RU2655211C1 - Method for obtaining soluble chlorine free potassium fertilizers (versions) - Google Patents

Method for obtaining soluble chlorine free potassium fertilizers (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2655211C1
RU2655211C1 RU2016151367A RU2016151367A RU2655211C1 RU 2655211 C1 RU2655211 C1 RU 2655211C1 RU 2016151367 A RU2016151367 A RU 2016151367A RU 2016151367 A RU2016151367 A RU 2016151367A RU 2655211 C1 RU2655211 C1 RU 2655211C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
exchange resin
ion
column
cation exchange
Prior art date
Application number
RU2016151367A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Руслан Хажсетович Хамизов
Наталья Сергеевна Власовских
Владимир Геннадьевич Егоров
Лилия Петровна Морошкина
Михаил Алексеевич Петухов
Александр Анатольевич Смирнов
Султан Хажсетович Хамизов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "НьюКем Текнолоджи"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "НьюКем Текнолоджи" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "НьюКем Текнолоджи"
Priority to RU2016151367A priority Critical patent/RU2655211C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2655211C1 publication Critical patent/RU2655211C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C05FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05DINORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C; FERTILISERS PRODUCING CARBON DIOXIDE
    • C05D1/00Fertilisers containing potassium
    • C05D1/02Manufacture from potassium chloride or sulfate or double or mixed salts thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/02Column or bed processes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fertilizers (AREA)

Abstract

FIELD: agriculture.
SUBSTANCE: methods for obtaining soluble chlorine free potassium fertilizers are a cyclic process involving the execution in each cycle of a sequence of operations that are ion exchange reactions performed in one or more ion exchange columns using the same cation exchanger for all operations, prior to the beginning of each operation in the ionic form for this operation, each operation involves treating the cation exchanger with a solution that is the starting material of the said cyclic process for a given operation, obtain of the product of this operation and transfer of the cation exchanger into the ionic form for the next operation of the said sequence. One of the operations of this sequence involves treating the cation exchanger, being in Na form prior to the start of this operation, with solution of potassium chloride as the first starting material of said cyclic process, transferring the cation exchanger to the K form and preparing a sodium chloride solution.
EFFECT: high-purity chlorine free potassium mineral fertilizers using a wide range of raw materials, including acids.
26 cl, 11 dwg, 7 tbl, 12 ex

Description

Изобретение относится к технологии производства минеральных удобрений, а именно к двум вариантам способа для получения быстрорастворимых бесхлорных калийных удобрений.The invention relates to a technology for the production of mineral fertilizers, and in particular to two variants of the method for producing instant chlorine-free potash fertilizers.

Бесхлорные калийные удобрения относятся к группе наиболее ценных удобрений. В частности, монокалийфосфат (МКФ) является весьма ценным сложным удобрением, содержащим одновременно калий (34% по K2O) и фосфор (52% по Р2О5). Такое удобрение широко используется в овощеводстве, садоводстве и цветоводстве. В последнее время в связи с растущими потребностями в комплексных удобрениях в интенсивном растениеводстве с использованием технологии капельного орошения особенно востребована водорастворимая форма МКФ, представляющая собой практически чистую соль - дигидрофосфат калия, не содержащий нерастворимых примесей. Практически все количество потребляемого сегодня в России водорастворимого МКФ завозится по импорту, главным образом, из Израиля и Бельгии. Другим примером ценного сложного удобрения является нитрат калия, содержащий одновременно калий (46% K2O) и азот (13% N-NO3). Основная часть потребляемой в России селитры импортируется из Чили и других стран.Chlorine-free potash fertilizers are among the most valuable fertilizers. In particular, monopotassium phosphate (MKF) is a very valuable complex fertilizer containing both potassium (34% K 2 O) and phosphorus (52% P 2 O 5 ). Such fertilizer is widely used in vegetable growing, horticulture and floriculture. Recently, due to the growing demand for complex fertilizers in intensive crop production using drip irrigation technology, the water-soluble form of MKF, which is an almost pure salt, is potassium dihydrogen phosphate, which does not contain insoluble impurities. Almost the entire amount of water-soluble MKF consumed in Russia today is imported by import, mainly from Israel and Belgium. Another example of a valuable compound fertilizer is potassium nitrate, which simultaneously contains potassium (46% K 2 O) and nitrogen (13% N-NO 3 ). The bulk of nitrate consumed in Russia is imported from Chile and other countries.

Известны способы получения МКФ методом частичной нейтрализации фосфорной кислоты карбонатом или гидроксидом калия (М.Е. Позин. Технология минеральных удобрений, Л., «Химия», 1989, с. 304 [1]; патент РФ №2164494, опубл. 27.03.2001 [2]; патент РФ №2261222, опубл. 27.09.2005 [3]; патент США №7601319, опубл. 13.10.2009 [4]). При этом нейтрализацию карбоната калия ведут при повышенной температуре до рассчитанных значений pH, кристаллизацию продукта ведут при охлаждении [2, 3]. При использовании в качестве сырья гидроксида калия возможно выделение продукта (кристаллизация) методом прямой грануляции при распылении его смеси с фосфорной кислотой в стехиометрическом соотношении [4]. Основным недостатком указанных способов является дороговизна используемого калиевого сырья. Другим недостатком является необходимость использования дорогостоящей термической фосфорной кислоты для получения растворимого монокалийфосфата или же необходимость очистки продукта однократной или многократной его перекристаллизацией при использовании промышленной экстракционной фосфорной кислоты.Known methods for producing MCP by partial neutralization of phosphoric acid with carbonate or potassium hydroxide (M.E. Pozin. Technology of mineral fertilizers, L., "Chemistry", 1989, p. 304 [1]; RF patent No. 2164494, publ. 03/27/2001 [2]; RF patent No. 2261222, published on September 27, 2005 [3]; US patent No. 7601319, published on October 13, 2009 [4]). In this case, neutralization of potassium carbonate is carried out at elevated temperature to the calculated pH values, crystallization of the product is carried out with cooling [2, 3]. When using potassium hydroxide as a raw material, it is possible to isolate the product (crystallization) by direct granulation by spraying its mixture with phosphoric acid in a stoichiometric ratio [4]. The main disadvantage of these methods is the high cost of the used potassium raw materials. Another disadvantage is the need to use expensive thermal phosphoric acid to obtain soluble monopotassium phosphate or the need to purify the product by single or multiple recrystallization using industrial extraction phosphoric acid.

Известны способы получения монокалийфосфата с использованием более дешевого сырья - хлорида калия ([1], а также: Химическая технология неорганических веществ/под ред. Ахметова Т.Г., в двух книгах, М., "Высшая школа", 2002, Кн. 1, 688 с. [5]; патент РФ №2369585, опубл. 10.10.2009 [6]; патент США №3393044, опубл. 16.07.1968 [7]).Known methods for producing monopotassium phosphate using cheaper raw materials - potassium chloride ([1], as well as: Chemical technology of inorganic substances / under the editorship of Akhmetov TG, in two books, M., "Higher School", 2002, Prince. 1, 688 pp. [5]; RF patent No. 2369585, published on 10/10/2009 [6]; US patent No. 3393044, published on July 16, 1968 [7]).

В частности, известен промышленный способ получения МКФ с использованием хлорида калия, серной кислоты и фосфата кальция ([1], с. 304; [5], с. 152). В соответствии с этим способом хлорид калия обрабатывают избытком концентрированной серной кислоты при температуре от 80°С до 200°C с получением паров хлористого водорода и суспензии гидросульфата калия в серной кислоте. Хлористый водород утилизируют с получением соляной кислоты. Кислую суспензию при температуре около 70°С нейтрализуют фосфатом кальция, например, природным фосфоритом, в результате чего получают суспензию гипса в смешанном растворе, содержащем монокалийфосфат и фосфорную кислоту. Гипс отделяют от смешанного раствора фильтрацией, раствор упаривают до концентрации 50-60% МКФ, и последний высаливают из охлажденного раствора метанолом. Маточный раствор подвергают дистилляции для отгонки метанола, возвращаемого в голову процесса, а также для получения фосфорной кислоты с содержанием до 54% P2O5.In particular, there is a known industrial method for producing MCP using potassium chloride, sulfuric acid and calcium phosphate ([1], p. 304; [5], p. 152). In accordance with this method, potassium chloride is treated with an excess of concentrated sulfuric acid at a temperature of from 80 ° C to 200 ° C to obtain hydrogen chloride vapors and a suspension of potassium hydrosulfate in sulfuric acid. Hydrogen chloride is disposed of to produce hydrochloric acid. An acidic suspension at a temperature of about 70 ° C is neutralized with calcium phosphate, for example, natural phosphorite, resulting in a suspension of gypsum in a mixed solution containing monopotassium phosphate and phosphoric acid. Gypsum is separated from the mixed solution by filtration, the solution is evaporated to a concentration of 50-60% MKF, and the latter is salted out from the cooled solution with methanol. The mother liquor is subjected to distillation to distill off the methanol returned to the process head, as well as to obtain phosphoric acid with up to 54% P 2 O 5 content.

Недостатками данного способа являются трудоемкость технологического процесса, в том числе необходимость совмещения производства МКФ с производством другой химической продукции; необходимость использования специального антикоррозионного оборудования, а также вредность производства, связанного с выделением паров соляной кислоты и метанола. Кроме того, недостатком является невозможность получения водорастворимого МКФ указанным способом. При этом попытка последующей очистки, например, методом перекристаллизации, оказывается также весьма трудоемкой из-за необходимости использования нескольких последовательных ступеней переработки для достижения требуемого качества продукции.The disadvantages of this method are the complexity of the technological process, including the need to combine the production of MKF with the production of other chemical products; the need to use special anti-corrosion equipment, as well as the harmfulness of production associated with the release of hydrochloric acid and methanol vapors. In addition, the disadvantage is the inability to obtain a water-soluble MKF in this way. At the same time, an attempt at subsequent purification, for example, by recrystallization, is also very laborious because of the need to use several successive stages of processing to achieve the required product quality.

Известны другие способы получения монокалийфосфата с использованием хлорида калия, в которых используется меньшее количество технологических стадий и с которыми сопряжено меньшее количество попутных продуктов ([6, 7]). В соответствии со способом [6] хлорид калия разлагают фосфорной кислотой при температуре 75÷100°С, а затем полученную пульпу нагревают до температуры выше 250°С, чтобы отогнать образующийся в результате реакции разложения хлористый водород, который улавливают водой с получением соляной кислоты средней концентрации. В соответствии со способом [7] образующийся хлористый водород экстрагируют органической жидкостью при температуре 120÷160°C с последующим разложением органического комплекса водой с получением соляной кислоты и возвратом органики в процесс. Способы [6, 7] сохраняют ряд недостатков, присущих способу [5], в том числе вредность производства, необходимость использования специального антикоррозионного оборудования, а также необходимость вторичной переработки продукта для получения водорастворимой формы МФК.Other methods for producing monopotassium phosphate using potassium chloride are known, in which a smaller number of technological stages are used and with which a smaller amount of by-products is associated ([6, 7]). In accordance with method [6], potassium chloride is decomposed with phosphoric acid at a temperature of 75 ÷ 100 ° C, and then the resulting pulp is heated to a temperature above 250 ° C in order to drive off the hydrogen chloride resulting from the decomposition reaction, which is captured by water to obtain medium hydrochloric acid concentration. In accordance with the method of [7], the resulting hydrogen chloride is extracted with an organic liquid at a temperature of 120-160 ° C, followed by decomposition of the organic complex with water to produce hydrochloric acid and returning the organics to the process. The methods [6, 7] retain a number of disadvantages inherent in the method [5], including the harmfulness of production, the need to use special anti-corrosion equipment, as well as the need for secondary processing of the product to obtain a water-soluble form of MPA.

Общим недостатком способов [5-7] является также то, что эти способы требуют применения избытка фосфорной кислоты по сравнению со стехиометрическим количеством, что приводит к получению двойного соединения монокалийфосфата и фосфорной кислоты, а это требует использования определенного количества карбоната или гидроксида калия для получения МКФ.A common drawback of the methods [5-7] is that these methods require the use of an excess of phosphoric acid compared with a stoichiometric amount, which leads to the production of a double compound of monopotassium phosphate and phosphoric acid, and this requires the use of a certain amount of potassium carbonate or hydroxide to obtain MCP .

Известен способ получения водорастворимого МКФ при температурах ниже 100°С, основанный на использовании фосфорной кислоты и хлорида калия (патент США №4836995, опубл. 06.06.1989 [8]). В соответствии с этим способом взаимодействие фосфорной кислоты и экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) осуществляют в двухфазной системе, содержащей смешанные водные растворы и несмешиваемую с водой органическую фазу, а именно растворенные в керосине длинноцепочечные первичные амины. Образующаяся при этом соляная кислота уходит в органическую фазу, а именно взаимодействует с органической фазой с образованием комплекса амина с хлористоводородной кислотой; в органическую фазу также экстрагируется существенная часть примесей, содержащихся в исходной ЭФК. Водную фазу отделяют от органической и дополнительно подкисляют исходной фосфорной кислотой с получением монокалийфосфата и выделением его кристаллизацией с получением твердого МФК и остаточного смешанного раствора, возвращаемого в процесс. Органическую фазу регенерируют щелочным агентом, например, оксидом или гидроксидом кальция, с получением раствора хлоридной соли щелочного агента, например, раствора хлорида кальция и исходной формы органической фазы, которую также возвращают в процесс. Указанный способ также обладает существенными недостатками:A known method of producing a water-soluble MKF at temperatures below 100 ° C, based on the use of phosphoric acid and potassium chloride (US patent No. 4836995, publ. 06.06.1989 [8]). In accordance with this method, the interaction of phosphoric acid and extraction phosphoric acid (EPA) is carried out in a two-phase system containing mixed aqueous solutions and an organic phase immiscible with water, namely, long chain primary amines dissolved in kerosene. The hydrochloric acid formed in this process goes into the organic phase, namely, it interacts with the organic phase to form an amine complex with hydrochloric acid; a substantial part of the impurities contained in the initial EPA is also extracted into the organic phase. The aqueous phase is separated from the organic and additionally acidified with the starting phosphoric acid to obtain monopotassium phosphate and its crystallization to obtain solid MPA and the residual mixed solution returned to the process. The organic phase is regenerated with an alkaline agent, for example, calcium oxide or hydroxide, to obtain a solution of the chloride salt of an alkaline agent, for example, a solution of calcium chloride and the initial form of the organic phase, which is also returned to the process. The specified method also has significant disadvantages:

- качество продукта полностью зависит от качества исходной экстракционной фосфорной кислоты и не всегда гарантируется получение растворимой формы МКФ без дополнительных переделов;- the quality of the product depends entirely on the quality of the initial extraction phosphoric acid and it is not always guaranteed to obtain a soluble form of MKF without additional processing;

- образуются трудно утилизируемые жидкие отходы хлорида кальция;- difficult to recycle liquid waste of calcium chloride;

- керосин имеет определенную (хотя и малую) растворимость в воде, из за чего и продукция и отходы оказываются загрязненными органической фазой;- kerosene has a certain (albeit small) solubility in water, due to which both products and waste are contaminated with the organic phase;

- способ экологически опасен, особенно в случае возможных аварий и утечек жидкостей;- the method is environmentally hazardous, especially in case of possible accidents and leakage of liquids;

- требуются дорогостоящее оборудование и повышенная культура производства, для того чтобы исключить неприятные запахи на производственной площадке.- requires expensive equipment and an increased production culture in order to eliminate unpleasant odors at the production site.

Известны способы получения других калийных сложных удобрений, в частности, калийной селитры из хлорида калия методом конверсии с использованием нитрата кальция или аммония ([1], с. 301; авторское свидетельство СССР №1248650, опубл. 07.08.1986 [9]). В соответствии с этими способами осуществляют циклический процесс, каждый цикл которого состоит из стадий сорбции и десорбции калия. Через катионит пропускают раствор хлорида калия, переведя ионообменник в K-форму (стадия сорбции). Затем через него пропускают растворы соответствующих нитратов (кальция или аммония), получая на выходе раствор нитрата калия и переводя ионит соответственно в кальциевую или аммонийную форму (стадия десорбции). В следующем цикле через катионит опять пропускают раствор хлорида калия, переводя его снова в K-форму и получая на выходе соответственно раствор хлорида кальция или хлорида аммония. Далее проводят стадию десорбции и повторяют цикл. Для осуществления процесса в непрерывном режиме используют по крайней мере две колонны с катеонитом, работающие на противоположных стадиях. К сожалению, указанные ионообменные способы не обеспечивают полного разделения растворов разной природы друг от друга, поэтому только малая часть фильтратов, выходящих из колонн, представляет собой чистые однокомпонентные растворы, остальная часть фильтратов представляет собой смешанные растворы, которые требуют последующей сложной переработки с целью дальнейшего использования. Кроме того, остается проблема утилизации также хлоридов кальция и аммония.Known methods for producing other potassium complex fertilizers, in particular potassium nitrate from potassium chloride, by the conversion method using calcium or ammonium nitrate ([1], p. 301; USSR copyright certificate No. 1248650, publ. 07.08.1986 [9]). In accordance with these methods, a cyclic process is carried out, each cycle of which consists of the stages of sorption and desorption of potassium. A solution of potassium chloride is passed through cation exchange resin, converting the ion exchanger into the K-form (sorption stage). Then, solutions of the corresponding nitrates (calcium or ammonium) are passed through it, obtaining at the output a solution of potassium nitrate and converting the ion exchanger into the calcium or ammonium form, respectively (desorption stage). In the next cycle, a solution of potassium chloride is again passed through the cation exchange resin, converting it again into the K-form and, at the output, a solution of calcium chloride or ammonium chloride is obtained. Next, carry out the stage of desorption and repeat the cycle. At least two cateonite columns operating at opposite stages are used to carry out the process in a continuous mode. Unfortunately, these ion-exchange methods do not provide a complete separation of solutions of different nature from each other, therefore only a small part of the filtrates leaving the columns are pure single-component solutions, the rest of the filtrates are mixed solutions that require subsequent complex processing for further use . In addition, the problem of recycling calcium and ammonium chlorides also remains.

Общим недостатком всех перечисленных выше способов [1-9] является то, что они не универсальны, а узко направлены на получение только какого-нибудь одного конечного продукта из группы бесхлорных калийных удобрений.A common drawback of all of the above methods [1-9] is that they are not universal, but are narrowly aimed at obtaining only one final product from the group of chlorine-free potash fertilizers.

Наиболее близким к предлагаемому способу является ионообменный способ получения растворимых бесхлорных калийных минеральных удобрений по патенту РФ №2201414, опубл. 27.03.2003 [10]. В соответствии с этим способом циклически проводят реакции ионного обмена. При этом в каждом цикле осуществляют реакцию ионного обмена с участием хлористого калия в качестве первого исходного вещества, используя катионит в форме вспомогательного компонента и преобразуя его в K-форму с получением хлорной соли вспомогательного компонента, а также реакцию ионного обмена с участием бесхлорной соли вспомогательного компонента в качестве второго исходного вещества, используя полученный перед этим катионит в K-форме и преобразуя его в форму вспомогательного компонента с получением продукта в виде бесхлорной калиевой соли. При этом катионит выбирают таким образом, чтобы его селективность к вспомогательному компоненту была меньше селективности к калию, а концентрацию указанной бесхлорной соли вспомогательного компонента выбирают большей, чем концентрация насыщенного раствора бесхлорной калийной соли. В качестве бесхлорной соли вспомогательного компонента могут выступать, в частности, сульфат натрия, нитрат аммония, дигидрофосфат аммония.Closest to the proposed method is the ion-exchange method for producing soluble chlorine-free potassium mineral fertilizers according to the patent of the Russian Federation No. 2201414, publ. 03/27/2003 [10]. In accordance with this method, ion exchange reactions are carried out cyclically. In this case, in each cycle, an ion exchange reaction is carried out with the participation of potassium chloride as the first starting material, using cation exchange resin in the form of an auxiliary component and converting it into a K-form to obtain a chlorine salt of the auxiliary component, as well as an ion exchange reaction with the participation of the chlorine-free salt of the auxiliary component as the second starting material, using the previously obtained cation exchanger in the K-form and converting it into the form of an auxiliary component to obtain the product in the form of chlorine-free potassium oh salt. In this case, the cation exchange resin is selected so that its selectivity to the auxiliary component is less than the selectivity to potassium, and the concentration of the indicated chlorine-free salt of the auxiliary component is chosen higher than the concentration of the saturated solution of the chlorine-free potassium salt. As the chlorine-free salt of the auxiliary component, sodium sulfate, ammonium nitrate, and ammonium dihydrogen phosphate can be used.

