DD273428A1 - Verfahren zur herstellung von grobkristallinem gleichmaessig gekoerntem kaliumsulfat in kugelform aus glaserit und kaliumchlorid - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von grobkristallinem, gleichmaessig gekoerntem Kaliumsulfat in Kugelform aus Glaserit und Kaliumchlorid. Ziel und Aufgabe der Erfindung besteht in der Herstellung eines grobkristallinen, gleichmaessig gekoernten Kaliumsulfates auf Glaseritbasis. Erfindungsgemaess wird die technische Aufgabe dadurch geloest, dass die Doppelsalzzersetzung kontinuierlich mit Kaliumchlorid und Wasser oder KCl-Loesung in einer mindestens zehnfach groesseren Menge als die zugefuehrten Stoffmengen eines K2SO4-Kristallbettes durchgefuehrt wird, die Einspeisung der festen und fluessigen Reaktionskomponenten kontinuierlich an verschiedenen Stellen des Kristallbettes erfolgt und bestimmte Feststoff- und NaCl-Konzentrationen eingehalten werden.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein grobkristallinos, gleichmäßig gekörntes, überwiegend kugelförmiges Kaliumsulfat aus dem Doppolsalz Glaserit und Kaliumchlorid. Das Vorfahren eignet sich zur Hör?teilung von hochwertigem Kaliumsulfat aus KCI und Natriumsulfat als Rohstoffbasis mit Glaserit als Zwischenprodukt. Durch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare Korngröße und -form des Produktes entsteht eine hochwertige Qualität des chloridfreien Düngemittels Kaliumsulfat auch hinsichtlich seine, .hysikalischen Beschaffenhdit, während bisher nur feinkörnige äußerst stark zum Stauben neigende Kaliumsulfai-Produkte aus KCI und Glaserit erhalten wird. Das erzeugte Produkt nach dem erfindungsgemäßon Verfahren ist hervorragend lagerfähig, verhärtet nicht und entwickelt keinen Staub beim Umschlag und baim Ausbringen des Düngers.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Kaliumsulfat als chloridfreies Kalidüngemittel wird aus Kaliumchlorid und einem Sulfatrohstoff durch doppelte Umsetzung hergestellt. Solche Sulfatrohstoffe sind neben Schwefelsäure vor allem Magnesiumsulfat.

Daneben gewinnt Natriumsulfat in wasserfester Form oder auch zum Teil als Glaubersalz (Mirabilit) zunehmende Bedeutung. Die Gewinnung von Kaliumsulfat aus KCI und Natriumsulfat verläuft aus Ausbeutegründen immer über die Zwischenstufe des Doppelsalzes Glaserit Glaserit enthält je nach den Herstellungsbedingungen wechselnde Mengen Natriumsulfat und kann zum Teil wesentlich von der Zusammensetzung Na₃SO₄ 3K₂SO₄ abweichen. Außerdem enthält technischer Glaserit immer wesentliche Mengen Natrium in Form von NaCI-haltigen Haftlösungen.

Zur Herstellung von Kaliumsulfat aus Glaserit wird Kaliumchlorid mit Kaliumchloridlösung oder KCI und Wasser bei etwa 3O⁰C zur Reaktion gebracht, wobei die Reaktion bei grobkörnigem Glaserit nicht durchgängig ist, da sich eine feste aus KjSO₄ bestehende Kruste ausbildet, welche den weiteren Reaktionsablauf behinde; <.

Feinstkörniger Glaserit läßt sich zu Kaliumsulfat glatt umsetzen, führt aber zu feinkörnigem und stark staubendem Kaliumsulfat, dessen physikalische Qualität als Düngemittel nicht befriedigt. Die Herstellung von Kaliumsulfat aus feinkörnigem Glaserit ist in DE-OS 2820455 beschrieben. Da die Umsetzung ohne besondere Maßnahmen zur Körnungsbeeinflussung erfolgt, ist die physikalische Qualität des erzeugten Produktes nicht ausreichend. Nach EP-PS 199104 ist ein Kaliumsulfatherstellungsverfahren bekannt, welches ebenfalls auf der Rohstoffgrundlage Natriumsulfat arbeitet. Im Gegensatz zu üblichen Konversionsrejktionen wird dabei die Kaliumsulfatbildung in einem lonenaustauschprozeß vollzogen, welcher ebenfalls kaum Ansatzpunkte für eine Grobkornerzeugung bietet.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Herstellung eines grobkristallinen, gleichmäßig gekörnten Kaliumsulfates in Kugelform aus Glaserit und Kaliumchlorid, wobei die physikalischen Eigenschaften wie Lager-, Umschlags- und Staubverhalten entscheidend zu verbessern sind.

