Калийные удобрения

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].

 

4.2 Характеристика  основного оборудования

 

Основное оборудование

В производстве хлорида калия  галургическим способом применяется разнообразное оборудование, основными из них являются растворители, осветлители и вакуум-кристаллизаторы.

В калийной промышленности для выщелачивания сильвинита применяют  горизонтальные шнековые растворители (рисунок 4.2), представляющие собой стальное корыто 2, в котором вращается шнековая мешалка.

1 – наклонный элеватор; 2 – корыто; 3 – крестовина; 4 –  ковш; 5 – цепи; 6 – спираль; 7 – перегородки; 8 – патрубки; 9 – лопасти-скребки; 10 – дюза; 11 – вал; 12 – лапы; 13 – ролики.

Рисунок 4.2 – Горизонтальный шнековый растворитель

 

Мешалка состоит из вращающегося вала 11, на который насажены крестовины 3. К ним прикреплены отдельные части шнековой спирали 6. Стальной вал вращается на чугунных подвесках, укрепленных на боковых стенках корыта. Мешалка служит как для перемещения сильвинита, так и для улучшения взаимодействия между выщелачиваемым материалом и растворяющим щелоком.

Корыто растворителя состоит  из нескольких царг, сверху оно закрыто крышкой. Внутри корыта имеются не доходящие до дна перегородки 7, благодаря которым улучшается контакт щелока с рудой. Для подогрева раствора в растворителе через дюзы 10, укрепленные на стенке корыта, вводят острый пар.

Аппараты  для осветления насыщенного раствора.

Для осаждения солевого и глинистого шлама из насыщенного раствора применяют отстойники (сгустители) различных конструкций типа Брандеса, многоконусные и механические – типа Дорра.

Отстойник Брандеса (рисунок 4.3) применяют для выделения солевого шлама.

 

 
1 –  вал с рамной мешалкой; 2 – днище коническое; 3, 6 – трубы для щелока; 4 – корпус цилиндрический; 5 – крышка; 7 – желоб кольцевой; 8. 9 – штуцеры для слива.

Рисунок 4.3 – Отстойник Брандеса

 

Отстойник Брандеса представляет собой цилиндрический аппарат с коническим днищем 2. В центре отстойника расположена труба 3. Через трубу проходит вал 1 с рамной мешалкой. Насыщенный раствор по трубе 3 поступает в отстойник. Солевой шлам, осевший в конической части отстойника, вместе с частью раствора периодически передают через штуцер 9 в бак, а затем в шнековый растворитель. Слив из отстойника осуществляют сверху по кольцевому желобу 7 через штуцер 8. Для предотвращения налипания соли на стенки аппарата отстойник снабжен мешалкой. Мешалка приводится во вращение электродвигателем через редуктор. Частота вращения мешалки 7 об/мин.

Отстойники Брандеса имеют разные размеры: диаметр – от 3600 до 6000 мм, площадь осаждения – от 10 до 28 м², высоту цилиндрической части – 2500 мм. Производительность по сливу в этих аппаратах составляет 18 м³/ч на 1 м² поверхности отстойника. Скорость осаждения солевого шлама из растворов при температуре 100 °С равна 2 мм/с.

Для осветления насыщенных щелоков чаще применяют многоконусные отстойники (рисунок 4.4)

 

1 – штуцер для выхода  шлама; 2 – мешалка; 3 – конус; 4 –  штуцер для выхода раствора; 5 – прямоугольный ящик; 6 – штуцер для входа раствора.

Рисунок 4.4 – Шестиконусный отстойник

 

Такой аппарат представляет собой прямоугольный ящик, который снизу заканчивается обычно шестью конусами 3, снабженными рамными мешалками 2. Частота вращения мешалки 1 об/мин. Корпус отстойника стальной, футерованный внутри керамической плиткой. Длина шестиконусного отстойника 24 м, ширина 4 м. Производительность до 250 м³/ч по горячему щелоку. Скорость солевого шлама в аппарате при 95 °С равна 2 мм/с, а глинистого шлама – 0,15-0,25 мм/с.

