MXPA06007416A - Recuperacion simultanea de cloruro de potasio y sal comestible enriquecida con kcl - Google Patents
Recuperacion simultanea de cloruro de potasio y sal comestible enriquecida con kclInfo
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Abstract
Un proceso para la recuperación simultánea de KCl y una sal comestible enriquecida con KCl, que comprende:(i) la desulfatación del agua madre con CaCl2;(II) someter el agua madre desulfatada a evaporación;(iii) mezclar el agua madre desulfatada del paso (11) con una solución concentrada de MgCl2 para obtener una carnalita;(iv) descomponer la carnalita con agua para obtener el KCl y el agua madre residual, (v) concentrar el agua madre residual para obtener NaCl y KCl en el agua madre en la forma de carnalita cruda y licor descompuesto de carnalita, (iv) descomponer la carnalita cruda del paso (v) con agua para producir una sal baja en sodio enriquecida con KCl, asícomo el licor descompuesto de carnalita;(vii) recolectar el licor descompuesto de carnalita de los pasos (v) y (vi), y tratar con cal para generar Mg(OH2) y un filtrado que contiene CaCl2 y KCl;(VIII) reciclar el filtrado del paso (vii) al paso (i), mientras que se recupera simultáneamente el KCl perdido en los licores descompuestos de carnalita;(ix) reciclar el agua madre final del paso (iii) para la producción de carnalita y CaCl2;(x) utilizar un exceso de MgCl2 para recuperar el bromo y obtener MgCl2.6H2O.
Description
RECUPERACIÓN SIMULTANEA DE CLORURO DE POTASIO Y SAL COMESTIBLE ENRIQUECIDA CON KCL
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un nuevo proceso para la recuperación de cloruro de potasio grado industrial y una sal comestible baja en sodio a partir de agua madre. El cloruro de potasio es un nutriente esencial para las plantas, y se utiliza principalmente como fertilizante ya sea como un solo fertilizante o en combinación con otros nutrientes para plantas. El cloruro de potasio también se utiliza en varias industrias como en tintes, jabones, detergentes, alimentos, farmacéuticos y también como una materia prima para preparar otros químicos de potasio como hidróxido de potasio y carbonato de potasio. El requisito de pureza de estas aplicaciones es más estricto, requiriendo una pureza >98.0% en la mayoría de los casos. La sal baja en sodio, la cual es una mezcla de cloruro de sodio y cloruro de potasio, es una sal equilibrada especialmente adecuada para personas que sufren de hipertensión y enfermedades cardiacas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El cloruro de potasio es un nutriente esencial para plantas, y se utiliza principalmente como fertilizante, ya sea como un solo fertilizante o en combinación con otros nutrientes para plantas. El cloruro de potasio también se utiliza en varias industrias como tintes, jabones, detergentes, alimentos, farmacéuticos y también como materia prima para preparar otros químicos de potasio tales como hidróxido de potasio y carbonato de potasio. El requisito de pureza para estas aplicaciones es más estricto, requiriendo una pureza >98.0% en" la mayoría de los casos. La sal baja en sodio, la cual es una mezcla de cloruro de sodio y cloruro de potasio, es una sal equilibrada especialmente adecuada para personas que sufren de hipertensión y enfermedades cardiacas. J. H. Hildebrand ("Extracción de Potasa y otros constituyentes del agua madre de agua marina", Journal of Industrial and Engineering Chemistry, vol. 10, no. 2, 1918 pp 96-106) , describe aspectos teóricos de la recuperación de potasa a partir de un agua madre marina y propone un proceso para la extracción. De acuerdo con este proceso, el agua madre se evapora a una temperatura entre 100-120°C, formando por lo tanto una mezcla sólida de cloruro de sodio y kieserita (MgS0 .H20), separar esta mezcla bajo condiciones calientes en una centrífuga calentada y enfriar el licor madre en un enfriador para la separación de la carnalita. La carnalita se descompone y lava con agua para producir cloruro de potasio. Las desventajas de este proceso es que es exigente en términos de requisitos de energía y el KCl obtenido de la carnalita no es grado industrial . K. Seshadri et al ("Fabricación de Cloruro de Potasio y subproductos a partir de agua madre marina" Salt Research and Industry, abril-julio 1970, Vol. 7, páginas 39-44) , describe la concentración adicional del agua madre en artesas solares. Después de retirar la sal cruda y las mezclas de Seis [mezclas de NaCl y sal de Epsom (MgS04.7H20) ] , la sal mezclada [mezcla de NaCl, MgS0 .7H20, KCl.MgS04.3H20 (kainita) y MgCl2.6H20, se forma en artesas solares. La sal mezclada se dispersa con agua madre de alta densidad en una proporción adecuada, y se calentó a una temperatura de 110 °C cuando se forma la kieserita (MgS0 .H20), la cual se separa mediante filtración de la suspensión bajo condiciones calientes. El filtrado se enfría a temperatura ambiente, cuando la carnalita