Darlegung des Wesens der Erfinduno

Der Erfindung liogt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Kaliumsulfat zu entwickeln, welches auf der doppelten Umsetzung von Glaserit und Kaliurnchlorid unter Vorwondung von KristallisatlonsresKtoren lioruht und das entstehende Finalprodukt sich durch hohe chemische Reinheit sowio ein grobes, möglichst gorundotoß Korn auszeichnet. Dio Erfindung löst diese Aufgnho dadurch, daß die Auflösung und Reaktion der Uoaktionskompononton in Gegenwart einor sehr großen Menge einer Kaliumsulfatsusponsion hoher Konzentration erfolgt, woboi dio Kaliumsulfatsuspension im Prozoß immer winder gebildet und durch besondere Maßnahmen dio Prozoßsteuerung betreffend, auf dem erforderlichen hohen Feststoffgehalt sowie der erforderlichen hohen NaCIKonzentration in der Flüssigphase naho dem Gleichgewicht erhalten wild.

Es wurde überraschend gefunden, daß sich das Doppelsntz Glaserit zu oinom grobkörnigen und überdies größtenteils aus kugeligen Kristallkörnorn bestehenden Kaliumsulfat umsetzt, wenn folgonde orfindungsgomäßon Bedingungen eingehalton werden:

- Einspeisung der feston und flüssigen Rektionskomponenten unter Ausschluß vorheriger Vormischung an verschiedene, voneinander getrennte Stollen eines durchmischten Kristaübettes von Kaliumsulfatkristallen, welches sich durch die Reaktion ständig neu bildet und in fünffacher bis etwa 2Ofacher Menge des stündlich in den Reaktor eingespeisten Glaserits im Reaktor vorhanden ist.

- Einhaltung von Feststoffgehalten im Kristallbett zwischen 450 und 1000g/l

- Einhaltung einer NaCI-Konzontration in der Flüssigphaso der Suspension von 55-70g/l, d.h. in der Nähe der NaCI-Gleichgewichtskonzontration

- Einhaltung von bestimmten Rührbodingungen, insbesondere einer Schlaufenform der Strömung bei abwärtsgerichteter Strömungsrichtung.

Weiterhin wurde gefunden, daß sich dio erforderliche Lösungszusammensotzuny in der Nähe der Gleichgewichtskonzentration im Reaktor selbst ausbildet, wenn dor spezifische Durchsatz zwischen 50 und 130mg K₂S(Vm³ Roaktionaraum und Stunde gehalten wird. Darüber hinaus wurde gefunden, daß sich ein kugelförmiges fast reines Produkt ausbildet, wenn die Reaktion in einem Schlaufenreaktor bei einem Feststoffgohalt im Kristallbett oborhalb 450g/l bis etwa 1000g/l erfolgt, dessen RUhrrichtung zum Behälterboden gerichtet ist. Die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Schlaufonreaktor ist einfach und ohne besondere Maßnahmen zur Stabilisierung des erforderlichen Feststoffgehaltes im Kristallbett möglich, wenn dieser Reaktor eine Klärzone hat und das Kristallisat getrennt von der Lösungsphase mit hoher Eindickung abgezogen werden kann.

Die Zugabe der festen Reaktionskomponenten erfolgt zweckmäßig kontinuierlich durch Zugabo auf dio Oberfläche der Suspension, während dio KCI-Lösung direkt in das turbulont durchmischte Kristallbett injiziert wird.

Von Bedeutung auf die Ausbildung der Kugelform des Produktes Ist wie schon erwähnt auch die Rührrichtung im Schlaufenreaktor. Es wurde überraschend gefunden, daß in dem Reaktor die Förderrichtung des Rührers zum Boden gerichtet sein muß, um fast ausschließlich eine kugoligo Kornform zu erzielen. Die Umwandlung des Doppolsalzes Glaserit nach der Gleichung

1 ...2Na₂SO₄ · 3K₂SO₄ + 2...4KCI-M...5K₂SO₄ + 2...4NaCI

verläuft nur unterhalb der Gleichgewichtskonzentration der Bodenkörper unter Kaliumsulfatbildung ab. Die Zersetzung des Doppelsalzes erfordert demzufolge eine ständige Zufuhr von Wasser und KCI, wobei das KCI im Rahmen der Löslichkeit als KCI-Lösung zugesetzt werden kann, welche direkt in das durchmischte Kristallbett des Reaktors injiziert wird.