Способ по патенту [10] позволяет получать высококачественные растворимые бесхлорные калийные удобрения, однако, у этого способа имеется ряд недостатков:The method according to the patent [10] allows to obtain high-quality soluble chlorine-free potash fertilizers, however, this method has several disadvantages:

- требование по свойствам применяемого катионита, а именно условие, что он должен обладать повышенной селективностью к иону калия по сравнению с другими катионами, участвующими в процессе, резко сужает круг применяемых ионообменных материалов, оставляя по сути только возможность применения сильнокислотных катионитов, для которых это условие выполняется по отношению к наиболее доступным вспомогательным компонентам, таким, как ионы натрия или аммония;- the requirement for the properties of the used cation exchanger, namely the condition that it should have increased selectivity to potassium ion compared to other cations involved in the process, sharply narrows the range of ion-exchange materials used, leaving essentially only the possibility of using strongly acidic cation exchangers for which this condition performed in relation to the most accessible auxiliary components, such as sodium or ammonium ions;

- это же ограничение делает невозможным применение катионов магния, кальция и других многозарядных ионов в качестве вспомогательных компонентов, а бесхлорных солей этих катионов в качестве сырья для получения целевого продукта - растворимого бесхлорного калийного удобрения;- the same limitation makes it impossible to use cations of magnesium, calcium and other multiply charged ions as auxiliary components, and the chlorine-free salts of these cations as raw materials for the target product - soluble chlorine-free potassium fertilizer;

- в способе предполагается только применение бесхлорных солей, содержащих вспомогательный компонент, что исключает возможность использования каких-либо еще широкодоступных и относительно дешевых веществ, в частности, кислот (например, серной или фосфорной), для ионообменной конверсии хлорида калия в бесхлорное калийное удобрение.- the method involves only the use of chlorine-free salts containing an auxiliary component, which excludes the possibility of using any still widely available and relatively cheap substances, in particular acids (for example, sulfuric or phosphoric), for ion-exchange conversion of potassium chloride to a chlorine-free potassium fertilizer.

- в результате осуществления этого способа получают перенасыщенный раствор, из которого самопроизвольно кристаллизуется целевой продукт. Вследствие этого сужается ассортимент пригодного к использованию исходного сырья, так как при наличии в исходных веществах малорастворимых примесей последние оказываются в кристаллизовавшемся целевом продукте, создавая проблему его очистки. Например, недопустимо присутствие в исходном веществе кальция, образующего с сульфат-ионом нерастворимый гипс.- as a result of the implementation of this method get a supersaturated solution from which the desired product crystallizes spontaneously. As a result, the range of raw materials suitable for use is narrowed, since in the presence of sparingly soluble impurities in the starting materials, the latter appear in the crystallized target product, creating the problem of its purification. For example, the presence of calcium in the starting material, which forms insoluble gypsum with the sulfate ion, is unacceptable.

Технические решения по обоим вариантам предлагаемого изобретения, относящегося к способу получения растворимых бесхлорных калийных удобрений, направлены на достижение технического результата, заключающегося в обеспечении возможности получения высокочистых бесхлорных калийных минеральных удобрений с использованием широкого ассортимента исходного сырья, включая кислоты, и соответствующего расширения ассортимента получаемых удобрений при одновременном снижении требований к содержанию в сырьевых материалах малорастворимых примесей или примесей, способных образовывать малорастворимые вещества в ходе процессов получения целевых продуктов. Ниже при раскрытии сущности изобретения и рассмотрении частых случаев его осуществления по обоим вариантам могут быть названы и другие виды достигаемого технического результата.Technical solutions for both variants of the present invention related to a method for producing soluble chlorine-free potash fertilizers are aimed at achieving a technical result consisting in providing the possibility of obtaining high-purity chlorine-free potash mineral fertilizers using a wide range of feedstock, including acids, and corresponding expansion of the range of fertilizers obtained by at the same time reducing the requirements for the content of poorly soluble raw materials in raw materials s or impurities capable of forming a sparingly soluble substance in the processes for obtaining the desired products. Below, when disclosing the essence of the invention and considering the frequent cases of its implementation, both types of other technical results can be mentioned in both cases.

Предлагаемый способ получения растворимых бесхлорных калийных удобрений по первому варианту, как и указанный наиболее близкий к нему известный, представляет собой циклический процесс, включающий проведение в каждом цикле последовательности операций, являющихся реакциями ионного обмена, осуществляемыми в одной или нескольких ионообменных колоннах с использованием в каждой из них слоя одинакового для всех операций катионита, находящегося перед началом каждой операции в специфичной для нее ионной форме. Каждая операция включает обработку катионита раствором, являющимся исходным веществом указанного циклического процесса, специфичным для данной операции, получение продукта данной операции и перевод катионита в другую ионную форму, специфичную для очередной операции указанной последовательности. При этом одна из операций указанной последовательности включает обработку катионита, находящегося перед началом этой операции в Na-форме, раствором хлорида калия в качестве первого исходного вещества указанного циклического процесса, перевод катионита в K-форму и получение раствора хлорида натрия.The proposed method for the production of soluble chlorine-free potassium fertilizers according to the first embodiment, as well as the one closest to it, is a cyclic process, which includes in each cycle a sequence of operations that are ion exchange reactions carried out in one or more ion-exchange columns using each of a layer of the cation exchange resin, which is the same for all operations, is located in the ionic form specific to it before the start of each operation. Each operation includes the treatment of cation exchange resin with a solution that is the starting material of the specified cyclic process specific for this operation, obtaining the product of this operation and transferring the cation exchange resin to another ionic form specific to the next operation of the specified sequence. In this case, one of the operations of the indicated sequence includes processing the cation exchange resin, which is in the Na-form before the start of the operation, with a solution of potassium chloride as the first starting material of the indicated cyclic process, converting the cation exchange resin into the K-form, and obtaining a solution of sodium chloride.

Для достижения указанного выше технического результата в предлагаемом способе по первому варианту, в отличие от наиболее близкого известного способа, в качестве катионита, одинакового для всех проводимых в указанном циклическом процессе операций, используют слабокислотный катионит. После упомянутой операции, включающей обработку катионита раствором хлорида калия, осуществляют операцию с участием в качестве второго исходного вещества указанного циклического процесса раствора бесхлорной кислородсодержащей кислоты, включающую обработку этим раствором полученного в предыдущей операции катионита в K-форме, слой которого поддерживают в состоянии псевдоожижения, с переводом его в Н-форму и получением суспензии, содержащей целевой продукт в виде калиевой соли указанной бесхлорной кислородсодержащей кислоты, а также фильтрацию или центрифугирование получаемой суспензии для очистки ее от малорастворимых примесей. Далее продолжают обработку катионита в указанном поддерживаемом в состоянии псевдоожижения слое, используя для нее полученную суспензию, подвергнутую фильтрации или центрифугированию, и повторяют такую обработку и следующие за ней фильтрацию или центрифугирование получаемой суспензии несколько раз. Затем осуществляют операцию с участием дополнительного исходного вещества указанного циклического процесса в виде раствора натриевой щелочи или кальцинированной соды, которым обрабатывают полученный в предыдущей операции катионит в Н-форме, переводя его в Na-форму, специфичную для первой из перечисленных операций, и создавая тем самым возможность циклического продолжения указанного процесса.To achieve the above technical result in the proposed method according to the first embodiment, in contrast to the closest known method, weakly acid cation exchange resin is used as a cation exchange resin, the same for all operations carried out in the indicated cyclic process. After the mentioned operation, including the treatment of the cation exchange resin with a solution of potassium chloride, an operation is carried out with the participation of a chlorine-free oxygen-containing acid as the second starting material of this cyclic process, including the treatment of the cation exchange resin obtained in the previous operation in the K-form, the layer of which is maintained in a fluidized state, with converting it to the H-form and obtaining a suspension containing the target product in the form of a potassium salt of the indicated chlorine-free oxygen-containing acid, and iltratsiyu or centrifuging the resulting suspension to purify it from low-soluble impurities. Then, the cation exchanger is continued to be treated in the indicated fluidized bed, using the suspension obtained by filtration or centrifugation for it, and this treatment is repeated and the filtration or centrifugation of the resulting suspension is carried out several times. Then, an operation is carried out with the participation of an additional starting material of the indicated cyclic process in the form of a solution of sodium alkali or soda ash, which is used to process the cation exchange resin obtained in the previous operation in the H-form, converting it into the Na-form specific for the first of the listed operations, and thereby creating the possibility of cyclical continuation of the specified process.

Предусматриваемое предлагаемым способом по первому варианту проведение последовательности операций ионного обмена позволяет получать целевой продукт в результате обработки, проводимой во второй из названных операций. Присутствие этой операции в последовательности операций предлагаемого способа по первому варианту обеспечивает возможность выбора из целого ряда кислородсодержащих кислот с получением столь же обширного ряда калийных солей, а наличие третьей ионообменной операции наряду с первыми двумя обеспечивает возможность замыкания цикла. При этом указанная последовательность операций становится возможной благодаря использованию слабокислотного катионита, проявляющего повышенную селективность к катионам водорода (гидроксония).Provided by the proposed method according to the first embodiment, the implementation of the sequence of operations of ion exchange allows you to get the target product as a result of processing carried out in the second of these operations. The presence of this operation in the sequence of operations of the proposed method according to the first embodiment makes it possible to select from a number of oxygen-containing acids to produce an equally wide range of potassium salts, and the presence of a third ion-exchange operation, along with the first two, makes it possible to close the cycle. Moreover, this sequence of operations becomes possible due to the use of weakly acid cation exchanger, which exhibits increased selectivity to hydrogen cations (hydroxonium).

В противоположность наиболее близкому известному способу, предусматривающему получение перенасыщенного раствора, из которого самопроизвольно кристаллизуется целевой продукт, в предлагаемом способе по первому варианту получают суспензию, содержащую раствор калийного бесхлорного удобрения. При этом благодаря поддержанию слоя катионита в состоянии псевдоожижения возникает возможность выведения из колонны всей твердой фазы получаемой суспензии, содержащей малорастворимые примеси, неизбежно присутствующие в исходных веществах, тогда как в плотном слое катионита имел бы место эффект фильтрации, и часть твердой фазы оставалась бы в нем к концу операции. В предлагаемом же способе выведенная из колонны суспензия, содержащая твердую фазу, подвергается фильтрации или центрифугированию с последующей обработкой ею катионита в колонне в циркуляционном режиме, что обеспечивает как надлежащую очистку получаемого целевого продукта, так и предотвращение загрязнения катионита в колонне.In contrast to the closest known method, providing for a supersaturated solution from which the desired product crystallizes spontaneously, in the proposed method according to the first embodiment, a suspension containing a solution of potassium chlorine-free fertilizer is obtained. At the same time, by maintaining the cation exchanger layer in a fluidized state, it becomes possible to remove from the column the entire solid phase of the resulting suspension containing poorly soluble impurities inevitably present in the starting materials, while in the dense cation exchanger layer a filtering effect would take place and some of the solid phase would remain in it by the end of the operation. In the proposed method, the suspension containing the solid phase withdrawn from the column is filtered or centrifuged, followed by processing the cation exchanger in the column in a circulating mode, which ensures both proper purification of the obtained target product and prevention of cation exchanger contamination in the column.

В частном случае в качестве кислородсодержащей кислоты при осуществлении предлагаемого способа по первому варианту может быть использована экстракционная фосфорная кислота, предварительно подвергнутая очистке методом экстракции органически реагентом, например, в соответствии со способом по патенту РФ №2452685 (опубл. 10.06.2012 [11]), либо (предпочтительно) сорбционным методом "удерживания кислоты" в одной из следующих его модификаций:In the particular case, as an oxygen-containing acid in the implementation of the proposed method according to the first embodiment, extraction phosphoric acid can be used, previously subjected to purification by extraction with an organic reagent, for example, in accordance with the method according to the patent of the Russian Federation No. 2452685 (publ. 10.06.2012 [11]) , or (preferably) by the sorption method of "acid retention" in one of its following modifications:

- по методу с периодическим пропусканием исходной ЭФК снизу вверх через слой сильноосновного анионита в фосфатной форме до "проскока" кислоты и обратным вытеснением сорбированной на анионите очищенной кислоты водой сверху вниз (патент РФ №2544731, опубл. 20.03.2015 [12]);- according to the method with periodic transmission of the initial EPA from bottom to top through a layer of strongly basic anion exchange resin in phosphate form until the acid “breaks through” and backward displacement of purified acid adsorbed on the anion exchange resin with water from top to bottom (RF patent No. 2544731, publ. March 20, 2015 [12]);

- по методу, впоследствии названному его авторами "НьюКем-методом", с использованием сорбционных систем с двумя жидкими фазами, основанному на уменьшении объема пространства между гранулами сорбента, занимаемого перерабатываемым раствором, путем заполнения слоя сорбента органическим жидким веществом, не смешивающимся ни с водой, ни с этим раствором и химически не взаимодействующим с его компонентами перерабатываемого раствора (патент РФ №2434679, опубл. 27.11.2011 [13]; Р.Х. Хамизов. Сорбционный метод "удерживания кислоты". Некоторые технологические возможности по разделению электролитов. Сорбционные и хроматографические процессы. 2013. Т. 13. Вып. 5, с. 600-604 [14]).- according to the method subsequently called by its authors “NewKem-method”, using sorption systems with two liquid phases, based on reducing the volume of space between the sorbent granules occupied by the processed solution by filling the sorbent layer with an organic liquid substance that is not miscible with water, neither with this solution and does not chemically interact with its components of the processed solution (RF patent No. 2434679, publ. 11/27/2011 [13]; R.Kh. Khamizov. Sorption method of "acid retention". Some technological Opportunities for electrolyte separation. Sorption and chromatographic processes. 2013. V. 13. Issue 5, S. 600-604 [14]).

В другом частном случае в качестве кислородсодержащей кислоты может быть использована азотнокислая вытяжка, полученная азотнокислым разложением фосфатного сырья и содержащая фосфорную кислоту с примесью азотной кислоты, предварительно очищенная сорбционным НьюКем-методом удерживания кислоты [13, 14].In another particular case, an nitric acid extract obtained by nitric acid decomposition of phosphate feedstock and containing phosphoric acid mixed with nitric acid, previously purified by the sorption NewKem method of acid retention, can be used as an oxygen-containing acid [13, 14].

В качестве кислородсодержащей кислоты при осуществлении предлагаемого способа по первому варианту может быть использована также техническая серная кислота любого вида, включая контактную, башенную и регенерированную.As an oxygen-containing acid in the implementation of the proposed method according to the first embodiment, technical sulfuric acid of any kind can also be used, including contact, tower and regenerated.

В названных случаях в качестве целевого продукта получают соответственно фосфат калия, смесь нитрата и фосфата калия, сульфат калия.In these cases, potassium phosphate, a mixture of potassium nitrate and potassium phosphate, and potassium sulfate are respectively obtained as the target product.

Предлагаемый способ по первому варианту может быть реализован с использованием единственной ионообменной колонны. В этом случае описанные выше операции являются стадиями, поочередно осуществляемыми в этой колонне. Однако более рационально проводить циклический процесс в несколько стадий в каждом цикле таким образом, что на каждой стадии названные выше ионообменные операции осуществляются в трех одновременно работающих ионообменных колоннах с одинаковыми сорбционными слоями катионита, но в трех разных ионных формах перед началом операции - Na-форме, K-форме и Н-форме, с чередованием от стадии к стадии этих ионных форм и подаваемых в ионообменные колонны растворов, являющихся исходными веществами указанного циклического процесса, специфичными для соответствующих операций.The proposed method according to the first embodiment can be implemented using a single ion-exchange column. In this case, the operations described above are stages that are alternately carried out in this column. However, it is more rational to carry out a cyclic process in several stages in each cycle so that at each stage the above-mentioned ion-exchange operations are carried out in three simultaneously operating ion-exchange columns with the same sorption layers of cation exchange resin, but in three different ionic forms before the operation - the Na-form, K-form and H-form, alternating from stage to stage of these ionic forms and solutions supplied to ion-exchange columns, which are the starting materials of this cyclic process, specific for related operations.

При такой реализации способа может быть обеспечена непрерывность получения целевого продукта - бесхлорной соли калия.With this implementation of the method, the continuity of the preparation of the target product, the chlorine-free potassium salt, can be ensured.

По окончании каждой стадии целесообразно промывать каждую ионообменную колонну водой, вытесняя ею находящийся в данной колонне электролит, а воду, оставшуюся в колонне после промывки, вытеснять раствором, подаваемым в колонну для обработки находящегося в ней катионита на очередной стадии. Промывка выполняется с целью обеспечения чистоты получаемых продуктов и предотвращения перерасхода растворов исходных веществ.At the end of each stage, it is advisable to wash each ion-exchange column with water, displacing the electrolyte in the column, and displace the water remaining in the column after washing with the solution supplied to the column for processing the cation exchanger in the next stage. Rinsing is carried out in order to ensure the purity of the products obtained and to prevent over-use of the solutions of the starting materials.

В частном случае в способе по первому варианту операцию с участием хлорида калия в качестве первого исходного вещества на каждой стадии проводят в виде двух одновременно протекающих процессов в двух последовательно соединенных ионообменных колоннах, для чего необходима одна ионообменная колонна дополнительно к трем указанным выше. В первом из двух одновременно протекающих процессов осуществляют обработку раствором хлорида калия катионита, находящегося перед началом данной операции в первой из указанных последовательно соединенных ионообменных колонн в смешанной Na,K-форме, получают раствор, являющийся результатом указанной обработки, и переводят катионит в первой ионообменной колонне из указанной смешанной ионной формы в чистую K-форму. Во втором процессе осуществляют обработку раствором, получаемым в первом процессе, катионита, находящегося перед началом данной операции во второй из указанных последовательно соединенных ионообменных колонн в чистой Na-форме, получают раствор хлорида натрия и переводят катионит из Na-формы в указанную смешанную Na,K-форму.In the particular case of the method according to the first embodiment, the operation involving potassium chloride as the first starting material at each stage is carried out in the form of two simultaneously proceeding processes in two ion-exchange columns connected in series, which requires one ion-exchange column in addition to the three above. In the first of two simultaneously proceeding processes, the solution is treated with a potassium chloride solution of cation exchange resin, which is in the first of the indicated series-connected ion-exchange columns in mixed Na, K form before starting this operation, a solution is obtained which is the result of this treatment, and cation exchange resin is transferred in the first ion-exchange column from said mixed ionic form to pure K-form. In the second process, the solution obtained in the first process is treated with the cation exchange resin, which is in the second of the indicated series-connected ion-exchange columns in pure Na form, before starting this operation, a sodium chloride solution is obtained and cation exchange resin is transferred from the Na form to the specified mixed Na, K -form.

При таком выполнении предлагаемого способа может быть достигнута более высокая чистота целевого продукта и предотвращен перерасход исходного вещества. Объясняется это тем, что при реальном проведении операций ионного обмена имеют место процессы взаимной диффузии в слое катионита и перемешивания в растворе. В таком процессе нет гарантии того, что в момент появления ионов калия в получаемом растворе (когда нужно завершать стадию цикла во избежание потерь исходного вещества), получается чистая K-форма катионита и часть катионита его все еще не остается в Na-форме. В таком случае на следующей стадии цикла при обработке катионита вторым исходным веществом (кислородсодержащей кислотой) существует риск получения не чистого целевого продукта (например, монокалийфосфата при использовании фосфорной кислоты), а продукта, загрязненного примесью дигидрофосфата натрия. При проведении указанной операции в виде двух одновременно протекающих процессов в двух последовательно соединенных ионообменных колоннах вероятность такой ситуации существенно уменьшается.With this embodiment of the proposed method, a higher purity of the target product can be achieved and an overspending of the starting material is prevented. This is explained by the fact that during the actual conduct of ion exchange operations, there are processes of mutual diffusion in the cation exchanger layer and mixing in the solution. In such a process, there is no guarantee that at the time of the appearance of potassium ions in the resulting solution (when it is necessary to complete the stage of the cycle to avoid loss of the starting material), a pure K-form of cation exchange resin is obtained and some of the cation exchange resin still does not remain in the Na-form. In this case, at the next stage of the cycle, when the cation exchanger is treated with the second starting material (oxygen-containing acid), there is a risk of obtaining not a pure target product (for example, monopotassium phosphate using phosphoric acid), but a product contaminated with an admixture of sodium dihydrogen phosphate. When carrying out this operation in the form of two simultaneously proceeding processes in two series-connected ion-exchange columns, the probability of such a situation significantly decreases.