(KCl .MgCl2.6H20) cristaliza. La carnalita se descompone con agua para obtener una mezcla sólida de cloruro de sodio y cloruro de potasio, mientras que el cloruro de magnesio se va a la solución. La mezcla sólida de cloruro de potasio y cloruro de sodio se purifica utilizando técnicas conocidas para producir cloruro de potasio puro. Las desventajas de este proceso son: la Sal Mezclada (que contiene kainita), se obtiene únicamente después de que dos evaporitos sólidos anteriores, es decir, la sal cruda y la mezcla de seis, se retiran de manera separada. Esto se hace mediante la evaporación solar en artesas, el retiro de las sales de las artesas, y el bombeado de líquido hacia las artesas intermediarias, todo lo cual es de un trabajo muy intenso. La sal mezclada del tipo kainita se va a procesar además mezclando la misma con agua madre de alta densidad y utilizando una técnica de extracción en caliente, seguida por el enfriamiento para extraer la carnalita de la sal mezclada. Esto es una operación tediosa y que consume energía, y la eficiencia de la recuperación del KCl es baja. La carnalita, que se obtiene mediante este proceso, contiene una cantidad sustancial de cloruro de sodio, el cual permanece junto con el cloruro de potasio después de la descomposición de la sal doble, y requiere ser purificada mediante el proceso de lixiviación en caliente, el cual consume energía. En la Patente de los Estados Unidos No. 3099528, con fecha de julio 30, de 1963, titulada "Recuperación de minerales antes de la Concentración de Salmueras Naturales de Lagos y del Mar", se reclama que la carnalita se produce como uno de los productos. Sin embargo, esta carnalita contiene una cantidad sustancial de cloruro de sodio y tras la descomposición, produce silvinita, la cual requiere nuevamente de flotación para producir el cloruro de potasio. En otro proceso seguido por Kali-und Salz en Alemania, el KCl se produce a partir de la silvinita a través de una técnica de separación electrostática. Este proceso también consume energía. En la Enciclopedia Ullmann de Química Industrial, Sexta Edición, 1999, bajo el Capítulo, Compuestos de potasio, la carnalita se produce de una manera normal mediante la evaporación solar del agua madre obtenida del Mar Muerto. Sin embargo, la carnalita contiene una gran cantidad de impurezas de cloruro de sodio con el resultado de que el producto obtenido después de la descomposición con agua es el cloruro de potasio contaminado con una cantidad sustancial de cloruro de sodio, que requiere de operaciones de flotación por espuma o lixiviación en caliente para producir el cloruro de potasio de una calidad grado fertilizante. El proceso de lixiviación en caliente involucra procesar el producto descompuesto de la carnalita (CDP o carnalli te decomposed product) con licor en equilibrio (solución saturada de cloruro de sodio y cloruro de potasio) a alta temperatura, filtrar en caliente para eliminar el cloruro de sodio sólido y enfriar el filtrado para producir el cloruro de potasio. El problema principal con esta técnica es que durante el proceso de enfriamiento para del filtrado para la cristalización del KCl, algo de cloruro de sodio también sale, con el resultado de que el cloruro de potasio está contaminado con aproximadamente 3% de NaCl. En segundo lugar, tomando en cuenta que el CDP contiene aproximadamente 0.5% a 1.0% de Mg+2, el mismo se extrae en el licor en equilibrio, lo cual reduce la eficiencia de la extracción de licor. En el caso de la flotación por espuma, tienen que agregarse agentes espumantes orgánicos para la purificación del cloruro de potasio, lo cual puede ser peligroso para el suelo y para el ambiente en general. En otro proceso reportado, llamado técnica de cristalización en frío, el cloruro de sodio se retira de la carnalita mediante cristalización fraccionada incluyendo tamizado en húmedo, produciendo por lo tanto carnalita que contiene aproximadamente 4 a 5% de NaCl. La Patente China CN 1275531, con fecha de 2000- 12-06, de Song Youlin (CN) , titulada "Método para obtener directamente carnalita baja en sodio", describe la adición de biscofita sólida en el agua madre para cristalizar la carnalita baja en sodio, a partir de la cual puede producirse el cloruro de potasio. En este proceso, puede ser necesario evaporar el agua madre obtenida después de la recuperación de la carnalita a densidades muy altas para obtener la biscofita. No se hace mención de la eficiencia de recuperación y como se trata el K+ residual en el efluente. La Patente China CN 1127219, con fecha de 1996- 07-24, de Song Yioian (CN) y Jinyu Zhou (CN) , titulada "Preparación de cloruro de potasio de alta pureza de cristales grandes mediante la adición de un método de halógeno para eliminar el Na y aislar el K", describe la combinación de la carnalita con diferentes tipos de aguas madre . La Patente China CN 1248549 con fecha de 2000-03- 29, de Li Lianglin (CN) , Li Yunping (CN) y ei Xinjun (CN) , titulada "Proceso para preparar productos que contiene potasio de alta calidad mediante el método de campo de sal", describe la extracción de potasio, en donde el agua madre se introduce primero en un depósito de sodio, durante el día cuando la temperatura es elevada, separando por lo tanto los minerales de la sal de cloruro de sodio, etc., y durante la noche, cuando la temperatura es baja, el agua madre se introduce en un depósito de potasio para separar las sales de potasio. El proceso se repite varias veces hasta que el contenido de ion potasio del agua madre es menor que 2/1000. Sin embargo, como se mencionó en la patente, el contenido de potasio del producto es de aproximadamente 52%. Además, tales operaciones aunque son interesantes en concepto, tienen limitaciones prácticas. La Patente de los Estados Unidos 3994531, con fecha de noviembre 30, de 1976, de Dillard Jr.; David S; Davis II; J. Gilbert; Every; y Richard L., titulada "Método de minería en solución del cloruro de potasio de depósitos subterráneos"; describe un método mejorado de minería en solución del cloruro de potasio de depósitos de menas subterráneas que contienen tanto cloruro de potasio como cloruro de sodio. En este proceso, un medio acuoso se pasa a través de los depósitos de la mena, de manera que el cloruro de potasio y el cloruro de sodio se disuelven en el mismo. En un segundo depósito subterráneo que contiene cloruro de magnesio, el medio acuoso también se pasa para obtener una solución de cloruro de magnesio. Ambas de estas soluciones se combinan y una solución acuosa que contiene cloruro