MXPA01002553A - Proceso para producir sulfato de potasio a partir de potasa y sulfato de sodio - Google Patents

Abstract

La presente invención proporciona un proceso para la producción de sulfato de potasio a partir de una fuente de potasa y una fuente de sulfato de sodio, que comprende las etapas de:(a) tratar una parte de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio, de tal manera que la glaserita cristaliza de la solución y se produzca una primera mezcla madre, (b) convertir la glaserita para precipitar el sulfato de potasioen una segunda mezcla madre, (c) reciclar la segunda mezcla madre a la parte de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio, (d) someter a la primera mezcla madre a cristalización por evaporación, para producir cloruro de sodio en una tercera mezcla madre y (e) reciclar la tercera mezcla madre a la parte de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio.

Description

PROCESO PARA PRODUCIR SULFATO DE POTASIO A PARTIR DE POTASA Y SULFATO DE SODIO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a procesos para producir sulfato de potasio y más particularmente, a procesos para producir sulfato de potasio a partir de fuentes de potasa y sulfato de sodio.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La reacción completa para producir sulfato de potasio a partir de sulfato de sodio y potasa, puede ser descrita como: Na2S04+ 2 KCl = K2S04 + 2 NaCI Sin embargo, en medio acuoso, la reacción está sujeta a las restricciones termodinámicas del sistema Na2S04- 2 KCI-K2SO4- 2 NaCI/H20. Los datos del sistema están mejor representados en un diagrama de fases Janecke (Figura 1 ), Los puntos relevantes constantes son: (a) solución en equilibrio con Na2SO4, NaCI y glaserita (K3Na(S04)2), (b) solución en equilibrio con KCl, NaCI y glaserita, (c) solución en equilibrio con KCl, K2SO4 y glaserita.

Las composiciones de los puntos constantes a 25°C están dadas en la Tabla 1 siguiente: Tabla 1 Composición del Punto Constante para el sistema Na2S?4-NaCI-K2S?4-KCI/H2? (T= 25°C) Punto Constante Componente (4,5) K+ Cl- H20 (% mol) (% mol) (mol/mol de sales 14.6 79.2 14.9 29.3 93.7 14.7 68.6 94.5 19.5 * todos los valores en equivalentes dobles Del diagrama de fases, es evidente que de ninguna mezcla de alimentación de potasa, sulfato de sodio y agua, puede eliminarse cloruro de sodio puro como subproducto. Además, una conversión razonable de potasio, sólo puede lograrse en una reacción de dos etapas, vía el producto intermedio de glaserita, que consiste de (Figura 2a): 1. Producción de glaserita a partir de sulfato de sodio, potasa y la solución de la Etapa 2, 2. Producción de sulfato de potasio y la solución de la Etapa 2 a partir de potasa, agua y glaserita de la Etapa 1.

La glaserita producida en la Etapa 1 se separa de la mezcla madre y se introduce en la Etapa 2. La mezcla madre contiene cantidades substanciales de potasio y sulfato disueltos, lo que generalmente garantiza una operación de recuperación. Aunque los procesos comúnmente conocidos difieren básicamente en el esquema usado para recuperar el sulfato y el potasio, las etapas de reacción son muy similares.

Existen numerosos problemas asociados con la separación sólido/líquido de glaserita. Ya que todos los procesos conocidos producen glaserita vía desalación, la glaserita producida es característicamente fina. Algunos de los cristales más grandes de glaserita pueden ser obtenidos por desalación, pero esto requiere un tiempo de residencia mayor y un equipo de cristalización más sofisticado.

