DD244966A1 - Verfahren zur doppelten umsetzung von kaliumchlorid und magnesiumsulfat - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die doppelte Umsetzung von Kaliumchlorid und Magnesiumsulfat zu Schoenit. Ziel ist eine hoehere Ausbeute. Aufgabe ist es, in einem Reaktor die Feststoffe Kaliumchlorid und Bittersalz so umzusetzen, dass ein praktisch bittersalzfreier Schoenit und eine magnesiumchloridreiche Umsetzungsloesung entstehen. Erfindungsgemaess wird die Umsetzung in einem Kristallisationsreaktor durchgefuehrt, in dem die Einsatzstoffe und die Reaktionsloesung in einem Kristallbett aus Schoenit intensiv gemischt werden und das gebildete Endprodukt (Schoenitkristallisat) kontinuierlich abgezogen und die Umsetzungsloesung geklaert den Reaktor verlaesst. Die Erfindung ist anwendbar zur Herstellung des Zwischenproduktes Schoenit innerhalb der Verfahrenskette zur Herstellung von K2SO4 aus Kalirohsalzen oder natuerlichen Solen.

Description

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung muß die technische Aufgabe lösen, in kontinuierlicher Arbeitsweise in nur einem Reaktor die Feststoffe Kaliumchlorid und Bittersalz und die für die Reaktion erforderliche Reaktionslösung so miteinander umzusetzen, daß ein praktisch bittersalzfreier Schönit und eine magnesiumchloridreiche Umsetzungslösung, dereaZusammensetzung dem theoretischen Optimum nahekommt, entsteht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einsatzstoffe in den berechneten Mengenverhältnissen kontinuierlich in ein intensiv durchmischtes Kristall bett aus Schönit eingetragen werden, welches sich im Inneren eines Reaktors befindet und aus dem auch das gebildete Endprodukt der Reaktion, das Schönitkristallisat, abgezogen wird, während die gebildete Umsetzungslösung den Reaktor kontinuierlich über eine Klärzone verläßt. Dadurch gelingt es, das Volumen des Reaktors wesentlich besser für die Reaktion auszunutzen und die Verweilzeit des Kristallisates im Reaktor gegenüber der Lösung zu verlängern. Erfindungsgemäß wird die Reaktion so durchgeführt, daß der Feststoffgehalt im KristalIbett zwischen 500 und 900g/l beträgt, was durch den geregelten Suspensionsabzug aus dem Kristallbett, beispielsweise über eine Düse in regulierbarerweise möglich ist.

Es wurde überraschend gefunden, daß unter den erfindungsgemäßen Bedingungen der kontinuierlichen Reaktionsdurchführung bei Feststoffgehalten von 500 bis 900g/l im Kristallbett, der getrennten Abführung der Umsetzungslösung über eine Klärzone und der damit möglichen relativen Verlängerung der Verweilzeit der Kristalle gegenüber der Lösung ein Kristallisat entsteht, welches weniger als 2% unumgesetztes Bittersalz enthält, obwohl die MgCI₂-Konz'entration der Umsetzungslösung der theoretischen Gleichgewichtskonzentration nahekommt.

Für die Reaktion ist ein an sich bekannter Kristallisationsreaktor verwendbar, der außer Einrichtungen zur Beiführung der Einsatzstoffe und Abführung der Kristallsuspension einen Rührer und Einrichtungen zum Umlauf der Suspension sowie eine Kläreinrichtung für die abzuführende Umsetzungslösung hat. Die Reaktionstemperatur liegt zwischen +10 und +30°C innerhalb der Bildungstemperaturen von Schönit. Die Verweilzeit der Kristallphase im Reaktor liegt beim erfindungsgemäßen Verfahren zwischen 2 und 5 Stunden-, die der Lösungsphase bei 0,7 und 2,5 Stunden. Das Schönit-Kristallisat verläßt den Reaktor über einen Bodenablaß, mit oder ohne Düse, die Lösungsphase fließt teilweise über die Klärzone ab. Zusammen mit dem Kristallisat verläßt der Rest der Umsetzungslöung den Reaktor als Traglösung der Suspension. Die Erfindung wird durch folgende Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Ausführungsbeispiel 1