de potasio, cloruro de sodio y cloruro de magnesio en una proporción específica se produce, y la solubilidad del cloruro de potasio se reduce. La solución de salmuera acuosa combinada se concentra y la solución concentrada se enfría para causar la precipitación del cloruro de potasio sustancialmente puro. La aplicación del proceso a sistemas de agua de mar puede, sin embargo, no ser sencilla. La Patente de los Estados Unidos No. 4140747, con fecha de febrero 20, de 1979, de Sadan y Abraham, titulada "Proceso para la producción de cloruro de potasio y cloruro de magnesio", describe un proceso en donde el hexahidrato de cloruro de potasio y cloruro de magnesio (Biscofita) , se produce a partir de la carnalita o de cloruro de sodio que contiene carnalita. El proceso comprende calentar la carnalita a una temperatura de 70°C en la presencia de agua agregada o calentar a 167.5°C sin agua agregada. El cloruro de potasio sólido se separa a continuación. En la salmuera residual, la carnalita se separa mediante evaporación o disminuyendo la temperatura y se recicla a la etapa inicial. La solución residual consiste esencialmente de cloruro de magnesio, el cual se recupera como biscofita. El calentamiento de la carnalita se lleva a cabo bajo presión y la disminución de la temperatura se hace mediante evaporación instantánea. Este proceso no hace referencia especial con respecto a la pureza del KCl obtenido. En todos los procesos anteriores, los cuales se han enfocado en un solo producto, sólo una parte del KCl en el agua madre se recupera realmente, y el resto tiene que reciclarse para incrementar el rendimiento del KCl. Además, incluso en aquellos casos en donde la pureza del KCl es alta, es bien conocido que la producción de KCl en el campo a través de carnalita, puede conducir a una descomposición de las partículas insolubles, incluyendo materia orgánica, en la carnalita, los cuales son difíciles de separar. Estos insolubles afectan la calidad de percepción del producto. La Patente de los Estados Unidos No. 3099528 con fecha de enero 10, de 1962, titulada "Recuperación de
52-371 minerales antes de la concentración del Salmueras Naturales de Lagos y Mares", describe un proceso en donde el objetivo principal es producir el KCl vía la silvinita obtenida de la carnalita cruda. El cloruro de calcio requerido para desulfatar la salmuera, con el fin de fomentar la formación de la carnalita, se produce pasando una suspensión pesada de yeso a un sistema de intercambio de iones utilizando una resina de intercambio catiónico en su forma de hidrógeno. En el sistema de intercambio de iones, los iones calcio de la suspensión de yeso, influentes, se intercambian por iones hidrógeno de la resina de intercambio de iones, proporcionando H2S04 como el efluente. Tras eluir la resina cargada con calcio con el eluente de HCl, se obtiene una solución de eluato de Cloruro de Calcio. Este intercambio debe llevarse a cabo a temperatura elevada. La Patente de los Estados Unidos 1500288 con fecha 8.2.1978, titulada "Purificación de Salmuera", describe un proceso en donde el contenido de sulfato de una salmuera que contiene cloruro alcalino, se reduce a tan bajo como 2g/L de sulfato agregando un exceso estequiométrico de cloruro de calcio, mientras que se mantiene el pH de la salmuera en el intervalo de 7 a 9, mediante la adición de HCl en el intervalo de temperatura de 30°C a 50°C. La solicitud discutida está dirigida al uso de salmuera para la producción de un cloroálcali a
52-371 través de un proceso de purificación. Aunque el uso de CaCl2 externo puede estar bien para la desulfatación de pequeñas cantidades de sulfato, sería ventajoso general el CaCl2 del agua madre y de cal, tomando ventaja adicional de la cogeneración de Mg(OH)2 como un subproducto útil. Chr. Balarew, D. Rabadjieva y S. Tepavitcharova
("Tratamiento Mejorado de Salmueras de Desecho", Simposio
Internacional sobre la Sal 2000, página 551-554), describen la recuperación de químicos marinos. En el proceso descrito, el agua madre se desulfata con el objetivo de recuperar el yeso y el hidróxido de magnesio en forma pura antes de la recuperación del KCl. El CaCl2 requerido para la desulfatación del agua madre, se genera de la reacción de la cal y el agua madre desulfatada. Las desventajas principales de este proceso son: (i) al separar el Mg en el agua madre antes de la recuperación del KCl, no se toma ventaja de la baja solubilidad de la carnalita frente al KCl, lo cual habría permitido que el KCl se obtenga con menos evaporación del agua madre, (ii) el KCl estaría contaminado de manera inevitable con grandes cantidades de NaCl, lo cual haría el proceso de purificación tanto tedioso como consumidor de energía, y (iii) puesto que el agua madre virgen desulfatada contiene cantidades significativas de boro, el MgO que se produciría a partir de Mg(OH)2 mediante el método descrito, estaría contaminado
52-371 de manera inevitable con altos niveles de impureza de B2?3. La Solicitud de Patente de los Estados Unidos 20030080066, con fecha de octubre 29, del 2001, de Vohra, Rajinder N. et al., describe un proceso integrado para la recuperación de sal de cloruro de potasio de alta pureza, y un agua madre final que contiene 7.5 g/L de Br. El proceso se basa en la desulfatación de la salmuera con un desecho Destilador de la industria de sosa comercial o el cloruro de calcio generado de la piedra caliza y el ácido. La desventaja principal de la solicitud de patente, es que el proceso es menos atractivo cuando el desecho del Destilador no está disponible en la vecindad y la carnalita obtenida está contaminada con un alto grado de NaCl necesitando purificación adicional. Se hace referencia a "The Heinz Handbook of