Algunas partículas de glaserita se filtran pobremente. Además, la magnitud de la adherencia de la mezcla madre es substancialmente incrementada con la disminución del tamaño de partícula. Esta mezcla madre es rica en sodio (65-86 % en mol) y en cloro (75-95 % en mol). El aglomerado de sodio y cloro introducido en la Etapa 2 debe estar disuelto en el efluente madre. Ya que en el punto de operación teórico óptimo ( el punto constante KCI/K2S?4/glaserita/H2?), la solución contiene aproximadamente 71% de H20 y menos del 3% de sodio, debe añadirse un exceso de agua de aproximadamente 25 kg en la Etapa 2 para eliminar cada kg de sodio introducido de manera adicional.

"El envenenamiento por sodio" resultante de la adherencia de la solución a la glaserita, incrementa los requerimientos de agua de alimentación (Figura 3) y por lo tanto, la carga de evaporación en la etapa de recuperación. Los costos de energía se incrementan adicionalmente debido a los costos extras de calentamiento y enfriamiento de las corrientes aumentadas de reciclamiento. Correspondientemente, los costos de equipo aumentan.

Las partículas más grandes de glaserita se filtran más fácilmente y contienen mucho menos de la mezcla madre.

En el arte previo se conoce el uso de la sal de Glauber (sulfato de sodio decahidratado) en la producción de sulfato de sodio. Se sabe perfectamente que el agua adicional de la sal de Glauber disminuye la conversión en las etapas de reacción e incrementa la composición del sulfato en el efluente de la Etapa 1. Algunos procesos cíclicos no pueden operarse usando la sal de Glauber, otros requieren operaciones unitarias adicionales (por ejemplo, evaporación).

La proporción agua-sulfato de sodio en las soluciones de sulfato de sodio es significativamente más alta que la de la sal de Glauber, de tal modo que le problema de exceso de agua empeora considerablemente.

En consecuencia y de conformidad con el arte previo, las fuentes de sulfato de sodio que contienen agua, están por lo general, sujetas a la cristalización por evaporación con el objeto de producir la sal anhidra. Los sólidos se separan de la mezcla madre y se introducen a uno de los procesos convencionales para la producción de sulfato de potasio a partir de potasa y sulfato de sodio anhidro.

La producción de sulfato de sodio anhidro a partir de la sal de Glauber, las soluciones de sulfato de sodio y otras fuentes de sulfato de sodio originan un gasto de capital y energía considerable. Por lo tanto, es ampliamente conocida la necesidad de producir sulfato de potasio a partir de dichas fuentes de sulfato de sodio de una manera más económica y eficiente.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Un primer objeto de la presente invención es producir el intermediario de glaserita en la producción de sulfato de potasio vía la cristalización por evaporación y no mediante desalación, de manera que se produzca la glaserita con características superiores de formación, filtración y manipulación y con un bajo índice de adherencia a la mezcla madre.

Un segundo objeto de la presente invención es proporcionar un proceso para la producción de sulfato de potasio a partir de potasa y soluciones de sulfato de sodio, sin la producción de sulfato de sodio anhidro o la sal de Glauber en una etapa intermedia.

Un tercer objeto de la presente invención es producir sulfato de potasio libre de materia insoluble y por lo tanto, adecuado para fertilización.

En una primera modalidad, la presente invención proporciona un proceso para la producción de sulfato de potasio a partir de una fuente de potasa y una fuente de sulfato de sodio, que comprende las etapas de: (a) tratar una parte de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio, de tal manera que la glaserita se cristaliza de la solución y se produzca una primera mezcla madre, (b) convertir la glaserita para precipitar el sulfato de potasio en una segunda mezcla madre, (c) reciclar la segunda mezcla madre a la etapa (a), (d) someter la primera mezcla madre a cristalización por evaporación para producir cloruro de sodio en una tercera mezcla madre y (e) reciclar la tercera mezcla madre a la etapa (a).

En una modalidad preferida, la etapa de conversión de la glaserita para precipitar sulfato de potasio, usa una parte adicional de la fuente de potasa.

En una modalidad preferida, la parte adicional de la fuente de potasa es un exceso de la parte de la fuente de potasa de la etapa (a).

