Галургический метод получения хлористого калия из сильвинита
Метод циклического разделения солей.
В основе процесса получения хлорида калия из сильвинита лежит различная растворимость хлоридов натрия и калия при разных температурах. Как следует из диаграммы растворимости NaCl и КCl в воде (рисунок 6.1), растворимость хлорида калия с повышением температуры резко увеличивается, в то время как растворимость хлорида натрия изменяется незначительно.
Данную смесь солей разделяют путем растворения при повышенной температуре и кристаллизации КС1 при охлаждении раствора.
Рисунок 6.1 – Изотермы растворимости в системе NaCI-KCI-H2O
Растворителем служит горячий раствор, насыщенный хлоридом натрия и ненасыщенный хлоридом калия. В результате содержащийся в сильвините хлорид калия переходит в раствор, а в осадке остается хлорид натрия. При охлаждении из полученного раствора выделяется хлорид калия. При последующем нагревании оставшегося раствора он становится снова ненасыщенным относительно хлорида калия, и цикл повторяется.
Таким образом, принципиальная схема получения хлорида калия из сильвинитовых руд по методу растворения и кристаллизации состоит из следующих основных операций:
1. Выщелачивание измельченного сильвинита горячим маточным раствором, полученным после кристаллизации КС1;
2. Отделение горячего щелока от отвала (NaCl) и осветление его;
3. Кристаллизация KCl охлаждением щелока;
|
|
|
4. Отделение от маточного раствора кристаллов KCI и сушка их;
5. Нагревание маточного раствора и возвращение его на выщелачивание КС1 из новых порций сильвинита.
Необходимый цикл операций устанавливают теоретическим и экспериментальным путем. Расчетным путем выбирают наиболее эффективный цикл операций, при котором получается наибольший выход солей при наименьших затратах, а затем проверяют полученные результаты практически. В данной работе воспроизводится определенный заданный цикл операций с получением на различных стадиях той или иной соли. Полученные данные сопоставляются с результатами расчета цикла по диаграмме равновесия.
Расчет цикла и отдельных операций производят следующим образом. Пусть исходными компонентами являются эвтонический раствор при 100 °С (точка Е100) и смесь хлоридов калия и натрия с содержанием 25% КС1 (точка S на рисунке 6.1). Следует определить, какое количество хлорида калия выделяется при охлаждении раствора от 100 до 25 С и сколько сильвинита необходимо для возобновления цикла. Расчет ведут на 100 г эвтонического раствора или на 100 г исходной смеси солей.
В соответствии с составом эвтонического раствора Е при 100 °С в 100 г его содержится 16,9 г NaCl и 21,62 г КCl. При охлаждении раствора до 25 °С из него выделится КCl, а количества NaCl и воды останутся без изменения. Состав охлаждённого маточного раствора определится в точке n пересечения продолжения луча С-Е100 с изотермой 25 °С, соответствующей раствору с содержанием 12,5% КCl и 18,5% NaCl. Количество раствора в точке n определяют по неизменяющемуся компоненту — хлориду натрия или воде. Так, 16,9 г NaCl, взятых в первоначальном растворе, составляют в маточном растворе 18,5%. Отсюда количество маточного раствора определяют из соотношения:
|
|
|
Так как изменение количества первоначального раствора происходит лишь за счет выделения КС1, то теоретический выход хлорида калия g будет:
Для возобновления цикла необходимо растворить в маточном растворе при повышенной температуре такое же количество хлорида калия из сильвинита. Для этого раствор предварительно нагревают до 100 °С. Состояние горячего ненасыщенного хлоридом калия раствора при взаимодействии его с сильвинитом изменяется вначале по линии n — S, а затем по линии растворов, насыщенных хлоридом натрия (по изотерме 100 °С). Количество сильвинита с содержанием 25% КС1, которое необходимо обрабатать горячим раствором для замыкания цикла, равно:
|
|
|
По достижении эвтонической точки в раствор снова перейдет из сильвинита 8,65 г КCl и в осадке останется хлорида натрия:
34.6-8.65=25.95 г
Количество регенерированного раствора составляет:
91.35+8.65=100 г
Таким образом, цикл полностью замыкается и может быть опять возобновлен.
Для полного растворения КCl и получения при этом звтонического раствора Е100 необходимо обрабатывать сильвинит таким количеством маточного щелока состава n, чтобы отношение количеств n : S равнялось отношению отрезков SK : Kn.
Количество эвтонического раствора, необходимого для переработки 100 г исходной смеси солей, составит:
При этом соответственно изменяются и другие величины, характеризующие цикл, а выход КС1 при кристаллизации составит 25 г, выход NaCl при выщелачивании — 75 г.
Полученные аналогичным путем данные для любой другой заданной смеси солей или иного соотношения между раствором и твердой солью проверяют при экспериментальном осуществлении цикла с установлением практического выхода отдельных солей.
Приведенный выше расчет относится к идеальному циклу. Практически выходы и составы твердых и жидких фаз после выщелачивания и кристаллизации несколько отличаются от рассчитанных. Это объясняется отклонением реальных температур от расчетных, наличием примесей в природном сильвините, разной скоростью растворения и кристаллизации отдельных компонентов, а также неполным достижением равновесия. Так, состав горячего раствора после выщелачивания сильвинита не отвечает точно составу эвтонического раствора, В зависимости от способа выщелачивания степень насыщения этого раствора хлоридом калия, по отношению к составу эвтонического раствора, составляет 90—96%. В результате этого при охлаждении раствора, недонасыщенного хлоридом калия, вначале кристаллизуется хлорид натрия. Затем, по достижении температуры, соответствующей насыщению раствора хлоридом калия, он начинает кристаллизоваться. Ранее выделившийся хлорид натрия при интенсивном перемешивании мог бы снова раствориться, но он обычно остается в твердой фазе из-за зашламовывания его кристаллами хлорида калия. Это приводит к загрязнению целевого продукта хлоридом натрия. В результате при степени насыщения горячего щелока хлоридом калия на 96% в полученном продукте содержится 99,3% КС1, а из щелока, насыщенного только на 90,6%, получается продукт, содержащий 94,3% КCl.
|
|
|
Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 596; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!