На калийных предприятиях одновременное охлаждение и кристаллизацию осуществляют в вакуум-кристаллизаторах вертикального и горизонтального типов. Вертикальный вакуум-кристаллизатор представляет собой полый стальной цилиндрический барабан, гуммированный листовой резиной (рисунок 4.5).

1 – корпус аппарата; 2 – люк; 3 – штуцер для входа  раствора; 4 – ловушка.

Рисунок 4.5 – Вертикальный вакуум-кристаллизатор

 

Насыщенный раствор поступает на зеркало испарения через штуцер 3, а соковый пар через; ловушку-каплеотделитель 4 направляют в поверхностные конденсаторы.

Горизонтальный вакуум-кристаллизатор (рисунок 4.6) – стальной цилиндрический барабан с торцевыми, сферическими стенками.

1 – трубопровод для  промывки; 2 – перегородки; 3 – рамная  мешалка; 4 – штуцер для выхода  раствора; 5 – ступени корпуса; 6 –  отверстия в перегородках; 7 –  штуцер для входа раствора.

Рисунок 4.6 – Горизонтальный вакуум-кристаллизатор

 

 Внутри аппарата расположена горизонтальная рамная мешалка 3 с частотой вращения 16 об/мин. Вакуум-кристаллизаторы бывают одно-, двух-, трех- и четырехступенчатые. В последних случаях, барабан перегораживают вертикальными перегородками 2, в которых имеются отверстия 6 для перетока суспензии. Пары воды и воздух отводят в поверхностный конденсатор через штуцер.

Горизонтальные кристаллизаторы  имеют определенные преимущества перед вертикальными. Наличие мешалки уменьшает налипание выпадающих кристаллов солей на стенках аппарата, способствует получению более крупных кристаллов соли. К недостаткам горизонтальных кристаллизаторов следует отнести небольшую высоту парового пространства, что приводит к выносу капель раствора вместе с паровоздушной смесью и кристаллизации солей в трубопроводах.

Вертикальные аппараты имеют  достаточное паровое пространство, занимают меньшую производственную площадь, но отсутствие мешалки в них не позволяет интенсифицировать рост кристаллов и ухудшает процесс самоочищения хлорида калия от хлорида натрия. Учитывая это, первым по ходу раствора ставят вертикальные вакуум-кристаллизаторы, а затем – горизонтальные.

В настоящее время в  нашей стране и за рубежом известны новые вакуум-кристаллизаторы с регулируемым ростом кристаллов. Так, разработан кристаллизатор с центральной трубой и естественной циркуляцией раствора. Движение раствора, необходимое для поддержания кристаллов во взвешенном состоянии, создается за счет естественной циркуляции раствора, которая обусловлена разностью плотностей раствора внутри и снаружи циркуляционной трубы. Центральная труба, соединенная с гидравлическим затвором, образует необходимую барометрическую высоту. Начальная циркуляция создается путем подачи воздуха непосредственно в центральную трубу, затем в нижнюю часть поступает горячий концентрированный раствор, который при циркуляции смешивается с маточным щелоком.

Смесь при температуре, на несколько градусов превышающей температуру маточного раствора, поднимается вверх по центральной трубе. На уровне, соответствующем давлению паров над пересыщенным раствором, последний начинает вскипать и испаряться. Образующиеся кристаллы циркулируют по контуру аппарата до тех пор, пока не достигнут определенного размера и под действием силы тяжести будут выпадать из циркулирующего потока и поступать в гидравлический затвор. Здесь кристаллы поддерживаются во взвешенном состоянии с помощью вращающейся мешалки.

На крупных калийных предприятиях в некоторых странах уже в  настоящее время работают вакуум-кристаллизаторы с регулируемым ростом кристаллов.

Защита оборудования от коррозии. При галургическом способе получения хлорида калия перерабатываемые растворы солей и пульпы разрушают аппаратуру в результате коррозии и эрозии, причем особенно агрессивны горячие растворы. Для антикоррозионной защиты оборудования применяют различные химически стойкие материалы. Днища растворителей покрывают стальными листами, а стенки аппаратов и мешалки – диабазовой замазкой. Корпуса сгустителей и сборников, заполняемых горячими растворами, футеруют плитками из диабаза и антегмита. Корпуса вакуум-кристаллизаторов гуммируют листовой резиной. Трубки подогревателей и поверхностных конденсаторов изготовляют из алюминиевой бронзы. Насосы выполняют из нержавеющей стали, содержащей 17% хрома. Внутренние поверхности трубопроводов гуммируют, покрывают асбовинилом или изготовляют из фаолита, асбоцемента [6].