En una modalidad preferida, la etapa de tratamiento de una parte de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio incluye la cristalización por evaporación.

En una modalidad preferida, la etapa de tratamiento de una parte de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio incluye la cristalización por enfriamiento.

En una modalidad preferida, una parte de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio es pre-mezclada para formar una solución antes de tratar la parte de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio.

En una modalidad preferida, la fuente de sulfato de sodio incluye la sal de Glauber.

En una modalidad preferida, la fuente de sulfato de sodio incluye una solución que contiene sulfato de sodio.

En una modalidad preferida, la fuente de sulfato de sodio incluye glauberita.

En una modalidad preferida, la fuente de sulfato de sodio incluye un aglomerado de sal.

En una modalidad preferida, la fuente de sulfato de sodio incluye sulfato de sodio desde aproximadamente el 5 por ciento hasta aproximadamente el 90% de pureza.

En una modalidad preferida, la formación de glaserita se logra a una temperatura desde aproximadamente 15°C hasta aproximadamente 110°C.

En una modalidad preferida, la materia insoluble de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio, se remueve mediante filtración, dando como resultado un sulfato de potasio completamente soluble.

Como se utiliza en la descripción y en las reivindicaciones anexas, el término "soluciones de sulfato de sodio" se refiere a cualquier solución que contenga sulfato de sodio disuelto.

Como se utiliza en la descripción y en las reivindicaciones anexas, el término "fuente de sulfato de sodio" se refiere a un sólido y/o una solución que contenga sulfato de sodio como componente principal.

Como se utiliza en la descripción y en las reivindicaciones anexas, el término "fuente de potasa" se refiere a un sólido y/o una solución que contenga cloruro de potasio como componente principal.

Como se utiliza en la descripción y en las reivindicaciones anexas, el término "aglomerado de sal" se refiere a sulfato de sodio impuro con una pureza desde aproximadamente el 90 por ciento hasta aproximadamente el 99 por ciento.

Como se usa en la descripción y en las reivindicaciones anexas, el término "completamente soluble" se refiere a una calidad de sulfato de potasio adecuado para la fertilización y otras aplicaciones finas.

Debe notarse que en el arte previo, el uso de la sal de Glauber, la glauberita, las soluciones acuosas que contienen sulfato de sodio, etc., requiere más etapas de proceso, incluyendo la fusión, la cristalización por evaporación (o ambas) y la eliminación de agua. Dichas etapas adicionales complican el proceso e incrementan significativamente la inversión de capital y los costos de operación.

De conformidad al arte previo, el intermediario de glaserita se produce por desalación y tiene características pobres de formación, filtración y manipulación. Alternativamente, para mejorar el tamaño de partícula de la glaserita puede utilizarse un equipo de cristalización sofisticado.

El sulfato de potasio producido de conformidad con el arte previo contiene material insoluble de las fuentes de sulfato de sodio y potasa. El material insoluble puede impedir las operaciones de proceso y generalmente hace al producto de sulfato de potasio no adecuado para la fertilización u otras aplicaciones finas.

