Производство хлорида калия галургическим способом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «Уральский Федеральный Университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Химико-технологический институт

Кафедра технологии неорганических веществ

Домашняя работа

по курсу «Основы технологии минеральных солей»

на тему: «Производство хлорида калия галургическим способом»

Студент(ка): Кошкина О.Ю.

Гр. Х-400601

Преподаватель: Толкачева Л.Е.

Доцент к.т.н.

Екатеринбург 2014

Оглавление

Введение

1. Методы получения хлорида калия (обзорно)

2. Галургический метод

2.1 Характеристика сильвинита

2.2 Основы технологии получения хлорида калия

2.3 Технологическая схема производства

3. Характеристика отходов

Заключение

Список литературы

хлорид калий сильвинит

Введение

Калийные минеральные удобрения представляют собой природные или синтетические соли и содержат питательный элемент в форме иона К+. В зависимости от природы аниона калийные удобрения подразделяются на хлоридные (содержащие анион Cl-) и бесхлоридные. К калийным удобрениям хлоридного типа относят природные минералы (каинит, сильвинит), продукты промышленной переработки минералов (хлорид калия), смешанные калийные соли, полученные смешением природных минералов с хлоридом калия, электролитные растворы (побочный продукт электролиза карналлита). К бесхлоридным калийным удобрениям относятся сульфат калия и калимагнезия (двойная соль сульфата калия и сульфата магния).

Калийные удобрения, помимо увеличения урожайности, улучшают качественные характеристики выращиваемой продукции: способствуют повышению сопротивляемости растений к заболеваниям, повышению лёжкости плодов при хранении и стойкости при транспортировке, а также улучшению их вкусовых и эстетических качеств. В настоящее время 95 % мирового производство калийных солей используют в качестве минерального удобрения в сельском хозяйстве, а остальную часть перерабатывают на едкое кали и другие соединения, применяемые в чёрной и цветной металлургии, строительной, целлюлозно-бумажной, стекольной, лакокрасочной, кожевенной, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Хлорид калия является наиболее распространённым калийным удобрением. Производство хлорида калия из природных солей впервые было создано в Германии в 1861 г. Хлорид калий применяют на любых почвах как основное удобрение. Особенно эффективно при использовании под корнеплоды, картофель, подсолнечник, плодовые и другие культуры. Основным сырьём для производства хлорида калия являются природные калийные соли (сильвинит и карналлит -- соли с содержанием чистого вещества на уровне 12-15 % с примесями солей натрия и магния). По физико-химическим показателям хлорид калий должен соответствовать нормам, указанным в

ГОСТ 4568-95 «Калий хлористый. Технические условия». Переработку сильвинитовых руд на хлорид калия осуществляют двум промышленными методами:

- галургическим;

- флотационным.

Галургический метод имеет ряд преимуществ, по сравнению с флотационным методом. Поэтому более подробно рассмотрим получение хлорида калия галургическим методом.

1. Методы получения хлорида калия (обзорно)

Обогащение калийной руды производится двумя методами: флотационным и химическим (галургическим).

Флотационный метод

Флотационный метод стал использоваться с 60-х гг. XX века для производства калийных удобрений для сельского хозяйства с содержанием полезного компонента до 95 %. В настоящее время флотационный метод обогащения калийных солей получи широкое распространение в нашей и зарубежной промышленности. Флотация от английского слова flotation -всплывание.