 

4.3 Анализ использования  сырья и материалов

 

Важным достоинством галургического метода производства KCl является возможность полного использования всех полезных компонентов руды. В сильвинитах, помимо хлоридов калия и натрия, содержатся хлориды магния, кальция и соединения брома. Для нормальной работы обогатительной фабрики необходимо выводить из цикла хлориды магния и кальция, если их суммарное содержание в руде превышает 0,2%. В то же время хлорид магния может быть использован в производстве стройматериалов или переработан на гидроокись магния. Сильвиниты содержат до 0,03% брома. В связи с высокой стоимостью и дефицитностью брома рационально его извлечение из циркулирующего щелока.

Основным отходом производства KCl является хлористый натрий (в виде галитового отвала). Установлено, что при некотором видоизменении и дополнении классической схемы галургического производства KCl можно получать техническую, или пищевую поваренную соль.

Предлагаемая технологическая  схема состоит из четырех связанных  друг с другом циклов:

• получение галургического хлористого калия;
• получение поваренной соли на первой стадии выпарки;
• выпарка второй ступени с получением искусственного сильвинита и раствора, содержащего 26% MgCl₂;
• получение брома путем вытеснения его хлором и отгонки водяным паром.

Принципиальная схема  переработки сильвинитов отражена на рисунке 4.7

Рисунок 4.7 – Принципиальная схема комплексной переработки сильвинитов.

 

Основная технологическая  схема галургического производства KCl остается при этом без   существенных   изменений она дополняется аппаратурой для упарки маточного щелока для получения поваренной соли и концентрированного раствора MgCl₂, а также установкой для отгонки брома.

В целях уменьшения потерь KCl с глинистым шламом весь конденсат, образующийся в поверхностных конденсаторах с первых ступеней вакуум-кристаллизационной установки, используют для промывки галитового отвала и глинистого шлама. В свою очередь растворы после промывки шлама подают в вакуум-кристаллизационную установку для предотвращения кристаллизации NaCl.

Часть маточного раствора после выделения кристаллов KCl направляют на двухступенчатую выпарку. На первой стадии раствор упаривают при давлении 125 кПа и температуре 110-115 °С, соковый пар используют для подогрева растворяющего щелока до 95 °C и для упарки на второй стадии, которую проводят при давлении 45-1,33 кПа (вакуум 420-730 мм рт. ст.) и температуре 90-40 °С. При этом для устранения инкрустации гипса рекомендуют вводить в упариваемый раствор 5-10 г полиакриламида  на 1000 кг щелока, что устраняет необходимость очистки щелока от кальция и магния. При первой выпарке испаряется до 50% воды и часть NaCl (до 50%) выпадает в осадок. Суспензию кристаллов NaCl сгущают в отстойнике и выделяют в центрифуге. Для получения пищевой соли «Экстра» необходима промывка кристаллов в репульпаторе и двукратная промывка на центрифугах. Промывные воды возвращают на первую выпарку.

Упаренный раствор после первой выпарки направляют на вторую стадию упарки под вакуумом. После испарения 55-60% воды из раствора выпадает искусственный сильвинит. Для увеличения степени извлечения KCl суспензию охлаждают в поверхностном кристаллизаторе до 35 °С. Кристаллизат, содержащий 60% KCl и 40% NaCl, возвращают на стадию растворения. Маточный раствор, содержащий 26% MgCl₂, 3%, KCl 2% NaCl и 69% Н₂O, выводят из цикла на использование.

После первой упарки часть раствора, содержащего 0,25% брома, обрабатывают хлором для вытеснения брома, отгоняют бром паром, а раствор после нейтрализации возвращают в цикл. Расход пара составит около 50 т на 1т брома.