Исследования по получению рассолов для производства кальцинированной соды из галитовых отходов калийного производства

Основными производителями кальцинированной соды являются Китай, США, РФ, Турция, Индия на долю которых приходится более 85% мирового производства. В 2010-2011 годах прирост производства кальцинированной соды составил 6,2%3, в 2011-2012 годах 3,3%. В 2012-2013 годах наметился спад производства, который составил 0,59%, но уже в 2013-2014 годах рост производства составил 0,2% и объём производство достиг 51,3 млн. т [11]. Республика производит 100 тысяч тонн кальцинированной соды, которой не хватает. С другой стороны, с увеличением мощности производства калийных удобрений увеличилось и количество образующихся галитовых отходов. В настоящий момент они складируются в хвостохранилище. Часть из них перерабатывается на технический хлорид натрия [10]. Основная часть галитовых отходов не используется, загрязняя окружающую среду. Поэтому изыскание путей утилизации галитовых хвостов калийного производства является актуальной задачей.

Целью наших исследований было изыскание условий и определение оптимальных технологических параметров процессов получения насыщенных, очищенных от сопутствующих примесей растворов хлористого натрия из галитовых отходов, пригодных для получения кальцинированной соды.

Для исследований использовали технический хлористый натрий, полученный из галитовых отходов в промышленных условия УП «Дехканабадский завод калийных удобрений» состава (масс. %): Na₂O –50,45%; К₂О – 0,35%; CaO – 0,33%; Cl ^ˉ–58,04%; SO₄^2- – 0,56%; w – 0,37%; н.о – 3,06%.

Изучение процессов растворения, фильтрации суспензия, содержание компонентов и реологические свойства растворов известными методами
[1-7, 9].

В таблице 1 приведены результаты исследований влияния Т:Ж на химический состав жидкой и твердой фаз.

Таблица 1.

Влияние Т:Ж на химический состав жидкой и твердой фаз

Как видно из таблицы с увеличением Т:Ж от 1:2,0 до 1:3,0 растворимость хлорида натрия повышается и составляет 96,86% от исходной массы. Для полного извлечения компонентов сильвинита в раствор необходимо поддерживать Т:Ж=1:(2,7-2,8), а для получения насыщенных растворов достаточно Т:Ж=1:2,8.

Для дальнейших исследований оптимальным выбрано соотношение Т:Ж=1:2,8 при котором после отделения нерастворимого в воде остатке состав насыщенного раствора хлорида натрия соответствовал составу образца № 4 из таблицы 1.

Химический состав не отмытого остатка подтверждает, что при Т:Ж=1:2,8 и выше в твердой фазе присутствует оклюдированный хлорид натрия, а содержание других компонентов, за исключением н.о., незначительно. С увеличением Т:Ж содержание хлора снижается с 53,76% при Т:Ж=1:2,0 до 1,49% при Т:Ж=1:3,0 а сульфатов снижается с 0,033% до 0,014%, соответственно при Т:Ж=1:2 и 1:3,0. При Т:Ж=1:2,0 в осадке находится 0,02% CaO, а при Т:Ж=1:2,8 этот показатель равен 0,009%. Содержание калия снижается в два раза. Поэтому для дальнейших исследований необходимо Т:Ж поддерживать 1:2,8 чтобы  максимально извлечь в раствор хлорид натрия.

С точки зрения транспортирования растворов и суспензий очень важными являются данные зависимости изменения плотности и вязкости от соотношения Т:Ж и температуры.

В таблице 2 приведены данные по плотности и вязкости растворов хлорида натрия в зависимости от температуры и исходного соотношения Т:Ж.

Таблица 2.

Влияние соотношения Т:Ж и температуры на плотность и вязкость насыщенных растворов хлорида натрия

Как видно из таблицы с повышением температуры плотность растворов хлорида натрия снижается с 1,205 до 1,188 г/см³ при повышении температуры с 20 до 80°С для Т:Ж=1:2 и с 1,182 до 1,165 г/см³ при Т:Ж=1:3. Увеличение соотношения Т:Ж с 1:2 до 1:3 приводит к снижению плотности растворов хлорида натрия, так как растворы не насыщенны солями. Повышение Т:Ж с 1:2 до 1:2,7 и 1:2,8 приводит к снижению плотности растворов с 1,205 до 1,200 и 1,192 г/см³ при 20°С и с 1,188 до 1,183 и 1,175 г/см³ при 80°С.

Вязкость насыщенных растворов хлорида натрия изменяется в зависимости от исходного соотношения Т:Ж и температуры аналогично плотности. С повышением Т:Ж вязкость растворов снижается и составляет 1,744-1,607 сПа при температуре 20°С и с повышением температуры снижается и составляет 1,607-0,758 сПа при Т:Ж=1:3,0.

Насыщенные растворы, полученные из технического хлорида натрия на основе галитовых отходов не пригодны для получения кальцинированной соды из-за высокого содержания солей кальция. Если их предварительно не удалить, то на последующих стадиях в процессе получения бикарбоната натрия будут выпадать в осадок плохо растворимые соединения кальция, что приведет к засорению аппаратуры и в дальнейшем к загрязнению готовой продукции.

Для очистки насыщенных растворов хлорида натрия от ионов кальция  применили известково-содовый метод, который заключается в осаждении ионов кальция кальцинированной содой [8].

Количество вводимого карбоната натрия регулировали соотношением CaO:CO₂. В насыщенный раствор хлорида натрия при перемешивании вводили  карбоната натрия при мольном соотношении 1:0,9, 1:1,0 и 1:1,05 для осаждения карбоната кальция.

В таблице 3 приведены данные влияния соотношения на изменение химического состава жидкой фазы.

Таблица 3.

Влияния мольного соотношения CaO:CO₂ на химический состав жидкой фазы насыщенного
раствора хлорида натрия до и после очистки

Из таблицы видно, что при мольном соотношении CaO:CO₂ = 1:(1,0-1,05) содержание ионов кальция в растворе снижается до 0,012% и его можно использовать в производстве кальцинированной соды.

Далее были проведены исследования по разделению жидкой и твердой фаз с помощью фильтрования. Результаты исследований влияния исходного соотношения Т:Ж и температуры на скорость фильтрации насыщенного и очищенного насыщенного растворов при 300 мм рт. ст представлены в таблице 4.

Данные таблицы указывают на снижение скорости фильтрации с увеличением исходного соотношения Т:Ж. Так при исходного соотношения Т:Ж=1:2 скорость фильтрации при 20°С составляет
3136 кг/м²·ч по пульпе, при Т:Ж=1:2,8 этот показатель составляет 3459 кг/м²·ч и при Т:Ж-1:3 составляет 3816 кг/м²·ч. Аналогичная картина наблюдается и для других температур.

Таблица 4.

Влияния соотношения Т:Ж и температуры на скорость фильтрации насыщенного раствора хлорида натрия до и после очистки