En contraste, la presente invención elimina las etapas adicionales de proceso asociadas con la producción del sulfato de sodio anhidro en una etapa intermedia. Además, dado que la glaserita se produce a partir de la solución, los cristales obtenidos de glaserita son gruesos, de modo que las operaciones de eliminación del agua y manipulación son enormemente mejoradas. Adicionalmente, la presente invención permite eliminar de la solución la materia ¡nsolubie, de modo que el sulfato de potasio producido es completamente soluble y es adecuado para aplicaciones especiales incluyendo la fertilización.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención es descrita en este documento, solo a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos que la acompañan, en donde: Las Figs. 1a, 1b y 1c son los diagramas de fase de la solución para el sistema Na2S?4/2NaCI/K2S?4V2KCI/H2? a 0°, 25° y 100°C, respectivamente, en donde: 1 = Na2S04 2 = K2S04 3 = Glaserita a' = NaCI a" = 2NaCI b' = KCl b" = 2KCI d = Na2S04 10 H2O Las Figs. 2a y 2b son diagramas de bloques que muestran esquemáticamente los procesos de conformidad al arte previo, en donde y con respecto a la Fig. 2a: a = sulfato de sodio b = formación de glaserita c = separador d = NaCI e = agua f = recuperación g = potasa h = solución (c) i = formación de sulfato de potasio k = mezcla de productos m = producto en donde: y con respecto a la Fig. 2b: a = sulfato de sodio acuoso b = agua c = formación de sulfato de sodio anhidro d = separador e = NaCI f = formación de glaserita g = recuperación h = potasa i = solución (c) j = formación de sulfato de potasio I = mezcla de productos m = producto La Fig. 3 muestra el efecto de la humedad de la glaserita en la viabilidad del proceso, en donde: a = tons. de alimentación/ton K2SO4 b = humedad de la glaserita (% L.O.D) c = Conversión K° d = agua e = potasa La Fig. 4 es un diagrama de bloques que muestra esquemáticamente los procesos de conformidad con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención describe procesos que producen sulfato de potasio a partir de fuentes de potasa y sulfato de sodio. Los principios y operación de dichos procesos de conformidad con la presente invención pueden comprenderse mejor haciendo referencia a los dibujos y a la descripción que le acompañan.

La Fig. 4 ¡lustra varias modalidades de la presente invención. La etapa 1 está dirigida a la formación de la glaserita 10. Para este fin, se mezclan la solución de sulfato de sodio 14, una primera parte de los sólidos de potasa 18 y salmuera 23 de la Etapa 2 (ver abajo), de tal manera que la potasa se disuelva. La disolución 13 puede facilitarse mediante calentamiento. La solución obtenida puede filtrarse para eliminar la materia ¡nsolubie y posteriormente, someterla a cristalización, cristalización por evaporación, cristalización por enfriamiento y similares, como resultado de lo cual, la glaserita cristaliza fuera de la solución. A la mezcla se le elimina el agua en un separador 19 y se pasa a la Etapa 2, la cual está dedicada a la descomposición de la glaserita o la formación de sulfato de potasio 20.

En la Etapa 1 , la formación de la glaserita 10, puede efectuarse preferiblemente a una temperatura desde aproximadamente 15°C hasta aproximadamente 110°C. Puede usarse un sistema de cristalización por evaporación de efecto múltiple, con la etapa final desarrollada casi preferiblemente a una temperatura desde aproximadamente 30°C hasta aproximadamente 50°C.

La mezcla madre resultante tiene el siguiente porcentaje en peso de la composición: potasio: 2.5-6%, sodio: 7.5-10%, cloro: 13-17%, sulfato: 1.3-5%, agua: para el balance. La composición de la mezcla madre corresponde a los puntos en y arriba de la línea de equilibrio NaCI/glaserita. La mezcla madre tiene una alta concentración de sodio y cloro, pero también contiene cantidades sustanciales de potasio y sulfato. La mezcla se somete a cristalización por evaporación en la Etapa 3, 12. En esta etapa, el cloruro de sodio producido se separa de la mezcla madre y se recupera como un co-producto 16. Los iones de potasio y sulfato que se han concentrado en la mezcla madre, se reciclan a la Etapa 1 , 10.

En la Etapa 2, la descomposición de la glaserita 20 se desarrolla preferiblemente a una temperatura desde aproximadamente 15°C hasta aproximadamente 90°C, con el rango de temperatura preferido siendo desde aproximadamente 20°C hasta aproximadamente 50°C. La potasa 18 y el agua 22 se introducen junto con los sólidos obtenidos de la etapa de cristalización de la glaserita 19. La potasa 18 y el agua 22 pueden mezclarse de manera separada y la solución obtenida puede filtrarse para eliminar la materia insoluble para producir sulfato de potasio completamente soluble.