Die Erfindung wird durch folgende Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Auslührungsbeisplel 1:

(hierzu Figur 1)

In einen Schlaufenreaktor mit Klärzone, Axialrühror und Leitrohr, dessen Suspondiorzone und damit das Kristallbett ein Volumen von 20m³ hat, befindet sich eine Kaliumsulfatsusponsion mit einem Festatoffgehalt von 800g/l. Die Förderrichtung des Rührers ist zum Boden gerichtet, so daß sich ringförmige Strömungsschlaufen ausbilden, die in das obere Ende des Leitrohres einziehen.

In dieses durchmischte Kristallbett gibt man kontinuierlich folgende Stoffmongen je Stunde

Glaserit	1828 kg/h
Haftlösung	190 kg/h
Kaliumchlorid	1640 kg/h
Wasser	4300 kg/h

wobei die Feststoffe über eine Schurre auf die Suspor.sionsoberflächo, die Flüssigphase (Wasser oder KCI-Lösung) direkt in das Kristallbett eingespeist wird. Die Reaktionstemperatur beträgt 24-26⁰C.

Durch Zersetzung des Doppelsalzes bilden sich stündlich 1770kg/h Kaliumsulfat, welche als Suspension mit 800g/l Feststoffgehalt in einer Menge von 2,2 m³/h aus dem Reaktor abgezogen worden.

Die restliche Lösungsmenge fließt über die Klärzone des Kristallisators ab und wird mit der bei der Filtration der abgezogenen K₂SO₄-Suspension anfallenden Filtratlauge vereinigt. Die NaCI-Konzentration der gebildeten Umsetzungslösung liegt bei etwa 62g/INaCI.

Durch die Reaktionsbedingungen bildet sich das bei der Doppelsalzzersetzung entstehende Kaliumsulfat kontinuierlich durch fast ausschließliches Kornwachstum der Gesamtmasse des Kristallbettes in Form grober und meistens kugelförmiger Kristallkörner mit >80% Masseanteil oberhalb 0,125mm.

Das Finalprodukt wird durch folgende granulometriscne Zusammensetzung charakterisiert:

+0,5 mm %	9,6bis21,5%
+0,25 mm %	58,0 bis 47,1%
+0,125mm %	25,9 bis 20,4%
+0,063 mm %	4,4 bis 7,7%
-0,063 mm %	2,1 bis 3,3%

Ausführungsbeispiel 2:

(hierzu ebenfalls Figur 1) Dio Prozeßführung erfolgt analog Beispiel 1 mit folgenden Änderungen: Foststoffgehalt dos Kristallbettes 450-500g/l, Kristallbettvolumen in der Suspondiurzone des Reaktorc 35m³, Menge der abgezogenen Kaliumsulfatsuspension aus dom Reaktor ist entsprechend des niedrigeren Feststoffgehaltes von 450-500g/l K₂SO* proportional größer, wodurch sich die Menge dor geklärten Lösung, welche die Klärzone des Reaktors verläßt, entsprechend vermindert.

Das erhaltene K₂SO₄-Produkt entspricht in seinem Körnungsaufbau folgender granulomotrischer Zusammensetzung:

+0,5 mm 30,7% bis 18,8%

+0,25 mm 40,9% bis 38,7%

+0,125mm 18,8%bis 28,2%

+0,063 m m 6,9 % i s 10,1 %

-0,063 mm 2,7%is 4,2%

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von grobkristallinem, gleichmäßig gekörntem Kaliumsulfat in Kugolform aus Glaserit und Kaliumchlorid, gekennzeichnet dadurch, daß die Doppelsalzzersetzung kontinuierlich mit Kaliumchlorid und Wasser oder KCI-Lösung in einer mindestens zehnfach größeren Menge als die zugeführten Stoffmengen eines Kaliumsulfatkristallbettes durchgeführt wird, die Einspeisung der festen und flüssigen Reaktionskomponenten kontinuierlich an verschiedenen, voneinander getrennten Stellen des Kaliumsulfatkristallbettes unter Ausschluß vorheriger Vermischung erfolgt sowie ein Feststoffgohalt zwichen 450-1000g/l im Kristallbett und ein NaCI-Gehalt in der Flüssigphase von 55-70g/l NaCI ständig aufrecht erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Reaktion in einem Schlaufenreaktor mit Klärzone durchgeführt und der erforderliche Feststoffgehalt im Kristallbett durch getrennten Abzug von hocheingedickter K₂S0₄-Suspension aus dem Kristallbett durch getrennten Abzug von hocheingedickter ^SCVSuspension aus dem Kristallbett und geklärter Lösungsphase aus der Klärzone des Reaktors eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Rührrichtung im Schlaufenrsaktor abwärts gerichtet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Reaktordurchsatz /wischen 50 und 130 kg K₂SO₄ je m³ Reaktionsvolumen und Stunde eingestellt wird.