При осуществлении предлагаемого способа по первому варианту в данном частном случае в каждом цикле на каждой стадии одновременно используются четыре ионообменные колонны с одинаковыми сорбционными слоями катионита, но в четырех разных названных выше ионных формах (смешанной Na,K-форме, Na-форме, K-форме и H-форме) с чередованием от стадии к стадии в каждой из указанных колонн этих форм и подаваемых в колонны веществ, участвующих в ионном обмене, причем две их этих четырех колонн используются на каждой стадии цикла для осуществления двух одновременно протекающих процессов ионообменной операции с участием хлорида калия в качестве первого исходного вещества.When implementing the proposed method according to the first embodiment, in this particular case, in each cycle at each stage, four ion-exchange columns with identical sorption layers of cation exchange resin, but in the four different ionic forms mentioned above (mixed Na, K-form, Na-form, K- form and H-form) with alternating from stage to stage in each of these columns of these forms and fed into the columns of substances involved in ion exchange, two of these four columns being used at each stage of the cycle to carry out two the ongoing processes of ion-exchange operations involving potassium chloride as the first starting material.

В данном частном случае по окончании каждой стадии каждую ионообменную колонну, содержащую катионит в чистой ионной форме, промывают водой, вытесняя ею находящийся в данной колонне электролит, а воду, оставшуюся в колонне после промывки, вытесняют раствором, подаваемым в колонну для обработки находящегося в ней катионита на очередной стадии.In this particular case, at the end of each stage, each ion-exchange column containing cation exchange resin in pure ionic form is washed with water, displacing the electrolyte in the column, and the water remaining in the column after washing is displaced with the solution supplied to the column for processing cation exchanger at the next stage.

Для обеспечения более высокой производительности процесса целесообразно осуществлять подбор скоростей пропускания растворов исходных веществ через ионообменные колонны таким образом, чтобы моменты окончания операций обработки катионита во всех ионообменных колоннах на каждой стадии цикла совпадали друг с другом.To ensure a higher productivity of the process, it is advisable to select the rates of transmission of the solutions of the starting materials through the ion-exchange columns so that the moments of completion of the processing of cation exchange resin in all ion-exchange columns at each stage of the cycle coincide with each other.

Предлагаемый способ получения растворимых бесхлорных калийных удобрений по второму варианту, как и наиболее близкий к нему известный, представляет собой циклический процесс, включающий проведение в каждом цикле последовательности операций, являющихся реакциями ионного обмена, осуществляемыми в одной или нескольких ионообменных колоннах с использованием в каждой из них слоя одинакового для всех операций катионита, находящегося перед началом каждой операции в специфичной для нее ионной форме. Каждая операция включает обработку катионита раствором, являющимся исходным веществом указанного циклического процесса, специфичным для данной операции, получение продукта данной операции и перевод катионита в другую ионную форму, специфичную для очередной операции указанной последовательности. При этом одна из операций указанной последовательности включает обработку катионита, находящегося перед началом этой операции в Na-форме, раствором хлорида калия в качестве первого исходного вещества указанного циклического процесса, перевод катионита в K-форму и получение раствора хлорида натрия.The proposed method for the production of soluble chlorine-free potassium fertilizers according to the second embodiment, as well as the closest known one, is a cyclic process, which includes in each cycle a sequence of operations that are ion exchange reactions carried out in one or more ion-exchange columns using each of them a layer of the cation exchange resin, which is the same for all operations, located before the start of each operation in its specific ionic form. Each operation includes the treatment of cation exchange resin with a solution that is the starting material of the specified cyclic process specific for this operation, obtaining the product of this operation and transferring the cation exchange resin to another ionic form specific to the next operation of the specified sequence. In this case, one of the operations of the indicated sequence includes processing the cation exchange resin, which is in the Na-form before the start of the operation, with a solution of potassium chloride as the first starting material of the indicated cyclic process, converting the cation exchange resin into the K-form, and obtaining a solution of sodium chloride.

Для достижения указанного выше технического результата в предлагаемом способе по второму варианту, в отличие от наиболее близкого к нему известного способа, в качестве катионита, одинакового для всех проводимых в указанном циклическом процессе операций, используют слабокислотный катионит. После упомянутой операции, включающей обработку катионита раствором хлорида калия, осуществляют операцию с участием в качестве второго исходного вещества указанного циклического процесса раствора некалиевой соли бесхлорной кислородсодержащей кислоты. Данная операция включает обработку этим раствором полученного в предыдущей операции катионита в K-форме с переводом его в ионную форму катиона указанной некалиевой соли и получением суспензии, содержащей целевой продукт в виде калиевой соли указанной бесхлорной кислородсодержащей кислоты. Затем осуществляют операцию с участием третьего исходного вещества указанного циклического процесса в виде раствора бесхлорной кислородсодержащей кислоты, отличной от той, раствор соли которой является вторым исходным веществом указанного циклического процесса. Этим раствором обрабатывают полученный в предыдущей операции катионит в ионной форме катиона указанной некалиевой соли, слой которого поддерживают в состоянии псевдоожижения, с переводом его в Н-форму и получением суспензии, содержащей дополнительный целевой продукт в виде соли, образованной катионом указанной некалиевой соли и анионом бесхлорной кислородсодержащей кислоты, раствор которой является третьим исходным веществом указанного циклического процесса. При этом осуществляют также фильтрацию или центрифугирование получаемой суспензии для очистки ее от малорастворимых примесей и далее продолжают обработку катионита в указанном поддерживаемом в состоянии псевдоожижения слое, используя для нее полученную суспензию, подвергнутую фильтрации или центрифугированию, и повторяют такую обработку и следующие за ней фильтрацию или центрифугирование получаемой суспензии несколько раз. Затем осуществляют операцию с участием дополнительного исходного вещества указанного циклического процесса в виде раствора натриевой щелочи или кальцинированной соды, которым обрабатывают полученный в предыдущей операции катионит в Н-форме. Его переводят в Na-форму, специфичную для первой из перечисленных операций, создавая тем самым возможность циклического продолжения указанного процесса.To achieve the above technical result in the proposed method according to the second embodiment, in contrast to the closest known method, a weakly acidic cation exchange resin is used as a cation exchange resin, the same for all operations carried out in the indicated cyclic process. After the mentioned operation, including the treatment of cation exchange resin with a solution of potassium chloride, an operation is carried out with the participation of a non-potassium salt of a chlorine-free oxygen-containing acid as the second starting material of the indicated cyclic process. This operation involves the treatment with this solution of the cation exchanger obtained in the previous operation in the K-form, converting it into the ionic form of the cation of the specified non-potassium salt and obtaining a suspension containing the target product in the form of the potassium salt of the indicated chlorine-free oxygen-containing acid. Then carry out the operation with the participation of the third starting material of the specified cyclic process in the form of a solution of chlorine-free oxygen-containing acid, different from the one whose salt solution is the second starting material of the specified cyclic process. This solution is used to treat the cation exchange resin obtained in the previous operation in the ionic form of the cation of the specified non-potassium salt, the layer of which is maintained in the fluidization state, converting it to the H-form and obtaining a suspension containing the additional target product in the form of a salt formed by the cation of the specified non-potassium salt and the chlorine-free anion oxygen-containing acid, a solution of which is the third starting material of the specified cyclic process. At the same time, the resulting suspension is also filtered or centrifuged to purify it from sparingly soluble impurities, and then the cation exchanger is continued to be treated in the indicated fluidized bed, using the resulting suspension subjected to filtration or centrifugation, and this treatment is repeated and the filtration or centrifugation following it is repeated. the resulting suspension several times. Then, an operation is carried out with the participation of an additional starting material of the indicated cyclic process in the form of a solution of sodium alkali or soda ash, which is used to process the cation exchanger obtained in the previous operation in the H-form. It is transferred to the Na form specific for the first of the listed operations, thereby creating the possibility of cyclical continuation of this process.

Предусматриваемое предлагаемым способом по второму варианту проведение последовательности операций ионного обмена позволяет получать целевой продукт в результате обработки, проводимой во второй из названных операций и дополнительный целевой продукт - в результате обработки, проводимой в третьей из названных операций. Вторая из названных выше ионообменных операций, содержащаяся в последовательности операций предлагаемого способа по второму варианту, обеспечивает возможность выбора из целого ряда бесхлорных кислот с получением столь же обширного ряда калийных солей. Присутствие третьей из названных выше ионообменных операций, позволяющей получать дополнительный целевой продукт в виде соли, образованной катионом второго исходного вещества и анионом бесхлорной кислородсодержащей кислоты, создает возможность выбора сочетания второго исходного вещества и бесхлорной кислородсодержащей кислоты, при котором второй продукт также является удобрением, образующим в комбинации с бесхлорным калийным удобрением сложное минеральное удобрение. Наличие четвертой ионообменной операции наряду с первыми тремя обеспечивает возможность замыкания цикла. При этом указанная последовательность операций предлагаемого способа по второму варианту становится возможной благодаря использованию слабокислотного катионита, проявляющего повышенную селективность к ионам водорода.Provided by the proposed method according to the second embodiment, carrying out the sequence of operations of ion exchange allows to obtain the target product as a result of processing carried out in the second of these operations and an additional target product as a result of processing carried out in the third of these operations. The second of the above-mentioned ion-exchange operations, contained in the sequence of operations of the proposed method according to the second embodiment, makes it possible to select from a number of chlorine-free acids to produce an equally wide range of potassium salts. The presence of the third of the above-mentioned ion-exchange operations, which allows to obtain an additional target product in the form of a salt formed by the cation of the second starting substance and the anion of chlorine-free oxygen-containing acid, makes it possible to choose a combination of the second starting material and chlorine-free oxygen-containing acid, in which the second product is also a fertilizer forming in combinations with chlorine-free potassium fertilizer complex mineral fertilizer. The presence of the fourth ion-exchange operation along with the first three provides the possibility of closing the cycle. Moreover, the specified sequence of operations of the proposed method according to the second embodiment becomes possible due to the use of weakly acid cation exchange resin exhibiting increased selectivity to hydrogen ions.

В противоположность наиболее близкому известному способу, предусматривающему получение перенасыщенного раствора, из которого самопроизвольно кристаллизуется целевой продукт, в предлагаемом способе по второму варианту в качестве целевого продукта получают суспензию, содержащую раствор калийного бесхлорного удобрения.In contrast to the closest known method, providing for a supersaturated solution from which the target product spontaneously crystallizes, in the proposed method according to the second embodiment, a suspension containing a solution of potassium chlorine-free fertilizer is obtained as the target product.

Для удаления из этой суспензии нерастворимых примесей, которые могут содержаться с них, в зависимости от чистоты используемых исходных веществ, она на заключительной стадии осуществления способа может быть подвергнута фильтрации или центрифугированию.To remove insoluble impurities from this suspension that may be contained with them, depending on the purity of the starting materials used, it can be filtered or centrifuged at the final stage of the process.

Одновременно получают также суспензию, содержащую дополнительный целевой продукт в виде соли, образованной катионом второго исходного вещества и анионом кислородсодержащей кислоты, которая тоже может представлять собой удобрение. При этом благодаря поддержанию слоя катионита в состоянии псевдоожижения становится возможным выведение из колонны всей твердой фазы получаемой суспензии, содержащей малорастворимые примеси, неизбежно присутствующие в исходных веществах, тогда как в плотном слое катионита имел бы место эффект фильтрации, и часть твердой фазы оставалась бы в нем к концу операции. В предлагаемом же способе по второму варианту, аналогично способу по первому варианту, выведенная из колонны суспензия, содержащая твердую фазу, подвергается фильтрации или центрифугированию с последующей обработкой ею катионита в колонне в циркуляционном режиме, что обеспечивает как надлежащую очистку получаемого целевого продукта, так и предотвращение загрязнения катионита в колонне.At the same time, a suspension is also obtained containing an additional target product in the form of a salt formed by the cation of the second starting material and the anion of an oxygen-containing acid, which can also be a fertilizer. At the same time, by maintaining the cation exchanger layer in a fluidized state, it becomes possible to remove from the column the entire solid phase of the resulting suspension containing poorly soluble impurities inevitably present in the starting materials, while in the dense cation exchanger layer a filtering effect would take place, and some of the solid phase would remain in it by the end of the operation. In the proposed method according to the second embodiment, similarly to the method according to the first embodiment, the suspension containing the solid phase withdrawn from the column is filtered or centrifuged, followed by cation exchange resin processing in the column, which ensures both proper purification of the obtained target product and prevention pollution of cation exchanger in the column.

В качестве второго и третьего исходных веществ могут быть использованы, например, растворы, соответственно, нитрата аммония (аммиачной селитры) и очищенной экстракционной фосфорной кислоты. При этом могут быть получены целевой продукт - раствор калиевой селитры и дополнительный продукт - моноаммонийфосфат, совместно называемые аммофоской, которая является ценным сложным минеральным удобрением.As the second and third starting materials, for example, solutions of, respectively, ammonium nitrate (ammonium nitrate) and purified extraction phosphoric acid can be used. In this case, the target product can be obtained - a solution of potassium nitrate and an additional product - monoammonium phosphate, collectively called ammophos, which is a valuable complex mineral fertilizer.

В частном случае в качестве второго и третьего исходных веществ могут быть использованы также растворы, соответственно, нитрата аммония и серной кислоты с получением нитрата калия и сульфата аммония.In the particular case, solutions of ammonium nitrate and sulfuric acid, respectively, to produce potassium nitrate and ammonium sulfate can also be used as the second and third starting materials.

В другом частном случае в качестве второго исходного вещества используют раствор сульфата аммония, а в качестве третьего исходного вещества - раствор фосфорной кислоты, получая в результате сульфат калия и моноаммонийфосфат.In another particular case, a solution of ammonium sulfate is used as the second starting material, and a solution of phosphoric acid is used as the third starting material, resulting in potassium sulfate and monoammonium phosphate.

Еще в одном частном случае в качестве второго и третьего исходных веществ используют растворы, соответственно, моноаммонийфосфата и серной кислоты с получением более ценного монокалийфосфата и сульфата аммония.In another particular case, solutions of, respectively, monoammonium phosphate and sulfuric acid are used as the second and third starting materials to produce more valuable monopotassium phosphate and ammonium sulfate.

Предлагаемый способ по второму варианту, как и способ по первому варианту, может быть реализован с использованием единственной ионообменной колонны. В этом случае описанные выше операции являются стадиями, поочередно осуществляемыми в этой колонне. Однако более рационально проводить циклический процесс в несколько стадий в каждом цикле таким образом, что на каждой стадии названные выше ионообменные операции осуществляют в четырех одновременно работающих ионообменных колоннах с одинаковыми сорбционными слоями катионита, но в четырех разных ионных формах перед началом операции: Na-форме, K-форме, ионной форме катиона указанной некалиевой соли, раствор которой является вторым исходным веществом указанного циклического процесса, и H-форме, с чередованием от стадии к стадии этих ионных форм и подаваемых в ионообменные колонны растворов, являющихся исходными веществами указанного циклического процесса, специфичными для соответствующих операций.The proposed method according to the second embodiment, as well as the method according to the first embodiment, can be implemented using a single ion-exchange column. In this case, the operations described above are stages that are alternately carried out in this column. However, it is more rational to carry out a cyclic process in several stages in each cycle so that at each stage the above-mentioned ion-exchange operations are carried out in four simultaneously operating ion-exchange columns with the same sorption layers of cation exchange resin, but in four different ionic forms before the operation: Na-form, K-form, the ionic form of the cation of the specified non-potassium salt, the solution of which is the second starting material of the specified cyclic process, and the H-form, alternating from stage to stage of these ionic forms and solutions supplied to the ion exchange columns, which are the starting materials of the indicated cyclic process, specific to the corresponding operations.

При такой реализации способа может быть обеспечена непрерывность получения целевого продукта - бесхлорной соли калия и дополнительного целевого продукта.With this implementation of the method, the continuity of obtaining the target product — the chlorine-free potassium salt and the additional target product — can be ensured.

По окончании каждой стадии каждую ионообменную колонну целесообразно промывать водой, вытесняя ею находящийся в данной колонне электролит. В этом случае воду, оставшуюся в колонне после промывки, вытесняют раствором, подаваемым в колонну для обработки находящегося в ней катионита на очередной стадии.At the end of each stage, it is advisable to rinse each ion-exchange column with water, displacing the electrolyte in the column. In this case, the water remaining in the column after washing is displaced by the solution supplied to the column for processing the cation exchanger in it at the next stage.

В частном случае осуществления способа по второму варианту возможно осуществление первой или последней из описанных выше операций или обеих этих операций, проводимых с участием соответственно, первого и дополнительного исходных веществ, на каждой стадии в виде двух одновременно протекающих процессов в двух последовательно соединенных ионообменных колоннах, т.е. с использованием дополнительно к четырем указанным выше еще одной ионообменной колонны для каждой из таких операций. Первый из этих процессов включает обработку исходным веществом указанного циклического процесса, специфичным для данной операции, катионита, находящегося перед началом данной операции в первой из указанных последовательно соединенных ионообменных колонн в смешанной ионной форме и содержащего катионит как в ионной форме, специфичной для данной операции, так и в ионной форме, специфичной для очередной операции указанной последовательности. В этом процессе получают раствор, являющийся результатом указанной обработки, и переводят катионит из указанной смешанной ионной формы в чистую ионную форму, специфичную для очередной операции способа. Второй процесс включает обработку раствором, получаемым в первом процессе, катионита, находящегося перед началом данной операции во второй из указанных последовательно соединенных ионообменных колонн в специфичной для данной операции ионной форме. При этом получают продукт данной операции и переводят катионит в указанную смешанную ионную форму для использования на следующей стадии циклического процесса, которым является предлагаемый способ.In the particular case of the implementation of the method according to the second embodiment, it is possible to carry out the first or last of the operations described above, or both of these operations, carried out with the participation of the first and additional starting materials, respectively, at each stage in the form of two simultaneously proceeding processes in two ion-exchange columns connected in series, t .e. using, in addition to the four above, another ion exchange column for each of these operations. The first of these processes involves the treatment with the starting material of the specified cyclic process specific for a given operation, cation exchange resin, which is located before the start of this operation in the first of these series-connected ion-exchange columns in mixed ionic form and containing cation exchange resin both in the ionic form specific to this operation, and in ionic form specific for the next operation of the indicated sequence. In this process, a solution is obtained which is the result of said treatment, and cation exchange resin is transferred from the indicated mixed ionic form to a pure ionic form specific for the next process step. The second process involves the treatment with the solution obtained in the first process of cation exchange resin, which is located before the start of this operation in the second of these series-connected ion-exchange columns in a specific ionic form for this operation. In this case, the product of this operation is obtained and the cation exchange resin is transferred to the indicated mixed ionic form for use in the next stage of the cyclic process, which is the proposed method.

При выполнении одной или обеих названных выше операций в виде двух одновременно протекающих процессов в двух последовательно соединенных ионообменных колоннах может быть достигнута более высокая чистота получаемых продуктов и уменьшается избыточный расход исходных веществ. Как и в способе по первому варианту, это объясняется тем, что при реальном проведении операций ионного обмена имеют место процессы взаимной диффузии в слое катионита и перемешивания в растворе. В таком процессе нет гарантии, что в момент появления ионов исходного вещества в получаемом растворе (когда нужно завершать стадию во избежание потерь исходного вещества), получается чистая форма катионита, обрабатываемого этим веществом, и часть катионита его все еще не остается в первоначальной форме. В таком случае на следующей стадии при обработке катионита вторым исходным веществом существует риск получения не чистого целевого продукта (например, нитрата калия при использовании аммиачной селитры в качестве второго исходного продукта), а продукта, загрязненного примесью натриевой селитры. При проведении той же операции в виде двух одновременно протекающих процессов в двух последовательно соединенных ионообменных колоннах вероятность такой ситуации существенно уменьшается.When performing one or both of the above operations in the form of two simultaneously proceeding processes in two series-connected ion-exchange columns, a higher purity of the obtained products can be achieved and the excess consumption of the starting materials is reduced. As in the method according to the first embodiment, this is due to the fact that in the actual conduct of ion exchange operations, there are processes of mutual diffusion in the cation exchanger layer and mixing in the solution. In such a process, there is no guarantee that at the moment the ions of the starting material appear in the resulting solution (when it is necessary to complete the stage in order to avoid losses of the starting material), a pure form of the cation exchange resin treated with this substance is obtained, and some of the cation exchange resin still does not remain in its original form. In this case, at the next stage, when the cation exchange resin is treated with the second starting material, there is a risk of obtaining not a pure target product (for example, potassium nitrate when using ammonium nitrate as the second starting product), but a product contaminated with an admixture of sodium nitrate. When carrying out the same operation in the form of two simultaneously proceeding processes in two series-connected ion-exchange columns, the probability of such a situation significantly decreases.