Nutrition", de Benjamín y Burton, publicado por McGraw Hill Book Co., Segunda Edición, páginas 132-133, en donde se menciona que las necesidades dietéticas de potasio igualan aproximadamente aquellas del sodio. Alves de Lima et al., en la Patente Brasileña BR
9806380 A, del 12 de septiembre del 2000, titulada "Producción de sal dietética mediante mezclado", indica que la sal dietética baja en sodio se produce mezclando sal de mar con cloruro de potasio, yodato de potasio y silicato de aluminio sódico, mezclando por lo tanto 4 partes de cloruro
52-371 de sodio con 6 partes de cloruro de potasio. Las desventajas de este proceso es que uno debe de producir de manera separada el cloruro de sodio y el cloruro de potasio, y combinarlos para hacer una mezcla sólida. Aparte del hecho de que los componentes de la sal baja en sodio se hacen primero en forma pura y a continuación se vuelven a mezclar, lo cual claramente sería más costos que si tal mezcla pudiera obtenerse directamente, puede ser también difícil preparar una verdadera mezcla homogénea sólida. La Patente China CN 1271541 A, del 1 de noviembre del 2000, de Shuqing Wang in, titulada "Sal nutritiva baja en sodio con múltiples elementos", describe la preparación de una sal nutritiva baja en sodio mediante la cristalización de la sal a partir de salmuera saturada bajo vacío. La sal se mezcla a continuación de manera uniforme con sales tales como KCl y MgS04.7H20, seguida por el mezclado con soluciones de KI03 y Na2Se?3, secando y mezclando finalmente con Ca activo y lactato de Zn. La desventaja de este proceso es gue aparte de la dificultad de mezclar varios constituyentes en una mezcla sólida homogénea, la sal a ser cristalizada de salmuera saturada caliente, involucra un alto consumo de energía, incrementando por lo tanto el costo de producción. El Resumen de la Patente Japonesa No. 02022122,
52-371 con fecha de 25.01.90, titulada "Producción de una Sal Compuesta que Consiste de Cloruro de Sodio y cloruro de Potasio", describe un proceso en donde el agua de mar se concentra selectivamente a través de una membrana de intercambio de iones, y se concentra además en un evaporador a vacío para obtener el nivel deseado de NaCl y KCl en solución. El proceso requiere una tecnología de membrana de intercambio de iones sofisticada, y sería de un alto consumo de energía, puesto que se necesitaría evaporar grandes volúmenes de agua. La Solicitud Internacional del PCT No. PCT/IN02/00018, con fecha de enero 31, del 2002, describe un método para producir una sal baja en sodio enriquecida con KCl a partir de un agua madre. Una desventaja del método es que, en el caso de que la carnalita cruda se produzca en el campo, puede estar contaminada con materia insoluble tal como polvo, materia orgánica atrapada, partículas negras ubicuas, etc., las cuales son difíciles de retirar del producto descompuesto de la carnalita, a menos que se recurra a la redisolución, filtración y recristalización, lo cual por lo tanto, anula el propósito de la invención. Se hace referencia al Capítulo en la Enciclopedia Ullmann de Química Industrial, Sexta Edición, 2002 (Versión Electrónica) , que trata con los Compuestos de Magnesio
52-371 escrito por Margarete Seeger, Walter Otto, Wilhelm Flich, Friedrich Bickelhaupt y Otto. S. Akkerman, en donde se describe el proceso de preparación del hidróxido de magnesio del agua de mar. Se menciona en el mismo, que la preparación de magnesia que contiene bajo contenido de boro requiere el encalado excesivo del agua de mar hasta un pH de 12 para mantener el contenido de B203 menor que 0.05% en la magnesia. El encalado excesivo involucra un costo más alto de la cal, la necesidad de neutralización del sobrenadante, y resulta en una suspensión coloidal que es más difícil de filtrar. Otra desventaja no superada es la formación de un efluente que contiene cloruro de calcio, el cual se descarga nuevamente hacia el mar.
OBJETOS DE LA INVENCIÓN Es por lo tanto un objeto de la presente invención, proporcionar un proceso integrado para la recuperación de cloruro de potasio grado industrial y una sal comestible baja en sodio a partir de agua madre. Otro objeto de la presente invención es filtrar el agua madre alimentada a través de técnicas conocidas para eliminar toda la materia extraña y obtener por lo tanto KCl y una sal baja en sodio libre de materia extraña. Otro objeto de la presente invención es producir agua de alta pureza como un coproducto junto con el KCl
52-371 puro y la sal baja en sodio. Otro objeto de la presente invención es producir un agua madre de 32.0 °Be'-32.5 °Be' (gravedad específica de 1.263-1.288) en artesas para sal a través de la evaporación solar durante los meses del verano y por lo tanto, llevar a cabo todas las operaciones corriente abajo con el agua madre en una planta para mantener la calidad del producto consistente y ser capaces de producir a lo largo del año para reducir la inversión en capital. Otro objeto es producir a partir de carnalitas puras y crudas dos productos sólidos útiles, de valor comercial, a través de la simple descomposición acuosa de las carnalitas respectivas, sin la necesidad de ninguna purificación aparte de la centrifugación y un lavado con una pequeña cantidad de agua para eliminar el MgCl2 arrastrado. Otro objeto es utilizar el MgCl2 en los licores descompuestos de la carnalita (CDL o carnalli te decomposed liquors) , producidos en el paso 7 anterior, para la producción de CaCl2 a través del tratamiento con cal. Otro objeto de la presente invención es tomar ventaja del bajo contenido de boro del CDL para producir Mg(OH)2 que contiene un bajo contenido de boro, que puede convertirse en magnesia con bajo contenido de boro sin la necesidad de ningún paso adicional para eliminar el boro.
