­ ровых эжекторов. Система отсоса паровыми эжекторами паро-воздушной смеси построена таким образом, что эта смесь нагнетается из каждой последующей ступени в предшествующую, благодаря чему в системе создается ступенчатый вакуум. Из последнего вспомогательного конденсатора (15) ПВС вакуумнасосом (76) выбрасывается в атмосферу.

В 14-ступенчатой ВКУ перепад температур в каждой ступени составляет 4-5°С. При этом получаются кристаллы, средний размер которых не превышает 0,2 мм при значительном содержании фракции менее 0,15 мм. Увеличение чис­ ла ступеней не позволяет значительно повысить размер кристаллов. Укрупне­ ние кристаллов может быть достигнуто путем введения затравки.

Получение весьма крупных и однородных кристаллов хлорида калия воз­ можно в аппаратах с регулируемой кристаллизацией, в которых требуемая крупность кристаллов достигается регулированием потоков жидкой и твердой фаз, влияющими на время пребывания кристаллов в аппаратах (время их роста). Получаемые при этом кристаллы имеют размер до 1,7 мм.

Применяемая на БКПРУ-4 регулируемая вакуум-кристаллизационная ус­ тановка (РВКУ) состоит из 7 корпусов - первые четыре корпуса работают с ре­ куперацией тепла, а три последующих - с тепловыми потерями. В каждом ва­ куум-кристаллизаторе производится многократная перекачка (внутренняя цир­ куляция) раствора, которая осуществляется с помощью осевых пропеллерных мешалок, установленных под циркуляционными трубами. Поступающий на кристаллизацию раствор смешивается с циркулирующим внутри корпуса пото­ ком суспензии кристаллов продукта в маточном растворе и засасывается в цир­ куляционную трубу. При выходе из циркуляционной трубы раствор вскипает, часть воды испаряется, температура раствора снижается до температуры, соот­ ветствующей давлению в корпусе, раствор становится пересыщенным. Пере­ сыщение снимается при контакте пересыщенного раствора с массой взвешен­ ных в циркулирующем потоке кристаллов, при этом продукт кристаллизуется главным образом на поверхности уже имеющихся в суспензии кристаллов, в результате чего их размеры увеличиваются. В процессе циркуляции суспензии происходит классификация кристаллов: суспензия укрупненных кристаллов в маточном растворе выводится из нижней части корпуса; мелкие кристаллы удаляются с маточным раствором через верхний слив (часть маточного раство­ ра откачивается во внешний циркуляционный контур); кристаллы средних раз­ меров продолжают циркуляцию, в процессе которой происходит их рост.

3.3.6. Обезвоживание и сушка кристаллов хлорида калия

Обезвоживание кристаллов хлорида калия осуществляется в два этапа: сгущение суспензии кристаллизата и окончательное обезвоживание до остаточ­ ной влажности 4-6%.

Сгущение суспензии кристаллизата, образующейся в процессе вакуумкристаллизации, осуществляется в гидроциклонах (массовое отношение жид­ кой и твердой фаз сгущенной суспензии Ж:Т = 1) или в сгустителях различного