В частности, при проведении операции с участием раствора хлорида калия в качестве первого исходного вещества предлагаемого способа в первом из указанных двух процессов осуществляют обработку раствором хлорида калия катионита, находящегося перед началом данной операции в первой из двух используемых в этой операции ионообменных колонн в первой смешанной ионной форме и содержащего катионит как в Na-форме, так и в K-форме, получают раствор, являющийся результатом этой обработки, и переводят катионит в чистую K-форму. Во втором процессе обрабатывают раствором, получаемым в первом процессе, катионит, находящийся перед началом данной операции во второй из двух используемых в этой операции ионообменных колонн в чистой Na-форме, получают хлорид натрия и переводят катионит в указанную первую смешанную ионную форму.In particular, when carrying out an operation involving a solution of potassium chloride as the first starting material of the proposed method in the first of the two processes, the solution is treated with a solution of potassium chloride of cation exchange resin, which is located before the start of this operation in the first of two ion-exchange columns used in this operation in the first mixed form and containing cation exchanger both in Na-form and in K-form, a solution is obtained which is the result of this treatment, and cation exchanger is converted into pure K-form. In the second process, it is treated with the solution obtained in the first process, the cation exchange resin, which is before the start of this operation in the second of the two ion exchange columns used in this operation, in pure Na-form, sodium chloride is obtained and the cation exchange resin is converted to the first mixed ionic form.

В описанном выше случае для осуществления предлагаемого способа по второму варианту на каждой стадии цикла необходимы пять ионообменных колонн с одинаковыми сорбционными слоями катионита, но в пяти разных ионных формах.In the case described above, for the implementation of the proposed method according to the second embodiment, at each stage of the cycle, five ion-exchange columns with the same sorption layers of cation exchange resin, but in five different ionic forms, are required.

В данном частном случае целесообразно по окончании каждой стадии каждую ионообменную колонну, содержащую катионит в чистой ионной форме, промывать водой, вытесняя ею находящийся в данной колонне электролит. При этом воду, оставшуюся в колонне после промывки, вытесняют раствором, подаваемым в колонну для обработки находящегося в ней катионита на очередной стадии.In this particular case, at the end of each stage, it is advisable to rinse each ion-exchange column containing cation exchange resin in pure ionic form with water, displacing the electrolyte in the column. In this case, the water remaining in the column after washing is displaced by the solution supplied to the column for processing the cation exchanger in it at the next stage.

Целесообразно осуществлять подбор скоростей пропускания растворов исходных веществ через ионообменные колонны таким образом, чтобы моменты окончания операций обработки катионита во всех ионообменных колоннах на каждой стадии цикла совпадали друг с другом. Этим обеспечивается более высокая производительность процесса.It is advisable to select the transmission rates of the solutions of the starting materials through the ion-exchange columns in such a way that the moments of completion of the processing of cation exchange resin in all ion-exchange columns at each stage of the cycle coincide with each other. This ensures a higher productivity of the process.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых показаны:The invention is illustrated by drawings, which show:

- на фиг. 1 - изменение ионных форм катионита в ионообменных колоннах, подаваемых в них и выводимых из них растворов от стадии к стадии при осуществлении цикла способа по первому варианту;- in FIG. 1 - change in the ionic forms of cation exchange resin in ion-exchange columns supplied to them and solutions removed from them from stage to stage during the implementation of the cycle of the method according to the first embodiment;

- на фиг. 2а, 2б - схема установки для осуществления способа по первому варианту с использованием трех ионообменных колонн в двух частных случаях;- in FIG. 2a, 2b is a diagram of an apparatus for implementing the method according to the first embodiment using three ion-exchange columns in two special cases;

- на фиг. 3 - движение концентрационного фронта в колонне в процессе ионного обмена;- in FIG. 3 - movement of the concentration front in the column in the process of ion exchange;

- на фиг. 4 - изменение ионных форм катионита в ионообменных колоннах, подаваемых в них и выводимых из них растворов от стадии к стадии при осуществлении способа по первому варианту с использованием четырех ионообменных колонн;- in FIG. 4 - change in the ionic forms of cation exchange resin in ion-exchange columns supplied to them and solutions removed from them from stage to stage when implementing the method according to the first embodiment using four ion-exchange columns;

- на фиг. 5а, 5б - схема установки для осуществления способа по первому варианту с использованием четырех ионообменных колонн в двух частных случаях;- in FIG. 5a, 5b is a diagram of an apparatus for implementing the method of the first embodiment using four ion-exchange columns in two special cases;

- на фиг. 6 - изменение ионных форм катионита в ионообменных колоннах, подаваемых в них и выводимых из них растворов от стадии к стадии при осуществлении цикла способа по второму варианту с использованием четырех ионообменных колонн;- in FIG. 6 is a change in the ionic forms of cation exchange resin in the ion exchange columns supplied to them and solutions removed from them from stage to stage when the process cycle according to the second embodiment is carried out using four ion exchange columns;

- на фиг. 7 - схема установки для осуществления способа по второму варианту с использованием четырех ионообменных колонн;- in FIG. 7 is a diagram of an apparatus for implementing the method of the second embodiment using four ion-exchange columns;

- на фиг. 8 - схема установки для осуществления способа по второму варианту с использованием пяти ионообменных колонн;- in FIG. 8 is a diagram of an apparatus for implementing the method of the second embodiment using five ion-exchange columns;

- на фиг. 9 - изменение ионных форм катионита в ионообменных колоннах, подаваемых в них и выводимых из них растворов от стадии к стадии при осуществлении цикла способа по второму варианту с использованием пяти ионообменных колонн.- in FIG. 9 is a change in the ionic forms of cation exchange resin in the ion-exchange columns supplied to them and solutions removed from them from stage to stage when the process cycle according to the second embodiment is carried out using five ion-exchange columns.

При осуществлении способа по первому варианту проводятся операции, в которых происходят, например, следующие ионообменные реакции:When implementing the method according to the first embodiment, operations are carried out in which, for example, the following ion-exchange reactions occur:

- перевод исходной Na-формы катионита (R) в K-форму с использованием первого исходного вещества - раствора хлорида калия и с получением раствора хлорида натрия:- the translation of the original Na-form of cation exchanger (R) in the K-form using the first source substance - a solution of potassium chloride and to obtain a solution of sodium chloride:

Figure 00000001
Figure 00000001

- перевод K-формы катионита в Н-форму с использованием в качестве второго исходного вещества бесхлорной кислородсодержащей кислоты, в данном частном случае - очищенной экстракционной фосфорной кислоты, с получением раствора целевого продукта - монокалийфосфата:- the conversion of the K-form of cation exchange resin to the H-form using chlorine-free oxygen-containing acid as the second starting material, in this particular case, purified extraction phosphoric acid, to obtain a solution of the target product monopotassium phosphate:

Figure 00000002
Figure 00000002

- перевод Н-формы катионита обратно в Na-форму при обработке его раствором кальцинированной соды, являющимся дополнительным исходным веществом, с получением воды и углекислого газа:- the conversion of the H-form of cation exchanger back to the Na-form when it is treated with a solution of soda ash, which is an additional starting material, to obtain water and carbon dioxide:

Figure 00000003
Figure 00000003

или с получением воды - при обработке раствором натриевой щелочи в качестве дополнительного исходного вещества:or with obtaining water - when treated with a solution of sodium alkali as an additional starting substance:

Figure 00000004
Figure 00000004

В качестве катионита может быть использован, например, гелевый карбоксильный катионит типа КБ-4П-2 или макропористый карбоксильный катионит типа Lewatit CNP-80. Использование именно слабокислотного катионита обусловлено тем, что для эффективного осуществления операций (3) или (3') катионит должен иметь наибольшую селективность к катионам водорода по сравнению с другими катионами исходных веществ, используемых в способе.As the cation exchanger, for example, gel carboxyl cation exchanger type KB-4P-2 or macroporous carboxy cation exchanger type Lewatit CNP-80 can be used. The use of weakly acidic cation exchange resin is due to the fact that for the effective implementation of operations (3) or (3 '), the cation exchange resin must have the highest selectivity to hydrogen cations in comparison with other cations of the starting materials used in the method.

Как уже говорилось, способ по первому варианту принципиально можно реализовать в одной ионообменной колонне, осуществляя в ней последовательно стадии, представляющие собой операции с проведением указанных реакций. Однако для повышения производительности процесса и обеспечения непрерывности получения целевого продукта целесообразно использовать несколько колонн, причем не при простом увеличении их количества с параллельным проведением во всех колоннах одинаковых процессов, а при такой организации циклического процесса, когда в разных колоннах одновременно осуществляются разные его операции. При трех стадиях, которым соответствуют реакции (1), (2) и (3) или (3'), для такой организации процесса достаточно трех колонн.As already mentioned, the method according to the first embodiment can fundamentally be implemented in one ion-exchange column, carrying out in it successively the stages, which are operations involving the indicated reactions. However, in order to increase the productivity of the process and ensure the continuity of obtaining the target product, it is advisable to use several columns, and not with a simple increase in their number with parallel carrying out of the same processes in all columns, but with such an organization of the cyclic process when different operations are carried out simultaneously in different columns. At three stages, which correspond to reactions (1), (2) and (3) or (3 '), three columns are sufficient for such an organization of the process.

Изменение ионных форм катионита в ионообменных колоннах, подаваемых в них и выводимых из них растворов от стадии к стадии при осуществлении цикла способа по первому варианту в трех ионообменных колоннах иллюстрируется фиг. 1, а схема установки, в которой может быть осуществлен данный способ - фиг. 2а. Упомянутые ионообменные колонны на схеме фиг. 2а и на фиг. 1 имеют обозначения 1, 2, 3. Осуществление фильтрации или центрифугирования суспензии, содержащей целевой продукт, и сбор во вспомогательной емкости получаемого фильтрата или результата центрифугирования, используемого при последующей обработке катионита вместо раствора экстракционной фосфорной кислоты, обозначены соответственно буквами Ф и Е и показаны штриховыми линиями.The change in the ionic forms of cation exchange resin in the ion-exchange columns supplied to them and solutions removed from them from stage to stage during the cycle of the method according to the first embodiment in three ion-exchange columns is illustrated in FIG. 1, and the installation diagram in which this method can be implemented is FIG. 2a. Said ion exchange columns in the diagram of FIG. 2a and FIG. 1 have the designations 1, 2, 3. Filtration or centrifugation of the suspension containing the target product, and collection in an auxiliary container of the obtained filtrate or centrifugation result used in the subsequent processing of cation exchange resin instead of extraction phosphoric acid solution, are indicated by the letters F and E, respectively, and are indicated by dashed lines lines.

Перед началом каждой стадии цикла ионные формы катионита в разных колоннах должны быть разными, например, в колонне 1 катионит должен быть в Na-форме; в колонне 2 - в K-форме, а в колоне 3 - в Н-форме. Тогда в этих колоннах одновременно можно проводить операции с реакциями (1), (2), (3) соответственно. На следующей стадии в тех же колоннах одновременно можно проводить операции с реакциями (2), (3), (1) соответственно; на следующей за ней стадии - операции с реакциями (3), (1), (2), соответственно; затем - снова операции с сочетанием реакций (1), (2), (3), и т.д.Before the beginning of each stage of the cycle, the ionic forms of cation exchanger in different columns must be different, for example, in column 1 cation exchanger must be in Na-form; in column 2, in K-form, and in column 3, in H-form. Then, in these columns, it is simultaneously possible to carry out operations with reactions (1), (2), (3), respectively. In the next stage, operations with reactions (2), (3), (1), respectively, can be carried out simultaneously in the same columns; at the next stage — operations with reactions (3), (1), (2), respectively; then - again operations with a combination of reactions (1), (2), (3), etc.

На фиг. 2а, иллюстрирующей аппаратное воплощение предлагаемого способа по первому варианту, позволяющее обеспечить организацию процесса по фиг. 1, наряду с упомянутыми выше обозначениями 1, 2, 3 ионообменных колонн, использованы следующие обозначения:In FIG. 2a, illustrating the hardware embodiment of the proposed method according to the first embodiment, allowing to organize the process of FIG. 1, along with the above-mentioned designations 1, 2, 3 of ion-exchange columns, the following designations are used:

5 - емкость для первого исходного вещества - раствора хлорида калия;5 - capacity for the first starting substance - a solution of potassium chloride;

6 - емкость для сбора продукта реакции (1) - раствора хлорида натрия;6 - capacity for collecting the product of reaction (1) - sodium chloride solution;

7 - емкость для второго исходного вещества - кислородсодержащей кислоты;7 - capacity for the second starting substance - oxygen-containing acid;

8 - емкость для сбора целевого продукта;8 - capacity for collecting the target product;

9 - емкость для дополнительного исходного продукта - раствора соды.9 - capacity for an additional initial product - a soda solution.

10 - емкость для воды;10 - a container for water;

Ф - фильтр или центрифуга непрерывного действия;Ф - filter or continuous centrifuge;

Е - вспомогательная емкость для сбора получаемого фильтрата или результата центрифугирования;E - auxiliary capacity for collecting the obtained filtrate or the result of centrifugation;

Н - насос.H is the pump.

Показанное на схеме фиг. 2а состояние клапанов соответствует первой стадии рабочего цикла (первая строка на фиг. 1), на которой:Shown in the diagram of FIG. 2a, the state of the valves corresponds to the first stage of the duty cycle (first line in FIG. 1), in which:

- ионообменная колонна 1 находится в режиме пропускания первого исходного вещества - раствора хлорида калия и перевода катионита в K-форму с получением раствора хлорида натрия;- the ion exchange column 1 is in the transmission mode of the first starting material - a solution of potassium chloride and the conversion of cation exchange resin in the K-form to obtain a solution of sodium chloride;

- колонна 2 - в режиме пропускания кислоты, являющейся вторым исходным веществом, и перевода катионита в Н-форму с получением раствора целевого продукта;- column 2 - in the transmission mode of the acid, which is the second starting material, and the conversion of cation exchange resin to the H-form to obtain a solution of the target product;

- колонна 3 - в режиме пропускания раствора кальцинированной соды и перевода катионита в Na-форму с получением воды и углекислого газа.- column 3 - in the mode of transmission of a solution of soda ash and the conversion of cation exchanger into Na-form with the receipt of water and carbon dioxide.

Катионит в колоннах после описанной стадии обработки переходит соответственно в указанные ионные формы. На следующей стадии, как показано на фиг. 1, в колонны подают соответственно растворы экстракционной фосфорной кислоты (из емкости 7), соды (из емкости 9) и хлорида калия (из емкости 5), при этом от стадии к стадии меняют раствор, подаваемый в каждую из колонн, так, что в одну и ту же колонну подают один и тот же раствор периодически через каждые три стадии, образующие цикл.The cation exchanger in the columns after the described processing step goes into the indicated ionic forms, respectively. In the next step, as shown in FIG. 1, solutions of extraction phosphoric acid (from tank 7), soda (from tank 9) and potassium chloride (from tank 5) are respectively supplied to the columns, and the solution supplied to each of the columns is changed from stage to stage, so that the same column serves the same solution periodically every three stages, forming a cycle.

При пропускании раствора кислородсодержащей кислоты через колонну с калиевой формой катионита на выходе из колонны получают суспензию, содержащую целевой продукт - калийное бесхлорное удобрение. Данную операцию проводят, используя рассчитанный объем указанной кислоты, который при взаимодействии с известным количеством катионита в K-форме, находящимся в колонне, позволяет получить монокалийфосфат в соответствии с реакцией (2). Суспензию, подвергнутую фильтрации или центрифугированию в соответствующем средстве Ф, собирают во вспомогательной емкости Е и далее подают содержимое этой емкости на вход колонны вместо раствора экстракционной фосфорной кислоты, продолжая обработку катионита в циркуляционном режиме по контуру: колонна - фильтр или центрифуга непрерывного действия (Ф) - вспомогательная емкость Е - насос Н - колонна. Подключение показанных на схеме фиг. 2а и описываемых в дальнейшем схемах последовательно соединенных фильтра или центрифуги непрерывного действия (Ф), вспомогательной емкости Е и насоса H к той или иной колонне, в зависимости от стадии способа, осуществляют путем соответствующей коммутации клапанов. Как раствор кислородсодержащей кислоты, так и подвергнутую фильтрации или центрифугированию суспензию из емкости Е, пропускают через колонну со скоростью, обеспечивающей псевдоожижение находящегося в ней слоя катионита. После того, как такая обработка и следующие за ней фильтрация или центрифугирование получаемой суспензии проведены несколько раз, очищенную суспензию, представляющую собой готовый целевой продукт, из вспомогательной емкости Е направляют в емкость 8 для сбора такого продукта. При этом катионит в колонне оказывается в Н-форме в соответствии с реакцией (2).When passing a solution of oxygen-containing acid through a column with a potassium form of cation exchanger, a suspension containing the target product — potassium chloride-free fertilizer — is obtained at the outlet of the column. This operation is carried out using the calculated volume of the indicated acid, which, when reacted with a known amount of cation exchanger in the K-form in the column, allows to obtain monopotassium phosphate in accordance with reaction (2). The suspension subjected to filtration or centrifugation in an appropriate medium F is collected in auxiliary vessel E and then the contents of this vessel are fed to the column inlet instead of the extraction phosphoric acid solution, continuing to process the cation exchange resin in a circulating mode along the circuit: column — continuous filter or centrifuge (Ф) - auxiliary capacity E - pump N - column. The connection shown in the diagram of FIG. 2a and described in the following diagrams of a series-connected continuous filter or centrifuge (Ф), auxiliary tank E and pump H to a certain column, depending on the stage of the method, are carried out by appropriate switching of valves. Both the oxygen-containing acid solution and the suspension that has been filtered or centrifuged from the vessel E are passed through the column at a speed that ensures fluidization of the cation exchanger layer located in it. After such processing and the subsequent filtration or centrifugation of the resulting suspension are carried out several times, the purified suspension, which is the finished target product, from auxiliary vessel E is sent to vessel 8 to collect such a product. In this case, cation exchanger in the column is in the H-form in accordance with reaction (2).

При пропускании раствора соды через колонну с водородной формой катионита на выходе получают воду, которую направляют в емкость 10 (фиг. 2а), а при пропускании раствора хлорида калия через колонну с натриевой формой катионита на выходе получают раствор хлорида натрия, направляемый в емкость 6.When passing a soda solution through a column with a hydrogen form of cation exchanger, water is obtained at the outlet, which is sent to a container 10 (Fig. 2a), and when passing a solution of potassium chloride through a column with a sodium form of cation exchanger, a solution of sodium chloride is sent to the outlet to tank 6.

При показанных на фиг. 2а линиях подачи растворов исходных веществ обеспечиваются пропускание их через колонны в направлении снизу вверх, которое является предпочтительным. Направления подачи растворов, показанные на фиг. 1 стрелками, совпадают с предпочтительными.When shown in FIG. 2a, the feed lines for the solutions of the starting materials ensure that they are passed through the columns in a bottom-up direction, which is preferred. The flow directions of the solutions shown in FIG. 1 arrows match preferred.

Колонны после проведения в них каждой операции ионного обмена целесообразно промывать водой, потому что после окончания каждой стадии цикла в каждой колонне, катионит которой перешел в другую ионную форму, находится раствор электролита, с помощью которого он был переведен в эту ионную форму. Например, в колонне, которая переведена в K-форму, между зернами катионита (в порозном пространстве), а также выше и(или) ниже слоя катионита будет находиться раствор хлорида калия.It is advisable to rinse the columns after each ion exchange operation in them, because after the end of each stage of the cycle, in each column, the cation exchange resin of which has changed to another ionic form, there is an electrolyte solution with which it was converted to this ionic form. For example, in a column that is converted to K-form, between the grains of cation exchanger (in the porous space), and also above and (or) below the cation exchanger layer there will be a solution of potassium chloride.

На фиг. 2б приведена схема установки в которой предлагаемый способ по первому варианту может быть осуществлен с промывкой ионообменных колонн. Установка на этой схеме показана в состоянии, соответствующем пропусканию через колонны воды. Все обозначения на схеме фиг. 2б совпадают с использованными на фиг. 2а. Однако показанная на фиг. 2б емкость 10 для воды используется не только для сбора воды, в отличие от установки по схеме фиг. 2а, но и как источник воды, используемой при промывке, т.е. является емкостью для оборотной воды.In FIG. 2b shows a setup diagram in which the proposed method according to the first embodiment can be carried out with washing of ion-exchange columns. The installation in this diagram is shown in a state corresponding to passing water through columns. All designations in the diagram of FIG. 2b coincide with those used in FIG. 2a. However, shown in FIG. 2b, the water tank 10 is used not only for collecting water, in contrast to the installation according to the scheme of FIG. 2a, but also as a source of water used in washing, i.e. is a tank for recycled water.