52-371 Otro objeto de la presente invención es obtener Mg(OH)2 fácilmente filtrable, evitando el encalado excesivo, lo cual es una práctica predominante para obtener magnesia con bajas impurezas de boro. Otro objeto de la presente invención es utilizar la solución de CaCl2 para la desulfatación del agua madre alimentada para fomentar la formación de carnalita, como es bien conocido en la técnica anterior, en lugar de descargarla en el mar como es la práctica general actual. Otro objeto de la presente invención es reciclar el KCl que permanece disuelto en el CDL producido en el proceso . Otro objeto de la presente invención es recuperar todo el KCl en el agua madre excepto por la pequeña cantidad perdida en el agua madre final, que se desecha finalmente . Otro objeto de la presente invención es reciclar la mayor parte del agua madre final en el proceso, convertir, si se requiere, una pequeña parte de la cantidad restante para la producción adicional de CaCl2, y utilizar la cantidad restante para la producción eficiente de bromo y MgCl2, o para la producción de derivados de los mismos. Otro objeto es producir yeso de alta pureza a partir del proceso de desulfatación que puede utilizarse para la producción de cemento blanco o para la fabricación
-371 de yeso de París. Otro objeto es eliminar la generación de desechos en la planta casi completamente, utilizando los todos los componentes del agua madre de alimentación.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN En consecuencia, la presente invención proporciona un proceso integrado para la recuperación simultánea de cloruro de potasio grado industrial y una sal comestible baja en sodio con un rendimiento total del KCl del 90-95%, que comprende (i) la desulfatación del agua madre con una solución de cloruro de calcio; (ii) someter el agua madre desulfatada a evaporación hasta que se alcanza una densidad de 32 a 32.5 °Be' (gravedad específica de 1.283-1.288); (iii) mezclar el agua madre desulfatada obtenida en el paso (ii) con una solución concentrada de MgCl2 para obtener una carnalita de alta pureza; (iv) descomponer la carnalita con agua para obtener aproximadamente 60% del KCl total y el agua madre residual; (v) concentrar el agua madre residual para obtener NaCl y KCl residuales en el agua madre en la forma de carnalita cruda y licor descompuesto de carnalita;
52-371 (vi) descomponer la carnalita cruda obtenida en el paso (v) con agua, para producir una sal baja en sodio enriquecida con KCl en 30-35% de rendimiento total con respecto al KCl en el agua madre original de 32 a 32.5 °Be' (gravedad específica de 1.283-1.288), así como el licor descompuesto de carnalita; (vii) recolectar el licor descompuesto de carnalita obtenido en los pasos (v) y (vii) anteriores, y tratar con cal mejorada para generar hidróxido de magnesio con bajo contenido de boro y un filtrado que contiene CaCl2 y KCl; (viii) reciclar el filtrado obtenido en el paso (vii) anterior al paso (i) anterior para la desulfatación del agua madre mientras que se recupera simultáneamente el KCl perdido en los licores descompuestos de carnalita; (ix) reciclar el agua madre final rica en MgCl2 del paso (iii) para la producción sostenida de carnalita de alta pureza y también para la producción de CaCl2, y (x) utilizar cualquier exceso de MgCl2 para recuperar el bromo y obtener MgCl2.6H20 y sus derivados. En una modalidad de la invención, la densidad del agua madre tomada en el paso (i) , está en el intervalo de 28-30°Be' (gravedad específica de 1.24-1.26). En otra modalidad de la invención, en el paso
52-371 (i) , la relación estequiométrica de CaCl2 a S042_, está en una relación de 0.9:1 a 1.1:1, y de manera preferida 1:1. En otra modalidad de la invención, en el paso
(iv) , una parte de 32 a 32.5°Be' (gravedad específica de 1.283-1.289), se mezcla con 2.0-2.5 partes del agua madre final que contiene 400-440 g/L de MgCl2 y la densidad del agua madre resultante está en el intervalo de 34.0-35.0
°Be' (gravedad específica de 1.306-1.318), y de manera más preferida, en el intervalo de 34.4-34.6°Be' (gravedad específica de 1.311-1.315). En otra modalidad de la invención, en el paso
(iii), el agua madre de 32-32.5°Be' (gravedad específica de
1.283-1.289), se filtra si se requiere para eliminar la materia insoluble tal como polvo, partículas negras y materia orgánica. En aún otra modalidad de la invención, en el paso
(iv) , el contenido de NaCl de carnalita está en el intervalo de 0.2-2.0%, y de manera más preferida en el intervalo de 0.2-0.4%. En otra modalidad de la invención, en el paso
(iv) , la pureza del KCl obtenido está en el intervalo de
97-99% después del lavado con agua para retirar el MgCl2 que se adhiere . En otra modalidad de la invención, el agua madre está concentrada a una densidad final de 36.5-37.2°Be'
52-371 (gravedad específica de 1.306-1.318), ya sea mediante evaporación solar, o de manera preferida a través de la evaporación forzada en una artesa abierta o aún de manera más preferida en un evaporador de efecto múltiple para la recuperación del agua. En otra modalidad de la invención, en el paso (v) , la carnalita cruda contiene 14-16% de KCl y 18-22% de NaCl. En otra modalidad de la invención, la sal baja en sodio contiene 40-50% de KCl y 50-60% (sic) . En otra modalidad de la invención, el licor descompuesto de carnalita contiene 15-20 mg/L de B203 y 60-80 g/L de Mg. En otra modalidad de la invención, el Mg(OH)2 obtenido se convierte en MgO gue contiene < 0.02% de B2?3. En otra modalidad de la invención, el filtrado contiene 15-30% de CaCl2 y 5-10% de KCl. En otra modalidad de la invención, el problema del contenido de NaCl en el agua madre se maneja de una manera para recuperar 60-70% de KCl casi libre de impurezas de NaCl, el KCl restante se recupera en la forma de sal comestible altamente nutritiva, que contiene toda la carga de NaCl en el agua madre . En una modalidad de la presente invención, la carnalita con bajo contenido de sodio, se produce del agua