Сущность метода флотации состоит в разделении KCl и NaCl, содержащихся в руде, с предварительным выделением глинистого шлама. Флотационное разделение минералов основано на различной способности их поверхности смачиваться водой. Предварительно измельченную руду взмучивают в воде (или в водном растворе) и через пульпу пропускают воздух, распределяющийся в ней в виде мелких пузырьков. Гидрофобные минералы прилипают к пузырькам воздуха и выносятся на поверхность пульпы в виде пены, которую затем удаляют и фильтруют для выделения твердых частиц. Гидрофильные минералы оседают на дне флотационной машины и выводятся через сливное отверстие. Однако подавляющее большинство минералов хорошо смачиваются водой, поэтому при обогащении природных руд приходиться пользоваться флотационными реагентами. Под воздействием этих реагентов можно направленно изменять смачиваемость поверхности того или иного минерала и таким образом регулировать процесс флотации. В зависимости от назначения различают следующие группы флотационных реагентов: собиратели, пенообразователи, депрессоры, активаторы, регуляторы среды. Технологические схемы флотационного производства хлорида калия зависят от минерального и гранулометрического состава флотируемого сильвинита, содержания в нем примесей (глинистых шламов), размеров зерен компонентов и различаются методами обработки глинистых шламов.

Флотационное обогащение сильвинитовых руд включает следующие основные операции:

- дробление и измельчение сильвинитовой руды до размеров частиц от

1 до 3 мм с последующим мокрым размолом до размера 0,5 мм;

- предварительное удаление глинистого шлама из руды или его подав-

ление в процессе основной флотации;

- основная флотация с выделение KCl в пенный продукт и последую

щей перечисткой полученного концентрата;

- перечистка глинистого шлама с целью снижения потерь KCl;

- обезвоживание хвостов, шлама и концентрата с возвратом в цикл обо-

ротного раствора.

Флотационный метод эффективен при извлечении хлорида калия из высококачественных сильвинитовых руд, содержащих незначительное количество шлама. Степень извлечения хлорида калия достигает от 90 до 92 %, а готовый продукт (концентрат) содержит от 93 до 95 % соли .

Галургический метод

Галургический способ выделения хлорида калия из сильвинита или метод избирательного растворения и раздельной кристаллизации основан на различии температурных коэффициентов растворимости хлоридов калия и натрия при их совместном присутствии, то есть в системе «KCl - NaCl - H2O». В растворах, насыщенных обеими солями, при повышении температуры от 20 С до 100 С содержание хлорида калия возрастает примерно в два раза, а хлорида натрия несколько уменьшается. При охлаждении такого горячего раствора он становится пересыщенным относительно хлорида калия, который будет кристаллизоваться, а хлорид натрия останется в растворе. При последующем нагревании этого раствора он останется насыщенным относительно хлорида натрия и становится ненасыщенным относительно хлорида калия. Поэтому при обработке подобным раствором нового количества сильвинита из него будет извлекаться только хлорид калия, переходя в раствор, а хлорид натрия растворяться не будет. Это свойство системы «KCl - NaCl - H2O» и используется в галургическом методе извлечения хлорида калия из сильвинитовых руд для организации циклического процесса.

Сравнение методов получения хлорида калия

Флотационный метод обогащения по сравнению с галургическим (растворение и кристаллизация) имеет следующие преимущества:

- флотация проходит при нормальной температуре, а не при повышенной, что резко снижает коррозию аппаратуры и улучшает условия труда;

- процесс легко поддается автоматизации.

- снижается расход пара;

- уменьшается слеживаемость продукта (получаются несколько более крупные кристаллы хлорида калия);

- сокращаются капитальные затраты;

К недостатком флотационного метода относятся:

- невысокое содержание (не более 95 % мас. KCl) KCl в продукте;

- галитовые отвалы содержат примеси аминов, которые затрудняют переработку отвалов на пищевую и даже кормовую соль;

- безвозвратно теряется бром сильвинитов;

- переработка сильвинитов с высоким содержанием глинистого шлама связана с расходом дорогостоящих флотореагентов.

Преимуществом галургического метода перед флотационным главным образом является более высокое содержание KCl в продукте. Галургический метод позволяет комплексно перерабатывать полиметаллические руды, извлекая из них все полезные компоненты, в том числе хлориды магния, бромиды и пищевой хлорид натрия.