В ходе промывки водой можно вытеснить из колонны находящийся в ней электролит и вернуть его обратно в соответствующую емкость, где этот раствор хранится и откуда он подается в технологический процесс. Так, например, после завершения первой и перед началом второй стадии цикла (см. фиг. 1) раствор хлорида калия из колонны 1 можно возвратить в емкость 5, раствор фосфорной кислоты из колонны 2 - в емкость 7, раствор соды из колонны 3 - в емкость 9.During washing with water, it is possible to displace the electrolyte in the column from the column and return it back to the appropriate container where this solution is stored and from where it is supplied to the process. So, for example, after the first stage is completed and before the second stage of the cycle begins (see Fig. 1), the potassium chloride solution from column 1 can be returned to tank 5, phosphoric acid solution from column 2 to tank 7, and the soda solution from column 3 to capacity 9.

Поскольку в начале очередной стадии цикла в каждой колонне перед соответствующей операцией находится вода, из колонны нужно вытеснить воду, что делается пропусканием раствора, являющегося для каждой колонны исходным веществом, которое должно подаваться в нее в операции на очередной стадии для обработки находящегося в колонне катионита.Since at the beginning of the next stage of the cycle there is water in each column before the corresponding operation, water needs to be forced out of the column, which is done by passing a solution, which is the starting material for each column, which must be fed into it at the next stage in order to process the cation exchanger in the column.

После вытеснения воды, направляемой в емкость 10 для оборотной воды, из колонн начинают выходить те или иные жидкости:After displacing the water sent to the tank 10 for circulating water, certain liquids begin to come out of the columns:

- из колонны с катионитом, в Na-форме в ходе операции, включающей реакцию (1), - раствор хлорида натрия;- from a column with cation exchange resin, in Na-form during an operation involving reaction (1), - a solution of sodium chloride;

- из колонны с катионитом в K-форме в ходе операции, включающей реакцию (2), - суспензия, содержащая монокалийфосфат;- from a column with cation exchange resin in K-form during an operation involving reaction (2), a suspension containing monopotassium phosphate;

- из колонны с катионитом в Н-форме в ходе операции, включающей реакцию (3), - вода.- from a column with cation exchange resin in H-form during an operation including reaction (3), water.

Как уже пояснялось при раскрытии сущности изобретения, при проведении операций с реакциями ионного обмена имеют место процессы взаимной диффузии в слое катионита и перемешивания в растворе. Эти процессы, вызывающие образование смешанных растворов электролитов и смешанных ионных форм катионита, приводят к тому, что так называемые фронты ионного обмена не перпендикулярны продольной оси ионообменных колонн, а растянуты вдоль колонн, как это показано штриховыми линиями 36 в нижней части фиг. 3. Сплошной линией 35 на этой фигуре показана идеализированная форма фронтов, при которой один раствор "выталкивает" другой, как поршень. В этом случае сорбционный слой 32 катионита в колонне 31 (верхний рисунок на фиг. 3) разделен на части практически горизонтальным концентрационным фронтом 33, отделяющим ионы калия от ионов натрия, т.е. раствор хлорида калия вытесняет раствор хлорида натрия "поршневым" образом практически без перемешивания. (Следует отметить условный характер фиг. 3 в том отношении, что раствор хлорида калия подается в колонну сверху вниз, хотя более целесообразной является подача снизу вверх, как это показано на фиг. 1 и других фигурах, иллюстрирующих осуществление обоих вариантов предлагаемого способа).As already explained in the disclosure of the invention, when carrying out operations with ion exchange reactions, there are processes of mutual diffusion in a layer of cation exchange resin and mixing in solution. These processes, which cause the formation of mixed solutions of electrolytes and mixed ionic forms of cation exchange resin, lead to the fact that the so-called ion exchange fronts are not perpendicular to the longitudinal axis of the ion exchange columns, but are stretched along the columns, as shown by dashed lines 36 in the lower part of FIG. 3. The solid line 35 in this figure shows the idealized shape of the fronts, in which one solution “pushes” the other, like a piston. In this case, the sorption layer 32 of cation exchanger in the column 31 (upper figure in Fig. 3) is divided into parts by an almost horizontal concentration front 33, which separates potassium ions from sodium ions, i.e. the potassium chloride solution displaces the sodium chloride solution in a "piston" manner with virtually no stirring. (It should be noted the conditional nature of Fig. 3 in that the potassium chloride solution is supplied from the top to the bottom of the column, although it is more appropriate to supply from the bottom to the top, as shown in Fig. 1 and other figures illustrating the implementation of both variants of the proposed method).

При реальном протекании процесса, когда фронт имеет вид 34 (верхний рисунок на фиг. 3), в момент появления на выходе колонны ионов входного раствора (что при идеальном протекании процесса свидетельствовало бы о завершении стадии цикла) часть катионита продолжает оставаться в исходной форме. Это может привести на следующей стадии цикла, когда в колонну будет подаваться другое исходное вещество, к загрязнению продукта, который должен быть получен на этой стадии.In the actual course of the process, when the front has the form 34 (the upper figure in Fig. 3), at the moment of the appearance of ions of the input solution at the output of the column (which, if the process was perfect, would indicate the completion of the cycle stage), part of the cation exchanger remains in its original form. This can lead to the next stage of the cycle, when another starting material is introduced into the column, to contaminate the product that should be obtained at this stage.

Для предотвращения такой ситуации в способе по первому варианту предлагается, по меньшей мере, операцию перевода Na-формы катионита в K-форму осуществлять на каждой стадии в виде двух одновременно протекающих процессов с использованием двух последовательно соединенных колонн, т.е. при общем количестве колонн в установке, равном четырем. Фиг. 4 и фиг. 5а, 5б иллюстрируют такую реализацию способа: на фиг. 4 показано изменение ионных форм катионита в ионообменных колоннах, подаваемых в них и выводимых из них растворов от стадии к стадии на протяжении одного цикла, а на фиг. 5а и фиг. 5б представлена схема установки для осуществления способа по первому варианту с использованием четырех ионообменных колонн в двух частных случаях. Ионообменные колонны на фиг. 4, 5а, 5б имеют обозначения 1, 2, 3, 4. Обозначения содержащихся в установках емкостей 5, 6, 7, 8, 9, 10 совпадают с использованными на фиг. 2а, 2б. Как и на предыдущих фигурах, иллюстрирующих изменение ионных форм катионита, осуществление фильтрации или центрифугирования суспензии, содержащей целевой продукт, и сбор во вспомогательной емкости получаемого фильтрата или результата центрифугирования, используемого при последующей обработке катионита, обозначены соответственно буквами Ф и Е и показаны штриховыми линиями.To prevent such a situation, the method according to the first embodiment proposes at least the conversion of the Na-form of the cation exchanger to the K-form at each stage in the form of two simultaneously proceeding processes using two columns connected in series, i.e. with a total number of columns in the installation equal to four. FIG. 4 and FIG. 5a, 5b illustrate such an implementation of the method: in FIG. 4 shows the change in the ionic forms of cation exchange resin in the ion-exchange columns supplied to and removed from them solutions from stage to stage over a single cycle, and in FIG. 5a and FIG. 5b is a diagram of an apparatus for implementing the method of the first embodiment using four ion-exchange columns in two particular cases. The ion exchange columns of FIG. 4, 5a, 5b have the designations 1, 2, 3, 4. The designations of the containers 5, 6, 7, 8, 9, 10 contained in the installations coincide with those used in FIG. 2a, 2b. As in the previous figures, illustrating the change in the ionic forms of cation exchange resin, filtering or centrifuging the suspension containing the target product, and collecting in the auxiliary container the resulting filtrate or the centrifugation result used in the subsequent processing of the cation exchange resin, are indicated by the letters F and E, respectively, and are indicated by dashed lines.

На первой стадии (см. фиг. 4) указанными двумя колоннами, в которых осуществление операции, включающей реакцию (1), происходит в виде двух одновременно протекающих процессов, являются колонны 1 и 2. В колонне 1 (первой по ходу потока раствора) слой катионита находится в смешанной Na,K-форме, а в следующей за ней колонне 2 - в чистой Na-форме. При последовательном пропускании раствора первого исходного вещества - хлорида калия через такую пару колонн катионит в колонне 1 должен полностью перейти в K-форму не позже, чем в момент "проскока" ионов калия через слой катионита в колонне 2 (момент появления аналитически обнаруживаемой концентрации хлорида калия на выходе из второй колонны).In the first stage (see Fig. 4), the indicated two columns, in which the operation including reaction (1) takes place in the form of two simultaneously proceeding processes, are columns 1 and 2. In column 1 (the first along the solution flow) the layer the cation exchanger is in mixed Na, K-form, and in column 2 following it, in pure Na-form. When the solution of the first starting material — potassium chloride — is sequentially passed through such a pair of columns, the cation exchanger in column 1 must completely transfer to the K-form no later than at the moment of the “leakage” of potassium ions through the cation exchanger layer in column 2 (the moment of the appearance of analytically detectable concentration of potassium chloride at the exit of the second column).

В первом процессе операции (1), протекающем в колонне 1, обрабатывают первым исходным веществом (KCl) катионит, имеющий смешанную Na,K-форму. Получаемый при этом раствор подают в колонну 2. В колоне 2 протекает второй процесс данной операции - обработка указанным раствором находящегося в данной колонне катионита в чистой Na-форме. В результате в колонне 1 получают предназначенный для использования на следующей стадии цикла катионит в K-форме, а в колонне 2 - катионит, имеющий смешанную Na,K-форму, тоже предназначенный для использования на следующей стадии способа, и продукт рассматриваемой операции - хлорид натрия.In the first process of operation (1), proceeding in column 1, cation exchange resin having a mixed Na, K form is treated with the first starting material (KCl). The resulting solution is fed into column 2. In column 2, the second process of this operation proceeds - treatment with said solution of cation exchanger in this column in pure Na-form. As a result, in column 1, cation exchange resin is prepared for use in the next stage of the cycle in K-form, and in column 2, cation exchange resin having mixed Na, K-form is also intended for use in the next stage of the process, and the product of the operation in question is sodium chloride .

На следующей стадии такая же операция будет проводиться уже в другой паре колонн, а именно в колоннах 2 и 4 (см. строку 2 в таблице на фиг. 4), которая имеет такое же сочетание форм катионита, как и колонны 1 и 2 на предыдущей стадии.In the next stage, the same operation will be carried out in another pair of columns, namely in columns 2 and 4 (see line 2 in the table in Fig. 4), which has the same combination of cation exchange forms as columns 1 and 2 in the previous stage.

На фиг. 5а, иллюстрирующей аппаратное воплощение способа, стадии цикла которого показаны на фиг. 4, дополнительно к колоннам 1, 2 и 3, показанным на фиг. 2а, 2б, введена колонна 4. Остальные обозначения на этой фигуре совпадают с использованными на фиг. 2а, 2б. С помощью переключения соответствующих клапанов обеспечиваются четыре чередующиеся стадии рабочего цикла. На каждой из них операция, включающая проведение реакции (1), выполняется в двух последовательно соединенных колоннах из числа указанных четырех. На стадии, соответствующей показанным на фиг. 5а открытым клапанам, эта операция осуществляется в колоннах 1 и 2, операция, включающая проведение реакции (2) с переводом катионита в Н-форму и получением целевого продукта - в колонне 3, а операция, включающая проведение реакции (3) с нейтрализацией Н-формы катионита раствором соды - в колонне 4.In FIG. 5a illustrating a hardware embodiment of a method whose cycle steps are shown in FIG. 4, in addition to columns 1, 2 and 3 shown in FIG. 2a, 2b, column 4 is introduced. The remaining symbols in this figure coincide with those used in FIG. 2a, 2b. By switching the corresponding valves, four alternating stages of the duty cycle are provided. At each of them, the operation, including the reaction (1), is performed in two series-connected columns from among the four. At the stage corresponding to those shown in FIG. 5a to open valves, this operation is carried out in columns 1 and 2, the operation including the reaction (2) with the conversion of cation exchanger to the H-form and the desired product in the column 3, and the operation including the reaction (3) with the neutralization of H- forms of cation exchanger with soda solution in column 4.

Нетрудно заметить, что для осуществления способа в целом при наличии в нем в операции, проводимой в виде двух одновременно протекающих процессов, недостаточно не только одной колонны, но даже и двух колонн, потому что состав пары колонн, в которых реализуется операция способа, проводимая в виде двух одновременно протекающих процессов, на разных стадиях различен: на первой стадии это колонны 1 и 2, на второй стадии - колонны 2 и 4, на третьей - 4 и 3, на четвертой - 3 и 1.It is easy to notice that for the implementation of the method as a whole, if it contains an operation carried out in the form of two simultaneously proceeding processes, not only one column, but even two columns is not enough, because the composition of the pair of columns in which the method operation is carried out is carried out in it is different in different stages: at the first stage these are columns 1 and 2, at the second stage - columns 2 and 4, at the third - 4 and 3, at the fourth - 3 and 1.

Установка, схема которой приведена на фиг. 5б, по сравнению с установкой по фиг. 5а дополнена линиями и коммутирующими элементами, позволяющими осуществлять промывку колонн водой по окончании каждой стадии цикла с последующим вытеснением ее подаваемым в колонну раствором, предназначенным для обработки находящегося в колонне катионита на очередной стадии. Особенностью проведения промывки в данном случае является то, что колонну, в которой катионит находится в смешанной Na,K-форме, не промывают. При этом на очередной стадии выходящим из данной колонны раствором вытесняют воду из соединенной с ней последовательно колонны, содержащей катионит в чистой Na-форме.The installation, the circuit of which is shown in FIG. 5b, compared with the installation of FIG. 5a is supplemented with lines and switching elements that allow washing the columns with water at the end of each stage of the cycle, followed by its displacement with a solution supplied to the column for processing the cation exchanger in the column at the next stage. A feature of washing in this case is that the column in which the cation exchange resin is in mixed Na, K-form is not washed. At the same time, at the next stage, the solution leaving this column displaces water from the column connected in series with it, containing cation exchange resin in pure Na form.

Из остальных колонн вода в начале очередной стадии вытесняется исходным веществом, специфичным для проводимой в колонне операции. Например, перед началом второй стадии (см. фиг. 4) не промывают колонну 2, а в начале второй стадии раствором, поступающим из этой колонны в колонну 4, вытесняют из последней воду, оставшуюся в ней после промывки, в ходе которой из колонны был вытеснен раствор соды.At the beginning of the next stage, water is displaced from the remaining columns by the starting material specific for the operation carried out in the column. For example, before the start of the second stage (see Fig. 4), column 2 is not washed, and at the beginning of the second stage, the water remaining in it after washing, during which the extruded soda solution.

Состояние клапанов на фиг. 5б соответствует процедуре вытеснения воды из подвергавшихся промывке колонн после окончания четвертой и перед началом первой стадии, когда не промывалась колонна 1. При этом вытеснение воды из остальных колонн осуществляют: из колонны 2 - раствором, выходящим из колонны 1, в которую подают хлорид калия из емкости 5; из колонны 3 - раствором фосфорной кислоты, подаваемым из емкости 7; из колонны 4 - раствором соды, подаваемым из емкости 9. Вытесняемая вода поступает в емкость 10 для оборотной воды.The state of the valves in FIG. 5b corresponds to the process of displacing water from columns that were washed after the end of the fourth and before the first stage, when column 1 was not washed. In this case, water is displaced from the remaining columns: from column 2 - with a solution leaving column 1 into which potassium chloride is fed from capacity 5; from column 3 — a solution of phosphoric acid supplied from tank 7; from column 4 — a soda solution supplied from tank 9. The displaced water enters the tank 10 for recycled water.

После завершения описанных процедур промывки и вытеснения воды (см., например, строку фиг. 4, соответствующую второй стадии) из колонны 1 начинает выходить суспензия, содержащая целевой продукт - KH2PO, являющийся результатом взаимодействия с подаваемым раствором Н3РО4 находящегося в этой колонне катионита в чистой K-форме, слой которого находится в состоянии псевдоожижения. Далее происходят описанные выше процессы фильтрации или центрифугирования этой суспензии и сбора подвергнутой фильтрации или центрифугированию суспензии во вспомогательной емкости Е с последующей заменой ею кислоты на входе колонны и продолжением обработки поддерживаемого в состоянии псевдоожижения слоя катионита в циркуляционном режиме, заканчивающейся передачей готового целевого продукта в предназначенную для него емкость 8.After completing the described procedures for washing and displacing water (see, for example, the line of Fig. 4, corresponding to the second stage), a suspension containing the target product — KH 2 PO, resulting from the interaction with the feed solution of H 3 PO 4 located in this column of cation exchanger in pure K-form, the layer of which is in a state of fluidization. Next, the above-described processes of filtering or centrifuging this suspension and collecting the filtered or centrifuged suspension in auxiliary vessel E followed by acid replacement at the inlet of the column and continuing processing of the cation exchange resin supported in a fluidized state in a circulating mode, ending with transferring the finished target product to the one intended for its capacity is 8.

Из колонны 3 начинает выходить вода, которую подают в емкость 10, а из колонны 4 - хлорид натрия, поступающий в емкость 6.Water starts to come out of column 3, which is supplied to vessel 10, and from column 4, sodium chloride enters into vessel 6.

Все сказанное выше относится к осуществлению способа по первому варианту с использованием любой иной кислородсодержащей кислоты в качестве второго исходного вещества.All of the above relates to the implementation of the method according to the first embodiment, using any other oxygen-containing acid as the second starting material.

Так, при использовании серной кислоты вместо операции (2) в приведенной выше совокупности реакций проводят реакцию (4):So, when using sulfuric acid instead of operation (2) in the above set of reactions, reaction (4) is carried out:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

и получают в качестве целевого продукта сульфат калия.and get as the target product potassium sulfate.

При использовании азотной кислоты вместо реакции (2) в приведенной выше совокупности реакций проводят реакцию (5):When using nitric acid instead of reaction (2) in the above set of reactions, reaction (5) is carried out:

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

и получают калиевую селитру.and get potassium nitrate.

При использовании в качестве второго исходного вещества экстракционной фосфорной кислоты последнюю целесообразно предварительно подвергать очистке сорбционным методом удерживания кислоты, например НьюКем-методом [13, 14], либо экстракционным способом с использованием органических реагентов [11].When using extraction phosphoric acid as the second starting material, it is advisable to preliminarily purify the latter by the sorption method of acid retention, for example, by the NewKem method [13, 14], or by the extraction method using organic reagents [11].

При осуществлении предлагаемого способа по второму варианту проводятся операции, в которых происходят, например, следующие ионообменные реакции:When implementing the proposed method according to the second embodiment, operations are carried out in which, for example, the following ion-exchange reactions occur:

- такой же, как в способе по первому варианту, перевод исходной Na-формы катионита в K-форму с использованием первого исходного вещества - раствора хлорида калия и с получением раствора хлорида натрия:- the same as in the method according to the first embodiment, the conversion of the initial Na-form of cation exchanger to the K-form using the first starting material - a solution of potassium chloride and to obtain a solution of sodium chloride:

Figure 00000011
Figure 00000011

- обработка полученной K-формы катионита для преобразования в NH4-форму с использованием в качестве второго исходного вещества раствора некалиевой соли бесхлорной кислородсодержащей кислоты, в данном частном случае - нитрата аммония (аммиачной селитры), с получением целевого продукта - калиевой селитры:- processing the obtained K-form of cation exchange resin for conversion to the NH 4 form using a solution of non-potassium salt of chlorine-free oxygen-containing acid as the second starting material, in this particular case, ammonium nitrate (ammonium nitrate), to obtain the target product - potassium nitrate:

Figure 00000012
Figure 00000012

- перевод полученной NH4-формы катионита в Н-форму с использованием в качестве третьего исходного вещества раствора бесхлорной кислородсодержащей кислоты, отличной от той, раствор соли которой является вторым исходным веществом, в данном частном случае - экстракционной фосфорной кислоты, с получением дополнительного продукта - моноаммонийфосфата (МАФ):- the conversion of the obtained NH 4 form of cation exchange resin to the H-form using a solution of chlorine-free oxygen-containing acid as the third starting material, different from the one whose salt solution is the second starting material, in this particular case, extraction phosphoric acid, to obtain an additional product - monoammonium phosphate (MAF):

Figure 00000013
Figure 00000013

- аналогичный осуществляемому в способе по первому варианту перевод Н-формы катионита обратно в Na-форму при обработке его раствором кальцинированной соды, являющимся дополнительным исходным веществом, с получением воды и углекислого газа:- similar to that carried out in the method according to the first embodiment, the conversion of the H-form of cation exchanger back to the Na-form when it is treated with a solution of soda ash, which is an additional starting material, to produce water and carbon dioxide:

Figure 00000014
Figure 00000014

или с получением воды - при обработке раствором натриевой щелочи в качестве дополнительного исходного вещества:or with obtaining water - when treated with a solution of sodium alkali as an additional starting substance:

Figure 00000015
Figure 00000015

В результате совокупности операций, включающих проведение реакций (1), (6), (7) и (3) или (3'), из относительно дешевых и доступных исходных веществ: хлористого калия, нитрата аммония и фосфорной кислоты получают ценное бесхлорное калийное минеральное удобрение - калийную селитру, а также дополнительный, тоже ценный продукт - моноаммонийфосфат. При сложении этих продуктов получается нитроаммофоска - одно из самых ценных сложных минеральных удобрений.As a result of a set of operations, including carrying out reactions (1), (6), (7) and (3) or (3 '), from a relatively cheap and affordable starting materials: potassium chloride, ammonium nitrate and phosphoric acid, valuable chlorine-free potassium mineral is obtained fertilizer - potassium nitrate, as well as an additional, also valuable product - monoammonium phosphate. When these products are added together, nitroammophosk is obtained - one of the most valuable complex mineral fertilizers.