52-371 madre desulfatada de 28 a 30°Be' (gravedad específica de 1.24-1.26), concentrando la misma en artesas solares hasta que el agua madre alcanza una densidad de 32 a 32.5 °Be' (gravedad específica de 1.283-1.288), y mezclando el agua madre concentrada con un agua madre final de densidad de 36.5 a 37°Be' (gravedad específica de 1.33-1.34) (producida en el proceso mismo) en un recipiente agitado, cristalizando por lo tanto la carnalita, la cual, después de la filtración, contiene de 0.3 a 2.0% de NaCl y la cual está libre de materia extraña como polvo, etc., puesto que el agua madre concentrada obtenida del campo, se filtra mediante técnicas conocidas, y la carnalita se produce en el medio de la planta y no en el campo de sal. En otra modalidad de la presente invención, la carnalita baja en sodio obtenida como en lo anterior, se descompone con agua, produciendo un producto descompuesto de carnalita sólida, que con un lavado con agua a temperatura ambiente produce cloruro de potasio grado industrial que contiene un mínimo de 98% de KCl y un máximo de 1.0% de NaCl. En otra modalidad de la presente invención, aproximadamente 60% del KCl contenido en el agua madre concentrada de 32 a 32.5°Be' (gravedad específica de 1.283-1.288) se recupera como carnalita de alta pureza. En otra modalidad de la presente invención, el agua madre resultante de 34 a 35°Be' (gravedad específica de 1.30-1.34), cuando se evapora en un sistema de evaporación forzado, hasta que se alcanza una densidad del agua madre de 36.5 a 37°Be' (gravedad específica de 1.33- 1.342), produce con el enfriamiento, una mezcla sólida de cloruro de sodio y carnalita formada de cloruro de potasio residual. En otra modalidad de la presente invención, la mezcla sólida obtenida del agua madre final de densidad de 36.5 a 37 °Be' (gravedad específica de 1.33-1.342), cuando se descompone con agua, produce un producto sólido que es directamente comercializable como sal baja en sodio, que contiene de 40 a 50% de KCl y de 50 a 60% de NaCl. En otra modalidad de la presente invención, tanto el cloruro de potasio grado industrial como la sal baja en sodio son de alta pureza y están libres de cualquier materia extraña como polvo, partículas negras y materia orgánica. En otra modalidad de la presente invención, se recupera agua de alta pureza, lo cual es crítico para mantener las operaciones en ubicaciones tales como Greater
Rann de Kutch en la India, en donde no hay agua fresca disponible . En otra modalidad de la presente invención, una parte del agua madre final se recicla, mientras que el
52-371 resto del agua madre final se procesa adicionalmente para producir hidróxido de magnesio y cloruro de calcio, que se utiliza para la desulfatación. En otra modalidad de la presente invención, la salmuera puede desulfatarse en lugar del agua madre, para recuperar primero una sal de alta pureza como se reveló en la técnica anterior, y posteriormente, el agua madre puede utilizarse para la producción de cloruro de potasio grado industrial y sal baja en sodio. En consecuencia, la presente invención proporciona un proceso integrado para la preparación eficiente de carnalita con un contenido < 2% de NaCl y un rendimiento del 60% con respecto al KCl en el agua madre a través del mezclado de aguas madre desulfatadas de 32.0-32.5 °Be' (gravedad específica de 1.28-1.288) y 36.5-37.2 °Be' (gravedad específica de 1.33-1.342), en una relación de 1:2.5, que a continuación se procesan mediante la descomposición a temperatura ambiente en presencia de una cantidad apropiada de agua seguida por la centrifugación para proporcionar KCl directamente de 98-99% de pureza. En otra modalidad, la presente invención utiliza el agua madre obtenida después de la recuperación de la carnalita pura para la producción de la carnalita cruda (una mezcla de NaCl y carnalita) , a través de la evaporación forzada del agua madre y de la cual puede obtenerse una sal comestible baja en sodio que contiene 40-45% de KCl y 50-55% de NaCl, es decir, en una relación similar a aquélla indicada como ideal en la literatura, en un rendimiento de 90%, mientras que proporciona simultáneamente un agua final rica en MgCl2 que contiene 400-440 g/L de MgCl2 y 7.0-7.5 g/L de Br. La presente invención se relaciona con la recuperación simultánea de cloruro de potasio grado industrial y una sal enriquecida con KCl baja en sodio a partir de un agua madre mediante un proceso mejorado, en el que todas las materias primas excepto la cal, se generan del agua madre misma, y los subproductos generados en el proceso se utilizan completamente. Como resultado de esto, el proceso esencial de desulfatación que es fundamental para la recuperación de los productos de potasio anteriores, se lleva a cabo con CaCl2 generado en el proceso y al mismo tiempo, subproductos útiles, a saber, magnesia con bajo contenido de boro y yeso en polvo de alta calidad, también se obtienen además de agua destilada. En consecuencia, la presente invención proporciona un proceso mejorado para la recuperación simultánea de cloruro de potasio grado industrial y una sal baja en sodio a partir de agua madre con una eficiencia de recuperación total del 90-95% con respecto al KCl en el
52-371 agua madre, que comprende (i) desulfatación del agua madre de densidad de 28-30 °Be' (gravedad específica de 1.24- 1.26), inicialmente agregando cloruro de calcio externo, típicamente en la relación estequiométrica de 0.9:1 a 1.1:1 con respecto al sulfato en el agua madre y posteriormente con el cloruro de calcio obtenido de la reacción del licor descompuesto de carnalita y cal, (ii) evaporación del agua madre desulfatada, en una artesa solar, hasta que la densidad de 32 a 32.5°Be' (gravedad específica de 1.283-1.288) se alcanza, tomando ventaja por lo tanto de la energía solar para efectuar una parte de la concentración y al mismo tiempo, para cristalizar el cloruro de sodio no deseado del agua madre sin una pérdida significativa de KCl, (iii) filtración del agua madre para eliminar toda la materia insoluble, (iii) mezclar tal agua madre con 2.5 partes en volumen de una solución que contiene 400-440 g/L de MgCl2, inicialmente externo, y posteriormente reciclado en el proceso mismo para producir carnalita de alta pureza, (iv) obtener aproximadamente 60% de KCl total en el agua madre en la forma de KCl de alta pureza con una pureza
>98%, (v) concentrar el agua madre residual a través de evaporación forzada para arrojar el máximo grado de KCl
(como carnalita) y NaCl que puede procesarse entonces para la producción de una sal baja en sodio enriquecida con KCl en un rendimiento total de 30-35% con respecto al KCl en el
52-371 agua madre, (vi) recolectar el licor descompuesto de carnalita rico en MgCl2 y KCl, y que contiene únicamente 15 mq/L de B203 y tratar con cal mejorada para generar hidróxido de magnesio con un bajo contenido de sodio junto con la solución acuosa que contiene 15-30% de CaCl2 y 5-10% de KCl, (vi) utilizar la solución de CaCl2 para la desulfatación del agua madre y reciclar el KCl perdido en el licor descompuesto de carnalita, (vii) reciclar el agua madre final rica en MgCl2 para la producción sostenida de carnalita de alta pureza y también para la producción de cantidades adicionales de CaCl2 como puede requerirse y
(viii) utilizar cualquier exceso de MgCl2 para la recuperación eficiente de bromo y para la producción de
MgCl2.6H20 y sus derivados. La invención sigue los siguientes pasos del proceso : 1) El agua madre de densidad de 28~30°Be'
(gravedad específica de 1.239-1.261), se desulfata con cloruro de calcio obtenido en el paso 10 siguiente. 2) El agua madre desulfatada se deja concentrar en artesas solares mediante técnicas conocidas hasta que se alcanza una densidad de 32.0-32.5°Be' (gravedad específica de 1.283-1.288), punto en el cual la concentración de KCl en el agua madre está en el intervalo de 35-40 g/L y de NaCl 25-30 g/L.