Недостатки галургического метода:

- энергоемкость процесса;

- громоздкость оборудования;

-необходимость антикоррозионной защиты аппаратуры (т.к. процесс протекает при повышенной температуре);

- образование недостаточно крупных кристаллов хлористого калия, что приводит к слеживанию продукта.

Таким образом, можно сделать вывод, что каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Флотационный метод более распространен в промышленности, т.к. процесс флотации протекает при нормальной температуре, что снижает коррозию оборудования, и продукт хлорид калия обладает меньшей слеживаемостью. Однако основным преимуществом галургического метода перед флотационным является более высокое содержание KCl в продукте, что тоже не мало важно. Поэтому более подробно рассмотрим получение хлорида калия галургическим методом.

2. Галургический метод

Галургический метод используется со времени зарождения калийной промышленности во второй половине XIX века. Он позволяет получить химически чистый хлористый калий с содержанием полезного компонента 98 %, который используется в сельском хозяйстве и химической промышленности.

2.1 Характеристика сильвинита

Основное месторождение калийных солей в России (Верхнекамское) находится на Западном Урале. Данное месторождение содержит соли хло-ридного типа (сильвинит и карналлит).

Сырьем для производства хлорида калия галургическим методом служит природный минерал сильвинит - смесь сильвина KCl и галита NaCl с содержанием калия от 22 до 25 % K2O. Минеральные примеси: ангидрит, доломит, магнезит, карналлит,глинистый и обломочный материал и др. По физическим свойствам сильвинит во многом подобен каменной соли. Цвет розовый, красный различных оттенков -- от светлых оранжевых до темных ржавых или сургучных. Распространены также пёстрые сильвиниты с характерным чередованием молочно-белых, красных и синих пропластков. Залегает в виде линз, слоев, часто деформированных в сложные складки.

Средний состав сильвинитовых руд, % мас.

- хлорид калия KCl 22-33

-хлорид натрия NaCl 61 -71

-хлорид магния 0,2-0,3

-сульфат кальция 1,3-1,7

-нерастворимый глинистый осадок 1 - 12

2.2 Основы технологии получения хлорида калия

В основе получения хлорида калия галургическим методом лежат закономерности растворения в системе KCl-NaCl-. Обе соли относятся к числу хорошо растворимых в воде. При совместном присутствии растворимость каждой соли понижается, кроме того, растворимость КС1 и NaCl различным образом меняется при изменении температуры. Хлорид калия сильно меняет свою растворимость с изменением температуры, а растворимость хлорида натрия слабо зависит от температуры.

Горячий (100 °С) раствор, насыщенный по обеим солям (), при охлаждении окажется пересыщенным по хлориду калия (табл. 1).

Таблица 1 Равновесие в системе KCl-NaCl-

Следовательно, при охлаждении до 25 °С такого раствора в осадок начнет выделяться хлорид калия, а состав насыщенного раствора будет описываться точкой n (рис.1), лежащей на продолжении прямой KCl- Е100 до пересечения с изотермой растворимости при 25 °С а- Е25-Б. Если осадок KCl отделить, а раствор состава точки n снова нагреть до 100 °С, то он окажется сильно ненасыщенным по содержанию KCl и немного ненасыщенным по NaCl. Поэтому если таким раствором обработать сильвинит, то будет идти преимущественное растворение КCl, а NaCl будет оставаться в нерастворенном остатке.

После отделения этого остатка будет снова получен раствор Е100, из которого при охлаждении опять выделиться КCl и т.д. С помощью такого циклического процесса можно избирательно извлекать хлорид калия из сильвинитовой породы.

Рис. 1 Диаграмма растворимости в системе KCl-NaCl-

Исходя из основ технологии процесс можно разделить на следующие стадии:

- дробление сырой сильвинитовой руды;

- выщелачивание KCl из сильвинита горячим оборотным маточным раствором;

- отделение горячего щелока от отвала, его осветление и отделение от солевого и глинистого шлама;

- кристаллизация KCl при охлаждении горячего осветленного щелока;

- отделение кристаллов KCl от маточного раствора и их сушка;

- нагревание маточного раствора и возращение его на растворение сильвинита;

-удаление или утилизация отходов производства.