Как и в способе по первому варианту, в качестве катионита могут быть использованы, например, гелевый карбоксильный катионит типа КБ-4П-2 или макропористый карбоксильный катионит типа Lewatit CNP-80. Использование слабокислотного катионита, каким является каждый из указанных, обусловлено тем, что для эффективного осуществления операций (3) или (3') катионит должен иметь наибольшую селективность к ионам водорода по сравнению с другими катионами исходных веществ, используемых в способе.As in the method according to the first embodiment, for example, gel carboxyl cation exchanger type KB-4P-2 or macroporous carboxy cation exchanger type Lewatit CNP-80 can be used as cation exchanger. The use of weakly acidic cation exchanger, which is each of these, is due to the fact that for the effective implementation of operations (3) or (3 '), the cation exchanger must have the highest selectivity to hydrogen ions compared to other cations of the starting materials used in the method.

Предлагаемый способ по второму варианту принципиально можно реализовать в одной ионообменной колонне, осуществляя в ней последовательно стадии, представляющие операции с проведением указанных четырех реакций. Однако для повышения производительности процесса и обеспечения непрерывности получения целевого продукта целесообразно использовать несколько колонн при такой организации циклического процесса, когда в разных колоннах одновременно осуществляются разные его операции. При четырех стадиях, которым соответствуют приведенные выше реакции, для такой организации процесса достаточно четырех колонн.The proposed method according to the second embodiment, in principle, can be implemented in a single ion-exchange column, carrying out successive stages in it, representing operations with these four reactions. However, to increase the productivity of the process and ensure the continuity of obtaining the target product, it is advisable to use several columns in such an organization of the cyclic process, when different operations are carried out simultaneously in different columns. In the four stages to which the above reactions correspond, four columns are sufficient for such a process organization.

Изменение ионных форм катионита в ионообменных колоннах, подаваемых в них и выводимых из них растворов от стадии к стадии при осуществлении цикла способа по второму варианту в четырех ионообменных колоннах иллюстрируется фиг. 6, а схема установки, в которой может быть осуществлен данный способ - фиг. 7. Упомянутые четыре ионообменные колонны на схеме фиг. 7 и на фиг. 6 имеют обозначения 21, 22, 23, 24. Как и на предыдущих фигурах, иллюстрирующих изменение ионных форм катионита в способе по первому варианту, осуществление в способе по второму варианту фильтрации или центрифугирования суспензии, содержащей дополнительный целевой продукт, и сбор во вспомогательной емкости получаемого фильтрата или результата центрифугирования, используемого при последующей обработке катионита, обозначены соответственно буквами Ф и Е и показаны штриховыми линиями.The change in the ionic forms of cation exchange resin in the ion-exchange columns supplied to and removed from them from stage to stage during the cycle of the method according to the second embodiment in four ion-exchange columns is illustrated in FIG. 6, and the installation diagram in which this method can be implemented is FIG. 7. The four ion exchange columns mentioned in the diagram of FIG. 7 and in FIG. 6 are designated 21, 22, 23, 24. As in the previous figures, illustrating the change in the ionic forms of cation exchange resin in the method according to the first embodiment, the method according to the second embodiment is carried out by filtration or centrifugation of a suspension containing an additional target product, and collection in the auxiliary container of the filtrate or the centrifugation result used in the subsequent processing of the cation exchanger are indicated by the letters F and E, respectively, and are indicated by dashed lines.

Перед началом каждой стадии цикла ионные формы катионита в разных колоннах должны быть разными, например, перед началом первой стадии по фиг. 6 в колонне 21 катионит должен быть в Na-форме; в колонне 22 - в K-форме, в колонне 23 - в NH4-форме, а в колонне 24 - в Н-форме. Тогда в этих колоннах одновременно можно проводить операции с реакциями (1), (6), (7), (3) соответственно. На следующей стадии в тех же колоннах одновременно можно проводить операции с реакциями (6), (7), (3), (1) соответственно; на следующей за ней стадии - операции с реакциями (7) (3), (1), (6) соответственно; затем - операции с реакциями (3), (1), (6), (7) соответственно, после чего - снова операции с сочетанием реакций (1), (6), (7), (3) и т.д.Before the start of each stage of the cycle, the ionic forms of cation exchange resin in different columns must be different, for example, before the start of the first stage in FIG. 6 in column 21, the cation exchanger must be in Na form; in column 22, in K-form; in column 23, in NH 4 form; and in column 24, in H-form. Then, in these columns, it is possible to simultaneously carry out operations with reactions (1), (6), (7), (3), respectively. In the next stage, operations with reactions (6), (7), (3), (1), respectively, can be carried out simultaneously in the same columns; at the next stage, operations with reactions (7) (3), (1), (6), respectively; then, operations with reactions (3), (1), (6), (7), respectively, followed by operations with a combination of reactions (1), (6), (7), (3), etc.

Аппаратное воплощение предлагаемого способа по второму варианту иллюстрируется фиг. 7, на которой приведена схема установки для осуществления способа, позволяющая обеспечить организацию процесса по фиг. 6. Обозначения, используемые на этой фигуре наряду с уже упомянутыми обозначениями 21, 22, 23, 24 для ионообменных колонн, частично совпадают с обозначениями на фиг. 2а, 2б, 5а, 5б и имеют следующий смысл:The hardware embodiment of the proposed method according to the second embodiment is illustrated in FIG. 7, which shows a diagram of an installation for implementing the method, allowing to organize the process of FIG. 6. The designations used in this figure, along with the designations 21, 22, 23, 24 for the ion exchange columns already mentioned, partially coincide with the designations in FIG. 2a, 2b, 5a, 5b and have the following meaning:

5 - емкость для первого исходного вещества - раствора хлорида калия;5 - capacity for the first starting substance - a solution of potassium chloride;

6 - емкость для сбора раствора хлорида натрия;6 - a capacity for collecting a solution of sodium chloride;

7 - емкость для кислородсодержащей кислоты, которая в данном случае является, в отличие от схем фиг. 2a, 2б, не вторым, а третьим исходным веществом;7 is a container for oxygen-containing acid, which in this case is, in contrast to the schemes of FIG. 2a, 2b, not the second, but the third starting material;

9 - емкость для дополнительного исходного продукта - раствора кальцинированной соды или натриевой щелочи;9 - capacity for an additional initial product - a solution of soda ash or sodium alkali;

10 - емкость для воды;10 - a container for water;

11 - емкость для кислородсодержащей соли (в данном случае - нитрата аммония), являющейся вторым исходным веществом;11 is a container for an oxygen-containing salt (in this case, ammonium nitrate), which is the second starting material;

12 - емкость для сбора суспензии, содержащей целевой продукт - калиевую селитру;12 - capacity for collecting a suspension containing the target product is potassium nitrate;

13 - емкость для сбора дополнительного целевого продукта - моноаммонийфосфата (МАФ);13 - capacity for collecting additional target product - monoammonium phosphate (MAP);

Ф - фильтр или центрифуга непрерывного действия;Ф - filter or continuous centrifuge;

Е - вспомогательная емкость для сбора получаемого фильтрата или результата центрифугирования;E - auxiliary capacity for collecting the obtained filtrate or the result of centrifugation;

Н - насос.H is the pump.

Указанное сочетание исходных и получаемых продуктов соответствует частному случаю, в котором выполняются приведенные выше реакции (1), (6), (7), (3).The specified combination of starting and obtained products corresponds to a particular case in which the above reactions (1), (6), (7), (3) are performed.

Показанное на схеме фиг. 7 состояние клапанов соответствует первой стадии рабочего цикла (первая строка на фиг. 6), на которой:Shown in the diagram of FIG. 7, the state of the valves corresponds to the first stage of the duty cycle (first line in FIG. 6), in which:

- ионообменная колонна 21 находится в режиме пропускания первого исходного вещества - раствора хлорида калия, подаваемого из емкости 5, и перевода катионита, находящегося в Na-форме, в K-форму с получением раствора хлорида натрия, поступающего в емкость 6;- the ion exchange column 21 is in the transmission mode of the first starting material - a solution of potassium chloride supplied from the tank 5, and the conversion of the cation exchange resin, which is in the Na-form, in the K-form to obtain a solution of sodium chloride entering the tank 6;

- колонна 22 - в режиме пропускания раствора нитрата аммония, являющего вторым исходным веществом, подаваемым из емкости 11, и перевода катионита, находящегося в K-форме, в NH4-форму с получением раствора целевого продукта, поступающего в емкость 12;- column 22 - in the transmission mode of a solution of ammonium nitrate, which is the second starting material supplied from the tank 11, and the conversion of the cation exchange resin, which is in the K-form, in the NH 4 form to obtain a solution of the target product entering the tank 12;

- колонна 23 - в режиме пропускания раствора кислоты, являющейся вторым исходным веществом, подаваемым из емкости 7, и перевода катионита, находящегося в NH4-форме, в Н-форму, с получением дополнительного целевого продукта - моноаммонийфосфата, поступающего, в конечном счете, в емкость 13;- column 23 — in the transmission mode of the acid solution, which is the second starting material supplied from the tank 7, and the conversion of the cation exchanger, which is in the NH 4 form, into the H-form, to obtain an additional target product — monoammonium phosphate, which ultimately arrives into the container 13;

- колонна 24 - в режиме пропускания раствора кальцинированной соды, подаваемого из емкости 9, и перевода катионита, находящегося в Н-форме, в Na-форму с получением воды, поступающей в емкость 10, и углекислого газа.- column 24 - in the transmission mode of the solution of soda ash supplied from the tank 9, and the conversion of cation exchange resin, which is in the H-form, in the Na-form to obtain water entering the tank 10, and carbon dioxide.

На схеме фиг. 7 показаны предпочтительные направления пропускания растворов через колонны - снизу вверх. Такие же направления показаны на фиг. 6.In the diagram of FIG. Figure 7 shows preferred directions for passing solutions through columns from bottom to top. The same directions are shown in FIG. 6.

В начале следующей (второй) стадии катионит в колоннах 21-24 находится в названных выше ионных формах, в которые он переведен: калия; аммония (т.е. в ионной форме катиона некалиевой соли, раствор которой используется в качестве второго исходного вещества); водорода; натрия. На этой стадии, как показано на фиг. 6, в колонны подают, соответственно, растворы: нитрата аммония; кислоты, являющейся вторым исходным веществом; кальцинированной соды; хлорида калия.At the beginning of the next (second) stage, cation exchange resin in columns 21-24 is in the above ionic forms into which it is converted: potassium; ammonium (i.e., in the ionic form of a non-potassium salt cation, a solution of which is used as the second starting material); hydrogen; sodium. At this stage, as shown in FIG. 6, respectively, solutions are supplied to the columns: ammonium nitrate; acid, which is the second starting material; soda ash; potassium chloride.

Далее продолжают от стадии к стадии менять раствор, подаваемый в каждую из колонн, так, чтобы в одну и ту же колонну подавать один и тот же раствор периодически через каждые четыре стадии, образующие цикл.Then, the solution supplied to each of the columns is continued from stage to stage, so that the same solution is fed into the same column periodically every four stages that form a cycle.

При пропускании раствора некалиевой соли бесхлорной кислородсодержащей кислоты, в данном частном случае - нитрата аммония через колонну с калиевой формой катионита на выходе из колонны получают суспензию, содержащую раствор целевого продукта - калийного бесхлорного удобрения.When passing a solution of non-potassium salt of a chlorine-free oxygen-containing acid, in this particular case, ammonium nitrate through a column with a potassium form of cation exchange resin, a suspension containing a solution of the target product, potassium chlorine-free fertilizer, is obtained at the outlet of the column.

Данная суспензия при наличии в ней примесей, обусловленных присутствием таковых в исходных веществах, может быть разделена фильтрацией или центрифугированием, не показанными на чертежах.This suspension in the presence of impurities in it, due to the presence of those in the starting materials, can be separated by filtration or centrifugation, not shown in the drawings.

При пропускании раствора бесхлорной кислородсодержащей кислоты, отличной от той, раствор соли которой подают в колонну с катионитом в K-форме (в данном частном случае - экстракционной фосфорной кислоты), через колонну с катионитом в NH4-форме получают суспензию, содержащую дополнительный целевой продукт (в данном частном случае - раствор моноаммонийфосфата). Данную операцию проводят, используя рассчитанный объем указанной кислоты, который при взаимодействии с известным количеством катионита в NH4-форме, находящимся в колонне, позволяет получить моноаммонийфосфат в соответствии с реакцией (7). Суспензию, подвергнутую фильтрации или центрифугированию в соответствующем средстве Ф, собирают во вспомогательной емкости Е и далее подают ее на вход колонны вместо раствора экстракционной фосфорной кислоты, продолжая обработку ею катионита в циркуляционном режиме по контуру: колонна - фильтр или центрифуга непрерывного действия (Ф) - вспомогательная емкость Е - насос Н - колонна. Как раствор кислоты, так и содержимое емкости Е, пропускают через колонну со скоростью, обеспечивающей псевдоожижение находящегося в ней слоя катионита. После того, как такая обработка и следующие за ней фильтрация или центрифугирование получаемой суспензии проведены несколько раз, очищенную суспензию, представляющую собой готовый дополнительный целевой продукт, из вспомогательной емкости Е направляют в емкость 13 для сбора такого продукта. При этом катионит в колонне оказывается в Н-форме в соответствии с реакцией (6).By passing a solution of chlorine-free oxygen-containing acid, different from the one whose salt solution is fed into a column with cation exchange resin in K-form (in this particular case, extraction phosphoric acid), a suspension containing an additional target product is obtained through a column with cation exchange resin in the NH 4 form (in this particular case - a solution of monoammonium phosphate). This operation is carried out using the calculated volume of the indicated acid, which, when reacted with a known amount of cation exchange resin in the NH 4 form in the column, allows monoammonium phosphate to be obtained in accordance with reaction (7). The suspension subjected to filtration or centrifugation in the appropriate medium F is collected in auxiliary vessel E and then it is fed to the column inlet instead of the extraction phosphoric acid solution, while continuing to process the cation exchange resin in a circulating mode along the circuit: column — continuous filter or centrifuge (Ф) - auxiliary capacity E - pump H - column. Both the acid solution and the contents of the vessel E are passed through the column at a rate that ensures fluidization of the cation exchanger layer contained therein. After such processing and the subsequent filtration or centrifugation of the resulting suspension are carried out several times, the purified suspension, which is a ready-made additional target product, is sent from auxiliary tank E to tank 13 to collect such a product. In this case, cation exchanger in the column is in the H-form in accordance with reaction (6).

При пропускании раствора кальцинированной соды через колонну с водородной формой катионита на выходе получают воду, для сбора которой предназначена емкость 10 (фиг. 7), а при пропускании раствора хлорида калия через колонну с натриевой формой катионита на выходе получают раствор хлорида натрия.When a solution of soda ash is passed through a column with a hydrogen form of cation exchange resin, water is obtained at the outlet, a container 10 is intended for collection (Fig. 7), and when a solution of potassium chloride is passed through a column with a sodium form of cation exchanger, a solution of sodium chloride is obtained at the outlet.

Колонны после проведения в них каждой операции ионного обмена целесообразно промывать водой, потому что после окончания каждой стадии цикла в каждой колонне, катионит которой перешел в другую ионную форму, находится раствор электролита, с помощью которого он был переведен в эту ионную форму. Например, в колонне, которая переведена в K-форму, между зернами катионита (в порозном пространстве), а также выше и(или) ниже слоя катионита будет находиться раствор хлорида калия. Промывка может быть осуществлена в установке, имеющей схему, аналогичную показанной на фиг. 7, дополненной коммутирующими клапанами и линиями, соединяющими колонны с емкостью 10, становящейся в данном случае емкостью для оборотной воды.It is advisable to rinse the columns after each ion exchange operation in them, because after the end of each stage of the cycle, in each column, the cation exchange resin of which has changed to another ionic form, there is an electrolyte solution with which it was converted to this ionic form. For example, in a column that is converted to K-form, between the grains of cation exchanger (in the porous space), and also above and (or) below the cation exchanger layer there will be a solution of potassium chloride. Flushing may be carried out in a plant having a circuit similar to that shown in FIG. 7, supplemented by switching valves and lines connecting the columns with a tank 10, which becomes in this case a tank for recycled water.

Поскольку после промывки в начале очередной стадии в каждой колонне находится вода, последнюю вытесняют из колонны пропусканием через нее раствора, являющегося для каждой колонны исходным веществом, подаваемым в нее на очередной стадии.Since after washing at the beginning of the next stage there is water in each column, the latter is forced out of the column by passing through it a solution, which for each column is the starting material supplied to it at the next stage.

После завершения описанных процедур промывки и вытеснения воды (см., например, строку фиг. 6, соответствующую первой стадии) из колонны 21 с катионитом в Na-форме в ходе операции, включающей реакцию (1), начинает выходить раствор хлорида натрия; из колонны 22 с катионитом в K-форме в ходе операции, включающей реакцию (6), - суспензия, содержащая калиевую селитру; из колонны 24 с катионитом в Н-форме в ходе операции, включающей реакцию (3), - вода. Из колонны 23 в ходе операции, включающей реакцию (7), начинает выходить суспензия, содержащая дополнительный целевой продукт - моноаммонийфосфат, являющийся результатом взаимодействия с подаваемым раствором Н3РО4 содержащегося в этой колонне катионита в NH4-форме, слой которого находится в состоянии псевдоожижения. Далее происходят описанные выше процессы фильтрации или центрифугирования этой суспензии и сбора подвергнутой фильтрации или центрифугированию суспензии во вспомогательной емкости Е с последующей заменой ею кислоты на входе колонны 23 и продолжением обработки поддерживаемого в состоянии псевдоожижения слоя катионита в циркуляционном режиме, заканчивающейся передачей готового дополнительного целевого продукта в предназначенную для него емкость 13.After completing the described procedures for washing and displacing water (see, for example, the line of Fig. 6, corresponding to the first stage) from the column 21 with cation exchange resin in the Na form during the operation including reaction (1), a solution of sodium chloride begins to come out; from the column 22 with cation exchange resin in the K-form during the operation including reaction (6), a suspension containing potassium nitrate; from the column 24 with cation exchange resin in the H-form during the operation, including reaction (3), water. A suspension containing an additional target product, monoammonium phosphate, which is the result of interaction with the supplied solution of H 3 PO 4 contained in the column of cation exchange resin in the NH 4 form, the layer of which is in a state fluidization. Next, the above-described processes of filtering or centrifuging this suspension and collecting the filtered or centrifuged suspension in auxiliary vessel E followed by acid replacement at the inlet of column 23 and continuing processing of the cation exchange resin supported in a fluidized state in a circulating mode, ending with transferring the finished additional target product to capacity for it 13.

В дальнейшем при осуществлении всех операций, как и на первой стадии, растворы исходных веществ подаются: из емкости 5 для первого исходного вещества - раствора хлорида калия; из емкости 11 для кислородсодержащей соли, являющейся вторым исходным веществом; из емкости 7 для кислородсодержащей кислоты, являющейся третьим исходным веществом; из емкости 9 для дополнительного исходного вещества - раствора кальцинированной соды или натриевой щелочи.Subsequently, during all operations, as in the first stage, the solutions of the starting materials are supplied: from the tank 5 for the first starting material - a solution of potassium chloride; from a container 11 for an oxygen-containing salt, which is the second starting material; from a container 7 for oxygen-containing acid, which is the third starting material; from the tank 9 for an additional source substance - a solution of soda ash or sodium alkali.