52-371 3) El agua madre obtenida en (2) , se filtra para retirar la materia extraña. 4) 2.5 partes en volumen del agua madre final de densidad de 36.5-37.0°Be' (gravedad específica de 1.33- 1.342) obtenida en el paso (7) siguiente, se agrega en una parte en volumen del agua madre del paso (3) en un recipiente agitado y la agitación continúa durante 35-45 minutos bajo condiciones ambientales, por lo que la carnalita se precipita. 5) La carnalita obtenida en el paso (4) se separa en una centrífuga, y el licor madre se transfiere en un sistema de evaporación de efecto múltiple. 6) 1 parte en peso de la carnalita del paso (5) se descompone con 0.45 partes en peso de agua mediante técnicas conocidas, y se centrifuga para proporcionar KCl en un rendimiento del 75% con respecto al KCl en carnalita. El licor descompuesto de carnalita (CDL) que contiene 300-320 g/L de MgCl2 y 50-55 g/L de KCl se recolecta de manera separada. 7) El licor madre del paso (5) se concentra en un sistema de evaporación forzada, seguido por enfriamiento, cristalizando por lo tanto el cloruro de sodio junto con el cloruro de potasio residual en la forma de carnalita hasta que se alcanza la densidad de 36.5 a 37.0 °Be' (1.33-1.342), que es la densidad del agua madre
52-371 final original . 8) La mezcla de cloruro de sodio y carnalita obtenida en (7) se descompone con agua como en el paso (6) anterior para producir el CDL y una sal baja en sodio que contiene 40-50% de KCl y 50-60% de NaCl. 9) Los CDL de los pasos (6) y (8) se mezclan juntos, se cubren con agua madre final, si se requiere, se tratan con cal apagada para efectuar 80-90% de la neutralización, y se filtra para obtener el Mg(OH)2 y el filtrado que contiene 15-30% de CaCl2 y 22-40 g/L de KCl. 10) El filtrado del paso (9) se utiliza en el proceso del paso (1) y posteriormente se repiten los pasos
(2)-(9) .
Los pasos inventivos novedosos juntos con las ventajas de la presente invención, se proporcionan a continuación : El paso inventivo principal es el reconocimiento de que el NaCl y KCl en el agua madre pueden estar desproporcionados, de una manera que una porción está casi completamente libre de NaCl, mientras que la otra porción está enriquecida con NaCl y ambos productos son útiles sin la necesidad de purificación adicional. Otro paso inventivo es el uso de un licor descompuesto de carnalita para la generación de cloruro de calcio y magnesia con bajo
52-371 contenido de boro, en donde el primero se utiliza par ala desulfatación del agua madre y, en el proceso, se convierte en yeso de alta calidad. Otro paso inventivo es el uso óptimo de la combinación de la evaporación solar y la evaporación forzada para maximizar la eficiencia de la energía mientras que al mismo tiempo se asegura una operación durante todo el año y una alta calidad de manera consiste de los productos, además de una recuperación casi cuantitativa del KCl en el agua madre. Los siguientes ejemplos se proporcionan a manera de ilustración y no deben considerarse como que limitan el alcance de la presente invención.
Ejemplo 1 Un agua madre sin tratar de 28.5°Be' (gravedad específica de 1.244), que tiene una composición de Mg2+ = 50.9 gL"1, Na+ = 33.4 gL"1, K+ = 13.6 gL"1, Ca2+ = trazas; Cl" = 195.76 gL-1, SO4"2 = 20.4 gL"1, se trató con una cantidad estequiométrica de cloruro de calcio externo que tiene una concentración de 440 gL"1 y el sobrenadante se sometió a evaporación solar adicional hasta una densidad de 32.4°Be' (gravedad específica de 1.28), punto en el cual tuvo la siguiente composición: Na+ = 8.0 gL"1, K+, 22.24 gL"1, Mg2+ = 86.6 gL"1, SO4"2 = 2.0 gL"2. La sal depositada se eliminó y 3.1 L de esta agua madre se evaporó además a 35.9°Be'
-371 (gravedad específica de 1.33), para producir 0.7 kg de carnalita cruda que tiene la siguiente composición: KCl, 14%; MgCl2, 30.61%; CaS04, 0.2%; NaCl, 4.9%. Esta carnalita se procesó con 0.35 kg de agua para obtener 0.117 kg del producto descompuesto de carnalita (CDP) , que exhibe el siguiente análisis KCl = 78.67%. NaCl = 12.24%. MgCl2 = 5.17%. La carnalita así obtenida por medios convencionales proporcionó KCl con una pureza máxima del 80%, la cual requeriría purificación adicional para producir KCl grado industrial.