2.3 Технологическая схема производства

Принципиальная технологическая схема приведена на рис. 2.

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 от 1до 4 мм. Хлорид калия извлекают из сильвинита горячим (105-115 °С) щелоком в шнековых растворителях 3-5.В первом растворителе 3 руда и щелок движутся прямотоком, в последующих4,5 - противотоком. Для погашения расходов тепла, связанных с эндотермическим эффектом растворения, и потери тепла в окружающую среду и нагревом холодного сильвинита в растворители 3-5 подается острый пар. Горячий насыщенный щелок, вытекающий из первого растворителя 3, содержат взвешенные частицы солей и глины (солевой и глинистый шламы). Эти примеси отделяются в шестиконусном отстойнике 7. В двух первых конусах осаждается (как более крупный) солевой шлам, который передается во второй растворитель 4. Глинистый шлам после промывки удаляется в отвал. Для повышения скорости осветления раствора, в него вводят флокулянт (полиакриламид). Вытекающий из отстойника 7 щелок с температурой от 93 до 97 °С охлаждается в многокорпусной вакуум-кристаллизационной установке 9 за счет самоиспарения части воды из раствора под вакуумом (для получения крупных кристаллов KCl температуру охлаждаемого раствора снижают постепенно). На отечественных предприятиях применяют обычно 14-ступенчатые вакуум-кристаллизацион-ные установки (ВКУ) с постепенным увеличением вакуума от ступени к ступени. Перепад температур в каждой ступени составляет от 4 до 5 °С, скорость охлаждения около 2 °С в минуту. Горячий насыщенный раствор последовательно перетекает из одной ступени в другую.

Разряжение поддерживается поверхностным конденсаторами и вакуум-насосом. В первой ступени оно составляет 58 КПа, в последней 98 КПа (Т= 20-30 °С). Тепло конденсата сокового пара используется для предварительного подогрева холодного циркуляционного маточного раствора. Суспензия кристаллов (Т:Ж=1:7) из последней ступени вакуум -кристаллизационной установки 9 собирается в бак-сборник 8 и далее передается в шестиконусный отстойник-сгуститель 7. Осветленный холодный маточный раствор идет на нагрев, а сгущенная пульпа (Т:Ж=1:1,7)направляется на центрифугирование 10. В калийной промышленности работают автоматические центрифуги полунепрерывного действия типа АГ-1800. 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 [3].

Влажность кристаллов после центрифугирования составляет от 5 до 7 %. Сушку хлорида калия проводят в сушилках различной конструкции 11 (сушат до содержания влаги 0,5-1 %). Температура топочных газов на входе в сушилку в интервале от 650 до 800 °С, на выходе от 140 до160°С. Температура высушенного продукта примерно 100 °С. Наибольшее применение для сушки хлорида калия в последние годы получили сушилки кипящего слоя, в которых влагосъем достигает от 160 до 250. Высушенный хлорид калия либо фасуется как готовый продукт, либо направляется на гранулирование, которое проводиться методом прессования.

3. Характеристика отходов

Основными отходами процесса производства хлорида калия являются солевые, галитовые, глинистые шламы, сточные воды и минерализованные рассолы шламохранилищ, отходящие газы со стадии сушки.

Твердые отходы

Глинистосолевые шламы представляют собой суспензию нерастворимого осадка в минерализованном рассоле. Отношение Ж : Т = 1,7 -2,5. Рассол содержит от 10 до 11 % мас. КСl и от 20 до 22 % мас. NaCl. Твердая фаза состоит из мелкодисперсных частиц песка, глины и других включений. В настоящее время ни один из методов утилизации шламов не реализован в промышленном масштабе. Одним из препятствий является его повышенная влажность от 70 до 80 %, мелкодисперсность и высокая вязкость. Шламы с помощью гидротранспорта подают в шламохранилища. Шламохранилища обносят дамбами, углубляют на 20 -40 м в целях экономии площадей и снабжают полиэтиленовыми экранами. Они являются источниками загрязнения окружающей среды и требуют постоянного наблюдения.