Жидкости, являющиеся результатом ионообменных реакций, подаются соответственно: в емкость 6 для сбора раствора хлорида натрия; в емкость 12 для сбора целевого продукта - калиевой селитры; в емкость 13 для сбора дополнительного целевого продукта - моноаммонийфосфата; в емкость 10 для оборотной воды.Liquids resulting from ion exchange reactions are supplied respectively: into a container 6 for collecting a solution of sodium chloride; in a container 12 for collecting the target product - potassium nitrate; in the tank 13 to collect additional target product - monoammonium phosphate; in a tank 10 for recycled water.

В рассматриваемом втором варианте предлагаемого способа возможны и иные, чем названное выше, сочетания кислородсодержащей соли и кислородсодержащей кислоты, являющихся вторым и третьим исходными веществами. Так, при использовании серной кислоты вместо фосфорной кислоты в качестве третьего исходного вещества третью операцию в приведенной выше совокупности, т.е. операцию (7) заменяют на операцию (8):In the second variant of the proposed method under consideration, other combinations of the oxygen-containing salt and oxygen-containing acid, which are the second and third starting materials, are possible than the above. So, when using sulfuric acid instead of phosphoric acid as the third starting material, the third operation in the above combination, i.e. operation (7) is replaced by operation (8):

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

и в результате получают нитрат калия и сульфат аммония.and the result is potassium nitrate and ammonium sulfate.

При использовании сульфата аммония вместо нитрата аммония в качестве второго исходного вещества вторую операцию в приведенной выше совокупности, т.е. операцию (6) заменяют на операцию (9):When using ammonium sulfate instead of ammonium nitrate as the second starting material, the second operation in the above combination, i.e. operation (6) is replaced by operation (9):

Figure 00000020
Figure 00000020

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

Figure 00000023
Figure 00000023

и в результате получают сульфат калия и моноаммонийфосфат.and the result is potassium sulfate and monoammonium phosphate.

При использовании в качестве второго и третьего исходных веществ соответственно моноаммонийфосфата и серной кислоты вторую и третью операции в приведенной выше совокупности, т.е. операции (6) и (7), заменяют на операции (10) и (8):When monoammonium phosphate and sulfuric acid are used as the second and third starting materials, respectively, the second and third operations in the above combination, i.e. operations (6) and (7) are replaced by operations (10) and (8):

Figure 00000024
Figure 00000024

Figure 00000025
Figure 00000025

Figure 00000026
Figure 00000026

Figure 00000027
Figure 00000027

и получают более ценный монокалийфосфат и сульфат аммония.and get more valuable monopotassium phosphate and ammonium sulfate.

К предлагаемому способу по второму варианту относится все сказанное выше при рассмотрении способа по первому варианту относительно влияния растянутости фронтов вдоль колонн (см. фиг. 3 и относящийся к ней текст). Для предотвращения негативных последствий этого явления в способе по второму варианту, как и в способе по первому варианту, возможно проведение отдельных операций ионного обмена на каждой стадии в виде двух одновременно протекающих процессов с использованием двух последовательно соединенных колонн в установках, содержащих увеличенное количество ионообменных колонн. Число колонн возрастает на количество операций, проводимых указанным образом. При этом соответственно увеличивается количество стадий в каждом цикле циклического процесса, которым является предлагаемый способ.The proposed method according to the second embodiment includes all of the above when considering the method according to the first embodiment with respect to the influence of stretched fronts along the columns (see Fig. 3 and related text). To prevent the negative consequences of this phenomenon in the method according to the second embodiment, as in the method according to the first embodiment, it is possible to carry out separate ion exchange operations at each stage in the form of two simultaneously proceeding processes using two series-connected columns in plants containing an increased number of ion-exchange columns. The number of columns increases by the number of operations carried out in this way. This accordingly increases the number of stages in each cycle of the cyclic process, which is the proposed method.

На фиг. 8 изображена схема установки, содержащей пять ионообменных колонн и предназначенной для осуществления циклического процесса, в котором реализуется совокупность операций, включающих реакции (1), (3), (6), (7), с проведением первой из них в виде двух одновременно протекающих процессов с использованием для нее двух последовательно соединенных колонн. За исключением позиции 25 - пятой ионообменной колонны, все обозначения на фиг. 8 совпадают с обозначениями на фиг. 7. Показанное на фиг. 8 состояние клапанов соответствует первой из пяти стадий, на которой операции, включающие проведение реакций (1), (6), (7), (3), осуществляются соответственно в ионообменных колоннах: 21 и 22; 23; 24; 25.In FIG. Figure 8 shows a diagram of an installation containing five ion-exchange columns and designed to carry out a cyclic process in which a set of operations is carried out, including reactions (1), (3), (6), (7), with the first of them being carried out in the form of two simultaneously proceeding processes using for her two series-connected columns. With the exception of position 25 of the fifth ion exchange column, all symbols in FIG. 8 coincide with the symbols in FIG. 7. Shown in FIG. 8, the state of the valves corresponds to the first of five stages, in which operations, including reactions (1), (6), (7), (3), are carried out respectively in ion-exchange columns: 21 and 22; 23; 24; 25.

Изменение ионных форм катионита в ионообменных колоннах подаваемых в них и выводимых из них растворов от стадии к стадии при осуществлении способа с использованием установки по фиг. 8 показано на фиг. 9. На этой фигуре, как и на предыдущих фигурах, иллюстрирующих изменение ионных форм катионита, осуществление фильтрации или центрифугирования суспензии, содержащей дополнительный целевой продукт, и сбор во вспомогательной емкости получаемого фильтрата или результата центрифугирования, используемого при последующей обработке катионита вместо кислоты, обозначены соответственно буквами Ф и Е и показаны штриховыми линиями.The change in the ionic forms of cation exchanger in the ion-exchange columns supplied to and removed from them solutions from stage to stage when implementing the method using the installation of FIG. 8 is shown in FIG. 9. In this figure, as in the previous figures, illustrating the change in the ionic forms of cation exchange resin, filtering or centrifuging a suspension containing an additional target product, and collecting in the auxiliary container the resulting filtrate or centrifugation result used in the subsequent processing of cation exchange resin instead of acid, are indicated, respectively letters F and E and are indicated by dashed lines.

Как уже было сказано, в случае, иллюстрируемом фиг. 8 и 9, одна из операций проводится в виде двух одновременно протекающих процессов с использованием двух последовательно соединенных колонн, и такой операцией является операция с участием раствора хлорида калия в качестве первого исходного вещества циклического процесса, которым является предлагаемый способ.As already mentioned, in the case illustrated in FIG. 8 and 9, one of the operations is carried out in the form of two simultaneously proceeding processes using two series-connected columns, and such an operation is an operation involving a solution of potassium chloride as the first starting material of the cyclic process, which is the proposed method.

При проведении этой операции в первом из указанных двух процессов осуществляют обработку раствором хлорида калия катионита, находящегося перед началом данной операции в ионообменной колонне 22 в смешанной Na,K-форме. Этот катионит обрабатывают подаваемым в колонну 22 раствором хлорида калия, а выходящий из нее раствор подают в колонну 21. При этом катионит в колонне 22 переходит в чистую K-форму, а катионит в колонне 21, находившийся перед началом данной операции в чистой Na-форме, переходит в смешанную Na,K-форму. Указанное изменение форм катионита в результате описанной операции можно видеть, сравнивая строки 1 и 2 фиг. 9, соответствующие первой и второй стадиям способа. Результатом этой операции является раствор хлорида натрия на выходе колонны 21, который направляют в емкость 6 (фиг. 8).When carrying out this operation in the first of these two processes, the solution is treated with a solution of potassium chloride of cation exchange resin, which is located in the ion exchange column 22 in mixed Na, K form before the start of this operation. This cation exchange resin is treated with a potassium chloride solution supplied to column 22, and the solution exiting from it is fed into column 21. The cation exchange resin in column 22 is converted to pure K-form, and the cation exchange resin in column 21, which was in pure Na form before starting this operation goes into a mixed Na, K-form. The indicated change in the forms of cation exchange resin as a result of the described operation can be seen by comparing lines 1 and 2 of FIG. 9, corresponding to the first and second stages of the method. The result of this operation is a solution of sodium chloride at the outlet of the column 21, which is sent to a container 6 (Fig. 8).

В установке для осуществления предлагаемого способа по второму варианту с использованием пяти ионообменных колонн по фиг. 8 может быть предусмотрена возможность промывки колонн водой после завершения каждой стадии, для чего эта установка должна быть дополнена коммутирующими клапанами и линиями, соединяющими колонны с емкостью 10, которая в данном случае становится емкостью для оборотной воды. Промывке должны подвергаться все колонны, катионит в которых после завершения стадии находится в чистой ионной форме.In the installation for implementing the proposed method according to the second embodiment using the five ion-exchange columns of FIG. 8, it may be possible to flush the columns with water after the completion of each stage, for which this installation must be supplemented with switching valves and lines connecting the columns to a tank 10, which in this case becomes a tank for recycled water. All columns must be flushed, the cation exchange resin in which, after the completion of the stage, is in pure ionic form.

Так, например, на первой стадии цикла в операции, проводимой в виде двух одновременно протекающих процессов, используется пара колонн 21 и 22. Колонна 21, в которой катионит после завершения данной стадии переходит в смешанную ионную форму (см. фиг. 9), перед началом очередной (второй) стадии не промывается.So, for example, in the first stage of the cycle, in the operation, carried out in the form of two simultaneously proceeding processes, a pair of columns 21 and 22 is used. Column 21, in which the cation exchanger, after completion of this stage, goes into a mixed ionic form (see Fig. 9), before the beginning of the next (second) stage is not washed.

Предлагаемый способ по первому варианту был осуществлен в лабораторных условиях (примеры 1-5) и на пилотной установке (пример 6).The proposed method according to the first embodiment was carried out in laboratory conditions (examples 1-5) and in a pilot installation (example 6).

Пример 1Example 1

Для осуществления способа использовались три ионообменных колонки по схеме фиг. 2б, загруженные 100 мл слоя карбоксильного катионита КБ-4П-2 (изначально - в Na-форме). Использовались 20% раствор хлорида калия квалификации "Технический", 14.9% раствор очищенной экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) производства Белореченского завода минеральных удобрений, 5% раствор кальцинированной соды квалификации "Техническая".To implement the method, three ion-exchange columns were used according to the scheme of FIG. 2b, loaded with 100 ml of a layer of carboxyl cation exchanger KB-4P-2 (initially - in the Na form). We used a 20% solution of potassium chloride of qualification “Technical”, 14.9% solution of purified extraction phosphoric acid (EPA) produced by the Belorechensk Mineral Fertilizer Plant, 5% solution of calcined soda of qualification “Technical”.

На подготовительном этапе были произведены очистка ЭФК в соответствии со способом по патенту [12] с получением очищенной кислоты, состав которой представлен в таблице 1.At the preparatory stage, EPA was purified in accordance with the method according to the patent [12] to obtain purified acid, the composition of which is presented in table 1.

Figure 00000028
Figure 00000028

Далее проводили подготовку колонок: катионит в колонках 2 и 3 был переведен в K-форму параллельным пропусканием через каждую из них 140 мл раствора хлорида калия (в направлении снизу вверх) из емкости 5 со скоростью 180 мл/ч. При этом первые порции выходящей из колонн жидкости, представляющей собой воду, находившуюся там в свободном объеме (по 40 мл в каждой колонне) направляли в емкость 10, затем, следующие порции по 100 мл выходящего из колонок раствора хлорида натрия (с примесью хлорида калия) направляли в емкость 6. Далее, через каждую колонку пропускали по 40 мл воды из емкости 10 (сверху вниз) с той же скоростью, вытесняя раствор хлорида калия (по 40 мл) из свободных объемов и возвращая его в емкость 5. Все эти операции занимают 60 мин времени.Then the columns were prepared: the cation exchange resin in columns 2 and 3 was converted to the K-form by parallel passing through each of them 140 ml of potassium chloride solution (from the bottom up) from the tank 5 at a rate of 180 ml / h. In this case, the first portions of the liquid leaving the columns, which is water, located there in a free volume (40 ml in each column) were sent to a container of 10, then the next portions of 100 ml of sodium chloride solution leaving the columns (mixed with potassium chloride) sent to tank 6. Next, 40 ml of water was passed through each column from tank 10 (top to bottom) at the same speed, displacing a solution of potassium chloride (40 ml) from free volumes and returning it to tank 5. All these operations take 60 minutes time.

Кроме того, катионит в колонке 3 был переведен в Н-форму пропусканием через нее экстракционной фосфорной кислоты. Последнюю операцию осуществляли следующим образом: в емкость 7 заливали 200 мл разбавленной в 1,4 раза (до 14,9%) кислотой очищенной (Таблица 1) и перекачивали указанный объем снизу вверх через колонку 3, так что 40 мл воды, находившейся в свободном объеме колонны, попадало в емкость 10, а 160 мл суспензии - через фильтр Ф и фильтрат - далее в емкость Е. Скорость перекачивания держали равной 600 мл/ч. При этих условиях, в связи с высокой плотностью пропускаемого раствора, слой становился псевдоожиженным, а время прокачивания составляло 20 мин. Не прекращая прокачивания, переключали клапаны и работающие насосы (фиг. 2б) так, что еще в течение 20 мин проводили прокачивание при той же скорости потока по круговой схеме из емкости Е обратно в эту же емкость. Затем переключали клапаны так, чтобы объем раствора полученного целевого продукта, равный 150 мл перекачивали в емкость 8 для целевого продукта. Далее из емкости 10 в колонку 3 подавали (с той же скоростью, но сверху вниз) воду объемом 50 мл, а вытесненный из колонки раствор продукта (50 мл) подавали в емкость 8. Все указанные операции по переводу в Н форму колонки 3 занимали 60 мин. После этих операций состояние колонок соответствовало показанному в первой строке фиг. 1.In addition, the cation exchanger in column 3 was converted to the H form by passing extraction phosphoric acid through it. The last operation was carried out as follows: 200 ml diluted 1.4 times (up to 14.9%) of purified acid were poured into a container 7 (Table 1) and the indicated volume was pumped from bottom to top through column 3, so that 40 ml of water in free the volume of the column, it fell into the tank 10, and 160 ml of the suspension through the filter F and the filtrate - then into the tank E. The pumping rate was kept at 600 ml / h. Under these conditions, due to the high density of the transmitted solution, the bed became fluidized, and the pumping time was 20 min. Without stopping the pumping, the valves and working pumps were switched (Fig. 2b) so that for another 20 minutes they pumped at the same flow rate in a circular pattern from tank E back to the same tank. Then the valves were switched so that the volume of the solution of the obtained target product equal to 150 ml was pumped into the tank 8 for the target product. Then, 50 ml water was supplied from column 10 to column 3 (at the same speed, but from top to bottom), and the product solution displaced from the column (50 ml) was supplied to container 8. All these operations for converting column 3 into the H form took 60 min After these operations, the state of the columns corresponded to that shown in the first row of FIG. one.

Затем был проведен рабочий цикл из трех стадий с пропусканием через колонки растворов исходных веществ (хлорида калия, очищенной ЭФК и кальцинированной соды) с чередованием колонок и подаваемых в них растворов в соответствии с фиг. 1, промывкой колонок водой по окончании каждой стадии и вытеснением воды в начале каждой очередной стадии исходным веществом, предназначенным для использования на данной стадии.Then, a working cycle of three stages was carried out with passing through the columns solutions of the starting materials (potassium chloride, purified EPA and soda ash) with alternating columns and the solutions supplied to them in accordance with FIG. 1, washing the columns with water at the end of each stage and displacing the water at the beginning of each subsequent stage with the starting material intended for use in this stage.

Раствор 5% соды (всего 900 мл) из емкости 9 пропускали через соответствующие колонки в направлении снизу вверх со скоростью 950 мл/ч. При этом первую порцию в 50 мл выходящей из колонки жидкости (воды из свободного объема) направляли в емкость 10 для оборотной воды, а остальную часть направляли на доукрепление и приготовление раствора соды (на схеме фиг. 2б не показано). По окончании этих операций из емкости 10 в направлении сверху вниз (с той же скоростью) через соответствующую колонку пропускали воду и вытесняли раствор неизрасходованной соды, всего 40 мл и возвращали его в емкость 9. Все эти операции занимали 1 час.A solution of 5% soda (total 900 ml) from the tank 9 was passed through the appropriate columns in a bottom-up direction at a speed of 950 ml / h. In this case, the first portion of 50 ml of liquid leaving the column (water from the free volume) was sent to a tank 10 for circulating water, and the rest was directed to the addition and preparation of a soda solution (not shown in the diagram of Fig. 2b). At the end of these operations, water was passed from tank 10 in a downward direction (at the same speed) through an appropriate column and a solution of unspent soda was displaced, a total of 40 ml and returned to tank 9. All these operations took 1 hour.

Режимы и скорости пропускания исходных веществ оставались такими, как описано выше, за исключением того, что раствор хлорида калия пропускали не параллельно через две колонки, а только через одну колонку на каждой стадии циклического процесса.The modes and transmission rates of the starting materials remained as described above, except that the potassium chloride solution was not passed through two columns in parallel, but only through one column at each stage of the cyclic process.

При каждой операции перевода катионита из Н-формы в Na-форму происходило расширение его слоя от 60 мл до 100 мл, свободный объем жидкости в колонке изменялся от 50 мл до 40 мл.During each operation of transferring cation exchange resin from the H-form to the Na-form, its layer expanded from 60 ml to 100 ml, the free volume of the liquid in the column changed from 50 ml to 40 ml.

При каждой операции перевода катионита из K-формы в Н-форму происходило сжатие его слоя от 100 мл до 60 мл, свободный объем жидкости в колонке изменялся от 40 мл до 50 мл.During each operation of transferring cation exchange resin from the K-form to the H-form, its layer was compressed from 100 ml to 60 ml, the free volume of the liquid in the column changed from 40 ml to 50 ml.

В операциях перевода из Na-формы в K-форму объем слоя катионита и свободный объем жидкости в колонке не изменялись.In the conversion operations from the Na form to the K form, the volume of the cation exchanger layer and the free volume of liquid in the column did not change.

На каждой из трех стадий стадии получали суспензию, содержащую МКФ (соответственно, на выходе второй, первой и третьей колонок). Суспензию, содержащую МКФ, собираемую в течение каждой стадии, упаривали, высушивали осадки и проверяли их растворимость, а также содержание в них примесей.At each of the three stages of the stage, a suspension containing MCP was obtained (respectively, at the exit of the second, first and third columns). The suspension containing MCP collected during each stage was evaporated, the precipitates were dried, and their solubility, as well as their impurities, were checked.

Данные о химическом составе и растворимости полученного на трех последовательных стадиях монокалийфосфата представлены в таблице 2.Data on the chemical composition and solubility obtained in three successive stages of monopotassium phosphate are presented in table 2.

Figure 00000029
Figure 00000029

Приведенные в таблице 2 результаты соответствуют параметрам лучших зарубежных образцов быстрорастворимого МКФ.The results shown in table 2 correspond to the parameters of the best foreign samples of instant MKF.

Пример 2Example 2

Проводили подготовительный и рабочий этапы аналогично примеру 1, за исключением того, что использовали макропористый слабокислотный катионит с карбоксильными функциональными группами Lewatit CNP 80 (LanXess, Германия). После завершения каждой стадии и последующих операций по выпарке, отделению и высушиванию осадков получали твердые полностью растворимые продукты (МКФ с растворимостью не менее 230 г/л при 25°С), содержащие не менее 34% K2O и суммарно не более 0,02% кальция, магния и железа.The preparatory and working steps were carried out analogously to example 1, except that a macroporous weakly acidic cation exchanger with carboxyl functional groups Lewatit CNP 80 (LanXess, Germany) was used. After the completion of each stage and subsequent operations on evaporation, separation and drying of the precipitates, solid, completely soluble products were obtained (MKF with a solubility of at least 230 g / l at 25 ° C) containing not less than 34% K 2 O and in total not more than 0.02 % calcium, magnesium and iron.