En la etapa de descomposición de la glaserita 20, los sólidos de glaserita se disuelven, generando una supersaturación solamente con respecto al sulfato de potasio, de manera que el sulfato de potasio precipita selectivamente. La conversión máxima se obtiene cuando la mezcla madre se aproxima al punto constante KCI/K2S04/glaserita/H20.

La mezcla de productos de sulfato de potasio 24 se separa 25, se lava con agua 22 y se seca. La mezcla madre que se elimina del reactor se recicla a la etapa previa, sin embargo, el agua de lavado puede usarse en la descomposición de la glaserita.

Si bien la invención ha sido descrita con respecto a un número limitado de modalidades, es evidente que pueden hacerse muchas variaciones y modificaciones son alejarse del espíritu y alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (16)

1. REIVINDICACIONES Un proceso para producir sulfato de potasio a partir de una fuente de potasa y una fuente de sulfato de sodio, que comprende las etapas de: (a) tratar una parte de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio, de tal manera que la glaserita se cristaliza de la solución, obviando la necesidad de producir las sales de sodio intermedias y se produzca una primera mezcla madre, (b) convertir la glaserita para precipitar el sulfato de potasio en una segunda mezcla madre, (c) reciclar dicha segunda mezcla madre a la etapa (a), (d) someter a dicha primera mezcla madre a cristalización por evaporación para producir cloruro de sodio en una tercera mezcla madre y (e) reciclar dicha tercera mezcla madre a la etapa (a).
2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicha etapa de conversión de la glaserita para precipitar el sulfato de potasio, utiliza una parte adicional de la fuente de potasa.
3. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, en donde dicha parte adicional de la fuente de potasa es un exceso de dicha parte de la fuente de potasa de la etapa (a).
4. 4. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicha etapa de tratamiento de una parte de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio incluye la cristalización por evaporación.
5. 5. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde la etapa de tratamiento de una parte de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio incluye la cristalización por enfriamiento.
6. 6. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio se pre-mezclan para formar una solución antes del tratamiento de dicha parte de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio.
7. 7. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicha fuente de sulfato de sodio incluye la sal de Glauber.
8. 8. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicha fuente de sulfato de sodio incluye una solución que contiene sulfato de sodio.
9. 9. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicha fuente de sulfato de sodio incluye glauberita.
10. 10. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicha fuente de sulfato de sodio incluye un aglomerado de sal.
11. 11. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicha fuente de sulfato de sodio incluye sulfato de sodio desde aproximadamente el 5 por ciento hasta aproximadamente el 90% de pureza.
12. 12. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicha formación de glaserita se logra a una temperatura desde aproximadamente 15°C hasta aproximadamente 110°C.
13. 13. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicha materia insoluble de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio, se elimina mediante filtración; dando como resultado sulfato de potasio totalmente soluble.
14. 14. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dichas sales intermediarias de sulfato de sodio incluyen a la sal de Glauber.
15. 15. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicha sales intermediarias de sulfato de sodio ¡ncluyen al sulfato de sodio anhidro.
16. 16. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dichas sales intermediarias de sulfato de sodio ¡ncluyen a la sal de Glauber y al sulfato de sodio anhidro. Un proceso para producir sulfato de potasio a partir de una fuente de potasa y una fuente de sulfato de sodio, que consiste esencialmente en las etapas de: (a) tratar una parte de la fuente de potasa y la fuente de sulfato de sodio, de tal manera que la glaserita se cristaliza de la solución y se produce una primera mezcla madre, (b) convertir la glaserita para precipitar el sulfato de potasio en una segunda mezcla madre, (c) reciclar dicha segunda mezcla madre a la etapa (a), (d) someter a dicha primera mezcla madre a cristalización por evaporación para producir cloruro de sodio en una tercera mezcla nnadre y (e) reciclar dicha tercera mezcla madre a la etapa (a).