Галитовые отходы - это смесь NaCl с нерастворимым осадком. На каждую тонну производимого хлорида калия образуется от 3 до 4 тонн галитовых отходов, содержащих от 89 до 90 % NaCl. Кроме того, в отходах содержатся небольшое количество КС1 (от 4 до 5 % мас. КС1), , , соединения брома. Отвал представляет собой зернистую сыпучую массу, в которой находится до 10 % маточного раствора. Переработка такой загрязненной соли на пищевой или технический хлорид натрия экономически не оправдана. Целесообразно использовать этот солевой отвал для получения кальцинированной соды, если такое производство расположено вблизи калийного предприятия. Так ПО «Уралкалий» (г. Березники) снабжает хлористым натрием в твердом виде и в растворе находящиеся рядом производственные объединения «Сода» и «Азот», где тот используется как основное сырье и вспомогательный материал.

Предложенные методы утилизации не решают проблемы ликвидации отходов при производстве калийных удобрений. Значительная часть их не находит применения и складируется. Наибольшее распространение получило складирование в отвалы. Возможно подземное захоронение и растворение отходов с последующей закачкой полученных рассолов в подземные горизонты.

Жидкие и газообразные отходы

В производстве калийных удобрений образуются минерализованные рассолы. Они получаются при обезвоживании свежих галитовых отходов и в результате их растворения при хранении. Общее содержание солей в них составляет от 300 до 350 г/л, в том числе соединений брома 0,5 г/л. Очистка минерализованных вод признана нерациональной. Одним из наиболее перспективных методов, применяемых в России и за рубежом, является закачка их в подземные глубинные горизонты. Такая технология осуществляется в Германии, Франции, США, ЮАР. В этих странах созданы специальные службы для автоматизированного сброса сточных вод и контроля за состоянием подземных вод.

Отходящие газовые выбросы образуются на стадии сушки гранул КСl. Они содержат продукты сгорания топлива (SO2, СО, СО2, оксиды азота) и технологические газовые примеси. Очистка от пыли проводится в циклонах. При производстве крупнозернистого удобрения очистку газов ведут в батарейном циклоне и промывателе. В случае производства мелкозернистого КС1 унос пыли достигает от 10 до 20%, поэтому необходима двухступенчатая очистка в циклонах с последующей доочисткой в скрубберах. Применение двухступенчатой технологии позволяет получить степень очистки от пыли 98 %, а от токсичных примесей от 97 %.

Заключение

В данной домашней работе была показана народо-хозяйственная значимость хлорида калия. Рассмотрены области его применения и масштабы производства. Сделан обзорный анализ методов получения хлорида калия. Выявлены преимущества и недостатки методов обогащения сильвинитовых руд. Рассмотрена характеристика сильвинита. Подробно изучены основы технологии производства хлорида калия галургическим методом. Представлена и описана принципиальная технологическая схема производства KCl. Дана характеристика отходов. Изучены проблемы их обезвреживания и полезного использования.

Список литературы

1. Технология неорганических веществ и минеральных удобрений. Учебник для техникумов/ Мельников Е.Я., Салтанова В.П., Наумова А.М., Блинова Ж.С. - М.: Химия, 1983. 432 с.

2. Здановский А.Б. Галургия. Л.: Химия, 1972. 528 с.

3.Основы технологии минеральных удобрений. Учебное пособие /В.Р. Миролюбов, В.И. Гашкова. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. 75 с.

4. Расчеты по технологии неорганических веществ. Учебное пособие для вузов/ Под редакцией проф. М.Е. Позина. Л.: Химия, 1977.

5. Интернет- ресурс www.prom-ecologi.ru

Размещено на Allbest.ru