Hierzu Figur 1

In einen Kristallisationsreaktor, bestehend aus zylindrischem Behälter 1, Axial rührer 2, Leitrohr 3, Trenn blech 4 zum Abtrennen des Klärringraumes 5 und einer Überlaufrinne 6 werden über drei Zuführungsrohre 7,8,9 die Rohstoffe Kaliumchlorid, Bittersalz und als Reaktionslösung Kaliumsulfatumsetzungslösung zugeführt. Die Zufuhr der Rohstoffe erfolgt kontinuierlich über Dosier- und WägeVorrichtungen üblicher Bauart in gewogenen Masseverhältnissen. Durch die Zuführungsrohre 7,8,9 werden stündlich 8,11 filterfeuchtes technisches Kaliumchlorid (6,9t KCI, 0,4t NaCI, 0,8t H₂O); 35,0t Bittersalz (15,6t MgSO₄, 0,4t MgCI₂, 0,11 NaCI, 18,9t H₂O) und 31,11 Kaliumsulfatumsetzungslösung (1,3t MgSO₄, 2,2t MgCI₂, 4,7t KCI, 0,2t NaCI, 22,7t H₂O) zugeführt.

Es bilden sich 23,9t Schönit (9,11 K₂SO₄, 7,8t MgSO₄, 7,0t H₂O) und 50,3t Umsetzungslösung (2,9t MgSO₄, 7,5t MgCI₂, 3,8t KCI, 0,7t NaCI, 35,4t H₂O).

Die abgezogene Suspension hat einen Feststoff gehalt von 740 g/l. 25,3 t Umsetzungslösung = 20 m³ werden mit dem Kristallisat über den Bodenabzug 10 abgezogen und einer Zentrifuge bekannter Bauart direkt zugeführt. Die restlichen 25t Umsetzungslösung verlassen den Kristallisationsreaktor über die Überlaufrinne 6. Die Größe des Reaktors soll für den angegebenen Durchsatz so gewä hit werden, daß 50 bis 80 m³ Kristal I bettvolu men im Kristallisationsreaktor vorhanden sind. Die Reaktionstemperatur liegt bei 12°C.

Ausführungsbeispiel 2

In einem Kristallisationsreaktor gemäß Figur 1 wird analog zu Ausführungsbeispiel 1 die Reaktion zwischen Kaliumchlorid, Bittersalz und Reaktionslösung durch Eintragen der Einsatzstoffe in das zirkulierende Kristallbett durchgeführt. Es werden folgende Mengenverhältnisse eingehalten: 4,92t/h reines Kaliumchlorid, 14,72t/h Bittersalz, 4,17t/h Wasser. Daraus entstehen 10,50t/h Schönit, 0,4t/h KCI und 10 m³ Umsetzungslösung der Zusammensetzung 248 g/l MgCI₂,91 g/l MgSO₄,64g/l KCI, 886g/l H₂O.

Die Reaktionstemperatur im Kristallisationsreaktor wird zu 25°C, als Feststoffgehalt der Suspension 900 g/l und die Verweilzeit der Kristallphase im Reaktor zu 3,5 Stunden gewählt. Daraus ergibt sich ein Reaktorvolumen von etwa 45m³. Die Reaktionslösung wird aus Wasser und Bittersalz gebildet, indem die berechneten Mengen von Bittersalz und Wasser zunächst zu einer Suspension vereinigt und gemeinsam dem Reaktor zugeführt werden.

Claims (2)