Ejemplo 2 En este ejemplo, 1 L del agua madre desulfatada de 32 °Be' (gravedad específica de 1.283), que tiene la composición: K+ = 18.34 gL"1, Na+ = 10.82 gL"1, Mg+2 = 86 gL"1, Ca+2 = 3.4 gL"1, S04"2 = 0.71 gL"1, Cl" = 284.3 gL"1, se mezcló con 2.5 L de agua madre final de 37 °Be' (gravedad específica de -1.342) que tiene el siguiente análisis: K+ = 1.13 gL"1, Na+ = 2.45 gL"1, Mg+2 = 114 gL"1, Ca+2 = 3.58 gL"1, S0~2 = trazas, Cl" = 335.2 gL"1, y se agitó durante 30 minutos. Tras la filtración, se obtuvieron 120 g de carnalita húmeda [KCl = 19.2%, NaCl = 2.0%, MgCl2 = 36.25%, Ca+2 = trazas, S04"2 = trazas, H20 (tanto combinada como libre) = 42.00%] y 3.44 L de un filtrado con densidad de 34.5 °Be' (gravedad específica de 1.312) [K+ = 2.51 gL"1,
52-371 Na+ = 4.95 gL"1, Mg+2 = 95.0 gL"1, Ca+2 = 3.63 gL"1, Cl" =
289.20 gL"1, S04"2 = 0.2 gL"1] . La recuperación del KCl en la forma de carnalita fue de 66.0% con respecto al KCl en el agua madre. La carnalita se descompuso con 66 g de agua como en el método convencional para producir 18 g de KCl que tiene la siguiente composición: KCl = 97.0%, NaCl =
2.0%, MgCl2 = 0.8%. El filtrado de 34.5 °Be' (gravedad específica de 1.312), se concentró por calentamiento y se enfrió para obtener 3 L del agua madre final de 37 °Be' (gravedad específica de 1.34) y 90 g de la carnalita cruda
(KCl = 15.0%, NaCl = 22.0%, MgCl2 = 28.5%), que tras la descomposición, proporcionó 30 g de sal baja en sodio que tiene 40% de KCl y 59% de NaCl.
Ejemplo 3 El experimento del Ejemplo 2 se repitió, excepto que el tiempo de agitación se incrementó a 45 minutos en lugar de 30 minutos. Se obtuvieron 105 g de carnalita húmeda, que se analizó para: KC1= 19.96%, NaCl = 0.37%, MgCl2 = 36.60%, Ca+2 = trazas, S04"2 = trazas, H20 = 43%. La carnalita se descompuso para obtener 16 g de KCl de 98.5% de pureza y con solo 1% de impurezas de NaCl. El agua madre resultante de 34.7 °Be' (gravedad específica de 1.31), que constituyó 3.4 litros, se evaporó para recuperar la carnalita cruda que pesa 83 g, la cual se
52-371 descompuso para producir 27 g de sal baja en sodio que contiene 43% de KCl y 53% de NaCl. El volumen del agua madre final fue de 3 L, de los cuales se apartaron 0.5 L y 2.5 L se agregaron nuevamente a 1 L de agua madre fresca de 32 °Be' (gravedad específica de 1.283), y el proceso se repitió para obtener 105 g de carnalita pura (KCl = 20.16%, NaCl = 0.35%, MgCl2 = 37.34%), y una cantidad esperada de carnalita cruda. 2.5 L del agua madre final se mezclaron nuevamente con 1 L de agua madre fresca de 32 °Be' (gravedad específica de 1.283) y 106 g de carnalita pura
(KCl = 21%, NaCl = 0.4%, MgCl2 = 36.7%) se obtuvieron, seguido por carnalita cruda tras el calentamiento. 2.5 L del agua madre final se mezclaron una vez más con 1 L de agua madre fresca de 32 °Be' (gravedad específica de 1.283) y se obtuvieron 100 g de carnalita pura (KCl = 20.5%, NaCl = 0.5%, MgCl2 = 36.8%). Este ejemplo demuestra que el agua madre final puede reciclarse para obtener un rendimiento y calidad consistentes de las carnalitas puras y crudas para la producción de KCl puro y una sal baja en sodio. En cada lote, la cantidad en exceso del agua madre final se utilizó parcialmente para generar CaCl2 para la desulfatación y la parte del exceso restante puede utilizarse para la producción de MgCl2 o derivados del mismo.
52-371 Ej emplo 4 En este ejemplo, el proceso del Ejemplo 3 se realizó con 20 L de agua madre desulfatada de 32 °Be'
(gravedad específica de 1.283). Una cantidad apropiada del agua madre final del primer ciclo se mezcló con 16 L de agua madre desulfatada fresca y las fracciones de carnalita pura de los dos ciclos se mezclaron y se descompusieron para obtener 0.62 kg de KCl de 98% de pureza. De igual manera, las fracciones de carnalita cruda se mezclaron y descompusieron para producir una sal baja en sodio.
Ejemplo 5 1 L de CDL (Licor Descompuesto de Carnalita) que contiene 302.6 gL"1 de MgCl2, 52.5 gL"1 de KCl y 15.42 mgL"1 de B203, se diluyó con 1 L de agua, y a continuación se trató con 220 g de cal viva (CaO) , y la suspensión resultante se dejó asentar. Se -obtuvieron 1.4 L del filtrado que contiene 167.8 gL"1 de CaCl2, 9.48 gL"1 de MgCl2 y 26.2 gL"1 de KCl, que se utilizaron en lugar del CaCl2 externo en el proceso del Ejemplo 2. La torta de Mg(OH)2 se lavó con agua y se convirtió a MgO. Debido a la baja concentración de B2?3 en el CDL, el MgO tiene menos que 0.013% de B2?3, incluso sin encalar en exceso. En el caso del agua madre del subsuelo, que contiene menos sulfato, todo el requisito de CaCl2 puede generarse del CDL
52-371 producido en el proceso del Ejemplo 2. Sin embargo, cuando se utiliza un agua madre de mar, una parte del CaCl2 también se genera de agua madre final en exceso (37 °Be' ) (gravedad específica de 1.283) obtenida en el proceso.
2-371
Claims (2)
- CaCl2 y 5-10% de KCl.
- 2-371
Publications (1)
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MXPA06007416A true MXPA06007416A (es) | 2006-12-13 |
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