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur doppelten Umsetzung von Kaliumchlorid und Magnesiumsulfat in Form von Bittersalz zu Schönit, gekennzeichnet dadurch, daß die Umsetzung kontinuierlich in einem Kristallisationsreaktor ausgeführt wird, der außer Einrichtungen zum Mischen derzugeführten Feststoffe und der Reaktionslösung mit dem im Reaktor befindlichen Kristallbett noch Einrichtungen zum getrennten Abführen eines Teiles der gebildeten Umsetzungslösungen und eine Abzugsmöglichkeit für das Kristallisat besitzt,-die Zuführung der Feststoffe und der Reaktionslösung getrennt voneinander direkt in das Kristallbett erfolgen, Feststoffgehalt im Kristall bett und in der abgezogenen Kristallisatsuspension 500 bis 900 g/l beträgt, die Verweilzeit der Feststoffe in der Reaktionszone des Kristallisationsreaktors höher als die der Lösungsphase ist und der Abzug des Kristallisates in Form einer Suspension aus dem Kristallbett erfolgt, während die restliche Umsetzungslösung getrennt abgeführt wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zum getrennten Abführen eines Teiles dergebildeten Umsetzungslösung eine vom Reaktionsraum des Kristallisationsreaktors abgetrennte Klärzone ist, über die die Umsetzun'gslösung kristallisatfrei abfließt.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebietder Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur doppelten Umsetzung von Kaliumchlorid und Magnesiumsulfat zu Schönit (K₂SO₄ · MgSO₄ 6H₂O). Das Magnesiumsulfat wird als Bittersalz (MgSO₄ 7H₂O) und das Kaliumchlorid°als hochprozentiges Kristallisat mit 55 bis 60% K₂O-Gehaltfür die Reaktion benötigt. Beide Rohstoffe sind in dieser Form Zwischenprodukte der Kalirohsalzverarbeitung oder der Verarbeitung von natürlichen Solen, die Kaliumchlorid und Magnesiumsulfat enthalten. Schönit ist die Vorstufe des chloridfreien Kalidüngemittels Kaliumsulfat. Die Erfindung ist anwendbar zur Herstellung des Zwischenproduktes Schönit innerhalb der Verfahrenskette zur Herstellung von Kaliumsulfat aus KaIirohsalzen oder natürlichen Solen. Gegenüber bekannten Verfahren wird eine höhere Ausbeute und/oder ein bittersalzfreier Schönit erzielt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Herstellung VOnSChOnIt(K₂SO₄ · MgSO₄ · 6H₂O) aus Bittersalz und Kaliumchlorid ist Gegenstand einer größeren Anzahl von Verfahrensvorschlägen, deren Ziel es ist, möglichst magnesiumchloridreiche Umsetzungslösungen und damit eine maximale Kaliumausbeute und/oder ein bittersalzfreies Kristallisat zu erzielen.

(Serowy, Verarbeitungsmethoden der Kalirohsalze, W.-Knapp-Verlag 1952). Mitzunehmender Annäherung der Magnesiumchloridkonzentration der Umsetzungslösung an den theoretischen Endpunkt steigt die Gefahr, daß nicht umgesetztes Bittersalz in den Schönit gelangt, wodurch die folgende Umsetzungsstufe von Schönit zu Bittersalz empfindlich gestört wird. Man begnügt sich daher meistens mit wesentlich niedrigeren MgCI₂-Konzentrationen in der Umsetzungslösung als eigentlich theoretisch möglich sind und nimmt die damit verbundenen Wertstoffverluste in Kauf. Höhere MgCI₂-Konzentrationen bei ausreichender Sicherheit, ein bittersalzfreies KristalIisatzu erzielen, können nach „Kali und Steinsalz", Jahrgang 1954, Heft 7,-. Seiten 3 bis 22, erreicht we'rden, indem eine polytherme Arbeitsweise angewendet wird, wobei die Reaktionsdurchführung bei höherer Temperatur und die Stofftrennung nach Abkühlung bei wesentlich niedrigerer Temperatur erfolgt. Jeder Ansatz muß also zuerst erhitzt und anschließend zusätzlich gekühlt werden, was die Prozeßführung wesentlich erschwert. Außerdem müssen die eingesetzten Stoffmengen sehr genau dosiert werden. °

Aus diesen Gründen verzichtet man in der Praxis der Kaliumsulfatherstellung meistens auf die Erzielung maximaler Ausbeuten bei der Schönitherstellung und versucht die Wertstoffverluste durch Integration der Schönitumsetzungslösungen in den Verarbeitungsprozeß für die Kalirohsalze oder den solaren Eindunstungsprozeß der natürlichen Solen auszugleichen. In der Praxis wird wegen der Dosier- und Umsetzungsproblematik außerdem nur in absatzweise arbeitenden Reaktionskesseln gearbeitet, in welche die für einen Ansatz berechneten Mengen der Einsatzstoffe eingefüllt und zur Umsetzung gebracht werden. Kontinuierliche Umsetzungsverfahren sind bisher nur für die folgende Prozeßstufe der Schönitumsetzung von Kaliumsulfat, nicht aber für die Schönitherstellung selbst vorgeschlagen worden (DD-WP 91472). Durch die bisher erforderliche diskontinuierliche Arbeitsweise werden stets mehrere absatzweise arbeitende Reaktoren benötigt.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, die Ökonomie der Kaliumsulfatherstellung dadurch zu verbessern, daß der für die Kaliumsulfatherstellung erforderliche bittersalzfreie Schönit mit höherer Ausbeute und/oder mit verringertem apparativem Aufwand hergestellt werden kann.