Пример 3Example 3

Проводили подготовительный и рабочий этапы аналогично примерам 1 и 2, за исключением того, что использовали пористый слабокислотный катионит с карбоксильными функциональными группами Purofine PFC 104 Plus (Purolite, Великобритания, США). После завершения каждой стадии и последующих операций получали твердые полностью растворимые продукты (МКФ с растворимостью не менее 230 г/л при 25°С), содержащие не менее 34% K2O и суммарно не более 0,02% кальция, магния и железа.The preparatory and working steps were carried out similarly to examples 1 and 2, except that they used a porous weakly acid cation exchanger with carboxyl functional groups Purofine PFC 104 Plus (Purolite, United Kingdom, USA). After the completion of each stage and subsequent operations, solid completely soluble products were obtained (MKF with a solubility of at least 230 g / l at 25 ° C) containing not less than 34% K 2 O and in total not more than 0.02% calcium, magnesium and iron.

Пример 4Example 4

Проводили подготовительный и рабочий этапы аналогично примерам 1 и 2, за исключением того, что вместо очищенной экстракционной фосфорной кислоты в качестве исходного вещества использовали техническую неконцентрированную азотную кислоту 2-го сорта, (ГОСТ Р53789-2010), имеющую состав: HNO3 - 46%; остаток после прокаливания (нерастворимые примеси) - 0,05%, предварительно разбавленную водой с минерализацией не более 50 мг/л и содержанием солей жесткости не более 0,01 мг-экв/л, до концентрации 18,4%. В качестве целевого продукта получали нитрат калия.The preparatory and working stages were carried out similarly to examples 1 and 2, except that instead of purified extraction phosphoric acid, technical non-concentrated nitric acid of the 2nd grade (GOST R53789-2010) having the composition: HNO 3 - 46% was used as the starting material. ; the residue after calcination (insoluble impurities) is 0.05%, previously diluted with water with a salinity of not more than 50 mg / l and a content of hardness salts of not more than 0.01 mEq / l, to a concentration of 18.4%. As the target product, potassium nitrate was obtained.

Содержание компонентов в полученном объединенном продукте после осуществления трех стадий и растворимость представлены в таблице 3.The content of components in the resulting combined product after three stages and solubility are presented in table 3.

Figure 00000030
Figure 00000030

Пример 5Example 5

Проводили подготовительный и рабочий процессы, как описано в примере 1, за исключением того, что вместо очищенной экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) использовали техническую серную кислоту (ГОСТ 2184-77) сорта кислота "Башенная" следующего состава: H2SO4 - 76%; железо - 0,05%; остаток после прокаливания (нерастворимые примеси) - 0,3%. Кислоту в 10 раз разбавляли водой с минерализацией не более 50 мг/л и содержанием солей жесткости не более 0,01 мг-экв/л, до концентрации 7,6%.The preparatory and working processes were carried out as described in example 1, except that instead of purified extraction phosphoric acid (EPA), technical sulfuric acid (GOST 2184-77) of the sort "Tower" acid of the following composition was used: H 2 SO 4 - 76% ; iron - 0.05%; the residue after calcination (insoluble impurities) is 0.3%. The acid was diluted 10 times with water with a salinity of not more than 50 mg / l and a hardness salt content of not more than 0.01 mEq / l, to a concentration of 7.6%.

В рабочем цикле скорость пропускания разбавленного раствора серной кислоты составляла 225 мл/ч (в 1,5 раз больше чем для ЭФК в примере 1), скорость пропускания раствора соды - 500 мл/ч.In the working cycle, the transmission rate of the diluted sulfuric acid solution was 225 ml / h (1.5 times higher than for EPA in example 1), the transmission rate of the soda solution was 500 ml / h.

Содержание компонентов в полученном продукте и растворимость представлены в таблице 4.The content of components in the resulting product and solubility are presented in table 4.

Figure 00000031
Figure 00000031

Пример 6Example 6

При осуществлении способа по первому варианту на экспериментальной промышленной установке использовались четыре ионообменные колонны по схеме фиг. 5б, имеющие объем 1 м3, заполненные карбоксильным катионитом КБ-4 в коммерческой Н-форме, по 600 л слоя в каждой колонне. Использовались 20% раствор хлорида калия квалификации "Технический" - первое исходное вещество; 14.9% раствор экстракционной фосфорной кислоты, очищенной в соответствии со способом по патенту [12] - второе исходное вещество; 5% раствор кальцинированной соды квалификации "Техническая" - дополнительное исходное вещество.When implementing the method according to the first embodiment, four ion-exchange columns according to the scheme of FIG. 5b, having a volume of 1 m 3 , filled with KB-4 carboxyl cation exchanger in commercial H-form, 600 l of layer in each column. Used a 20% solution of potassium chloride qualification "Technical" - the first starting material; 14.9% solution of extraction phosphoric acid, purified in accordance with the method according to the patent [12] - the second starting substance; 5% solution of soda ash qualification "Technical" - additional starting material.

На подготовительном этапе катионит во всех колоннах, кроме колонны 4 (фиг. 5б), по отдельности переводили в Na-форму путем обработки раствором соды. Затем через две последовательно соединенные колонны 3 и 1 пропускали раствор хлорида калия, переводя при этом катионит в колонне 3 в K-форму, а в колонне 1 - в смешанную Na,K-форму.At the preparatory stage, cation exchange resin in all columns except column 4 (Fig. 5b) was individually converted to the Na form by treatment with a soda solution. Then, through a series of columns connected in series 3 and 1, a solution of potassium chloride was passed, while the cation exchange resin in column 3 was converted into K-form, and in column 1 into mixed Na, K-form.

Режимы пропускания растворов соды и исходных веществ поддерживали такими, как описано в примере 1, за исключением того, что скорости потоков и перекачиваемые объемы были на 4 порядка больше.The transmission modes of soda solutions and starting materials were maintained as described in Example 1, except that the flow rates and pumped volumes were 4 orders of magnitude higher.

В итоге после завершения подготовительного этапа катионит в колоннах находился в ионных формах, показанных на фиг. 4 в первой строке, соответствующей началу первой стадии циклического процесса по первому варианту предлагаемого способа в частном случае, когда одна из его операций проводится в виде двух одновременно протекающих процессов:As a result, after completion of the preparatory stage, the cation exchanger in the columns was in the ionic forms shown in FIG. 4 in the first line corresponding to the beginning of the first stage of the cyclic process according to the first embodiment of the proposed method in the particular case when one of its operations is carried out in the form of two simultaneously proceeding processes:

- в колонне 1 - в смешанной Na,K-форме;- in column 1 - in mixed Na, K-form;

- в колонне 2 - в Na-форме;- in column 2, in the Na form;

- в колонне 3 - в K-форме;- in column 3 - in K-form;

- в колонне 4 - в H-форме.- in column 4 - in the H-form.

Затем был проведен рабочий цикл из четырех стадий с пропусканием через колонны растворов исходных веществ (хлорида калия, экстракционной фосфорной кислоты, кальцинированной соды) с чередованием колонн и подаваемых в них растворов в соответствии с фиг. 4 и промывкой колонн по окончании каждой стадии, кроме колонны, катионит в которой перешел в смешанную ионную форму (например, после окончания первой стадии - кроме колонны 2).Then, a four-stage work cycle was carried out with passing through the columns solutions of the starting materials (potassium chloride, extraction phosphoric acid, soda ash) with alternating columns and the solutions supplied to them in accordance with FIG. 4 and washing the columns at the end of each stage, except for the column in which the cation exchange resin has transferred to the mixed ionic form (for example, after the end of the first stage, except for column 2).

Режимы проведения каждой из стадий рабочего цикла:Modes for each of the stages of the working cycle:

- операцию обработки раствором хлорида калия катионита в двух последовательно расположенных колоннах (первая по ходу потока колонна - в смешанной Na,K-форме, вторая - в Na-форме) проводили пропусканием через них 1400 л раствора хлорида калия (в направлении снизу вверх) из емкости 5 со скоростью 1800 л/ч. При этом первые порции выходящей из второй колонны жидкости, представляющей собой воду, находившуюся там в свободном объеме (всего 400 л) направляли в емкость 10, затем, следующую порцию в 1000 л выходящего из хвостовой колонны чистого раствора хлорида натрия направляли в емкость 6. Далее через переднюю колонну, перешедшую в K-форму, пропускали по 400 л воды из емкости 10 (сверху вниз) с той же скоростью, вытесняя раствор хлорида калия (400 л) из свободного объема и возвращая его в емкость 5;- the operation of treating a solution of potassium chloride with cation exchange resin in two successive columns (the first column along the stream in mixed Na, K-form, the second in Na-form) was carried out by passing through them 1400 l of potassium chloride solution (from the bottom up) capacity 5 with a speed of 1800 l / h. In this case, the first portions of the liquid leaving the second column, which is water, located there in a free volume (total 400 l) were sent to the tank 10, then the next portion of 1000 l of the pure sodium chloride solution leaving the tail column was sent to the tank 6. Next 400 L of water from the tank 10 (top to bottom) were passed through the front column, which passed into the K-form, from the top at the same speed, displacing the potassium chloride solution (400 L) from the free volume and returning it to the tank 5;

- раствор 5% соды (всего 9000 л) из емкости 9 пропускали через соответствующую колонну в направлении снизу вверх со скоростью 9500 л/ч. При этом первую порцию в 500 л выходящей из колонны жидкости (воды из свободного объема) направляли в емкость 10 для оборотной воды, а остальную часть направляли на доукрепление и приготовление раствора соды (на фиг. 8 не показано). По окончании этих операций из емкости 10 в направлении сверху вниз (с той же скоростью) через соответствующую колонну пропускали воду и вытесняли раствор неизрасходованной соды, всего 400 л, и возвращали его в емкость 9;- a solution of 5% soda (total 9000 l) from the tank 9 was passed through the corresponding column in the direction from the bottom up with a speed of 9500 l / h. In this case, the first portion of 500 l of liquid leaving the column (water from the free volume) was sent to a tank 10 for circulating water, and the rest was directed to the strengthening and preparation of a soda solution (not shown in Fig. 8). At the end of these operations from the tank 10 in the direction from top to bottom (at the same speed), water was passed through the corresponding column and the solution of unspent soda was displaced, a total of 400 l, and returned to tank 9;

- пропускание экстракционной фосфорной кислоты через любую из колонн на соответствующей стадии осуществляли следующим образом: из емкости 7 перекачивали 2000 л 14,9% очищенной ЭФК снизу вверх через колонну, так что 400 л воды, находившейся в свободном объеме колонны, попадало в емкость 10, а 1600 л суспензии - через фильтр Ф и далее - фильтрат - в емкость Е. Скорость перекачивания держали равной 6000 л/ч. При этих условиях слой становился псевдоожиженным. Не прекращая прокачивания, переключали так клапаны и работающие насосы (в соответствии со схемой фиг. 5б), что в течение 20 мин проводили прокачивание при той же скорости потока по круговой схеме из емкости Е обратно в эту же емкость. Затем клапаны переключали так, что объем раствора полученного целевого продукта, равный 1500 л, перекачивали в емкость 8 для целевого продукта, Далее из емкости 10 в колонну подавали (с той же скоростью, но сверху вниз) воду объемом 500 л, а вытесненный из колонны раствор продукта (500 л) подавали в емкость 8.- passing extraction phosphoric acid through any of the columns at the appropriate stage was carried out as follows: from the tank 7, 2000 l of 14.9% purified EPA were pumped from the bottom up through the column, so that 400 l of water in the free volume of the column fell into the tank 10, and 1600 l of suspension — through filter F and then — filtrate — into tank E. The pumping rate was kept at 6000 l / h. Under these conditions, the bed became fluidized. Without stopping the pumping, the valves and the working pumps were switched (in accordance with the diagram of Fig. 5b) so that pumping was carried out for 20 minutes at the same flow rate in a circular pattern from tank E back to the same tank. Then, the valves were switched so that the volume of the solution of the obtained target product, equal to 1,500 l, was pumped into the container 8 for the target product. Then, from the tank 10, 500 l of water was supplied (at the same speed, but from top to bottom), and the displaced from the column a solution of the product (500 L) was fed into a container 8.

Длительность каждой стадии (вместе с промывкой водой) составляла 1 ч; скорость пропускания раствора очищенной ЭФК - 6000 л/ч, скорость пропускания раствора хлорида калия - 1800 л/ч; скорость пропускания раствора соды - 9500 л/ч. Все процессы проводили при температуре порядка 30°С.The duration of each stage (along with washing with water) was 1 h; the transmission rate of the purified EPA solution is 6000 l / h; the transmission rate of the potassium chloride solution is 1800 l / h; the transmission rate of the soda solution is 9500 l / h. All processes were carried out at a temperature of about 30 ° C.

Состав продукта представлен в таблице 5.The composition of the product is presented in table 5.

Figure 00000032
Figure 00000032

Результаты, представленные в таблице, соответствуют параметрам, известным для лучших зарубежных образцов быстрорастворимого МКФ.The results presented in the table correspond to the parameters known for the best foreign instant IFF samples.

Предлагаемый способ по второму варианту был осуществлен на пилотной установке (примеры 7-12).The proposed method according to the second embodiment was carried out on a pilot installation (examples 7-12).

Пример 7Example 7

Для осуществления способа использовались пять ионообменных колонн по схеме фиг. 8, дополненной коммутирующими клапанами и линиями для подачи и отведения промывной воды. Колонны, имеющие объем 1 м3, были на 60% заполнены карбоксильным катионитом КБ-4 (изначально - в Н-форме).To implement the method, five ion-exchange columns were used according to the scheme of FIG. 8, supplemented by switching valves and lines for supplying and discharging washing water. Columns having a volume of 1 m 3 were 60% filled with KB-4 carboxyl cation exchanger (initially in the H-form).

Использовались:Used:

- 20% раствор хлорида калия квалификации "Технический" - первое исходное вещество;- 20% solution of potassium chloride qualification "Technical" - the first starting substance;

- 21,2% раствор нитрата аммония (аммиачной селитры) - второе исходное вещество;- 21.2% solution of ammonium nitrate (ammonium nitrate) - the second starting substance;

- 20,8% раствор экстракционной фосфорной кислоты, очищенной в соответствии со способом по патенту [12] (Таблица 1) - третье исходное вещество;- 20.8% solution of extraction phosphoric acid, purified in accordance with the method according to the patent [12] (Table 1) - the third starting substance;

- 5% раствор кальцинированной соды квалификации "Техническая" - дополнительное исходное вещество.- 5% solution of soda ash qualification "Technical" - additional starting material.

На подготовительном этапе катионит во всех колоннах, кроме колонны 25 (фиг. 8), по отдельности переводили в Na-форму путем обработки раствором соды.At the preparatory stage, cation exchange resin in all columns except column 25 (Fig. 8) was individually converted to the Na form by treatment with a soda solution.

Затем через две колонны 24 и 25, последовательно в направлении от 25 к 24, пропускали раствор хлорида калия, переводя при этом катионит в колонне 24 в K-форму, а в колонне 23 - в смешанную Na,K-форму. Далее через две колонны 22 и 23, последовательно в направлении от 23 к 22, пропускали раствор хлорида калия, переводя при этом катионит в колонне 23 в K-форму, а в колонне 22 - в смешанную Na,K-форму.Then, a solution of potassium chloride was passed through two columns 24 and 25, sequentially in the direction from 25 to 24, while the cation exchange resin in column 24 was converted into K-form, and in column 23 into mixed Na, K-form. Then, through two columns 22 and 23, successively in the direction from 23 to 22, a solution of potassium chloride was passed, while the cation exchange resin in column 23 was converted into a K-form, and in column 22 into a mixed Na, K-form.

Пропуская после этого раствор нитрата аммония через колонну 24, переводили катионит в ней из K-формы в аммонийную форму.After passing after this a solution of ammonium nitrate through column 24, the cation exchange resin in it was transferred from the K-form to the ammonium form.

В итоге после завершения подготовительного этапа катионит в колоннах находился в ионных формах, показанных на фиг. 9 в первой строке, соответствующей началу первой стадии циклического процесса по второму варианту предлагаемого способа в частном случае, когда одна из операций (по обмену ионов калия и натрия) проводится в виде двух одновременно протекающих процессов:As a result, after completion of the preparatory stage, the cation exchanger in the columns was in the ionic forms shown in FIG. 9 in the first line, corresponding to the beginning of the first stage of the cyclic process according to the second variant of the proposed method in the particular case when one of the operations (for the exchange of potassium and sodium ions) is carried out in the form of two simultaneously proceeding processes:

- в колонне 21 - в Na-форме;- in column 21, in the Na form;

- в колонне 22 - в смешанной Na,K-форме;- in column 22, in mixed Na, K-form;

- в колонне 23 - в K-форме;- in the column 23 - in the K-form;

- в колонне 24 - в NH4-форме;- in column 24 — in the NH 4 form;

- в колонне 25 - в H-форме.- in column 25 - in the H-form.

Затем был проведен рабочий цикл из пяти стадий с пропусканием через колонны растворов исходных веществ (хлорида калия, нитрата аммония, ЭФК и кальцинированной соды) с чередованием колонн и подаваемых в них растворов в соответствии с фиг. 9 и промывкой колонн водой по окончании каждой стадии (кроме тех колонн, катионит в которых перед началом очередной стадии находится в смешанной ионной форме, т.е. тех, которые на предыдущей стадии были первыми в паре последовательно соединенных колонн, используемых в операциях, проводимых в виде двух одновременно протекающих процессов). Так, например, перед началом третьей стадии (фиг. 9) проводилась промывка колонн 21-24 и не проводилась промывка колонны 25.Then, a five-stage working cycle was conducted with passing through the columns solutions of the starting materials (potassium chloride, ammonium nitrate, EPA and soda ash) with alternating columns and the solutions supplied to them in accordance with FIG. 9 and washing the columns with water at the end of each stage (except for those columns in which the cation exchange resin is in mixed ionic form before the start of the next stage, i.e., those that were the first in a pair of series-connected columns used in the operations carried out in the previous stage in the form of two simultaneously proceeding processes). So, for example, before the start of the third stage (Fig. 9), columns 21-24 were flushed and columns 25 were not flushed.

Режимы и скорости пропускания растворов через колонны на каждой стадии рабочего цикла:Modes and speed of transmission of solutions through the columns at each stage of the working cycle:

- раствор 5% соды (всего 9000 л) из емкости 9 пропускали через соответствующую колонну в направлении снизу вверх со скоростью 6330 л/ч. При этом первую порцию в 500 л выходящей из колонны жидкости (воды из свободного объема) направляли в емкость 10 для оборотной воды, а остальную часть направляли на доукрепление и приготовление раствора соды (на фиг. 8 не показано). По окончании этих операций из емкости 10 в направлении сверху вниз (с той же скоростью) через соответствующую колонну пропускали воду и вытесняли раствор неизрасходованной соды, всего 400 л, и возвращали его в емкость 9;- a solution of 5% soda (total 9000 l) from the tank 9 was passed through the corresponding column in the direction from bottom to top at a speed of 6330 l / h. In this case, the first portion of 500 l of liquid leaving the column (water from the free volume) was sent to a tank 10 for circulating water, and the rest was directed to the strengthening and preparation of a soda solution (not shown in Fig. 8). At the end of these operations from the tank 10 in the direction from top to bottom (at the same speed), water was passed through the corresponding column and the solution of unspent soda was displaced, a total of 400 l, and returned to tank 9;

- операцию обработки раствором хлорида калия катионита в двух последовательно расположенных колоннах (первая по ходу потока колонна - в смешанной Na,K-форме, вторая - в Na-форме) проводили пропусканием через них 1400 л раствора хлорида калия (в направлении снизу вверх) из емкости 5 со скоростью 1200 л/ч. При этом первые порции выходящей из второй колонны жидкости, представляющей собой воду, находившуюся там в свободном объеме (всего 400 л), направляли в емкость 10; затем, следующую порцию в 1000 л выходящего из хвостовой колонны чистого раствора хлорида натрия направляли в емкость 6. Далее через переднюю колонну, перешедшую в K-форму, пропускали по 400 л воды из емкости 10 (сверху вниз) с той же скоростью, вытесняя раствор хлорида калия (400 л) из свободного объема и возвращая его в емкость 5;- the operation of treating a solution of potassium chloride with cation exchange resin in two successive columns (the first column along the stream in mixed Na, K-form, the second in Na-form) was carried out by passing through them 1400 l of potassium chloride solution (from the bottom up) capacity 5 with a speed of 1200 l / h. In this case, the first portions of the liquid leaving the second column, which is water, which was in the free volume there (400 l in total), were sent to a container 10; then, the next batch of 1000 l of pure sodium chloride leaving the tail column was sent to tank 6. Next, 400 l of water from tank 10 (from top to bottom) was passed through the front column, which transferred to the K-form, at the same speed, displacing the solution potassium chloride (400 l) from the free volume and returning it to the tank 5;

- пропускание экстракционной фосфорной кислоты через любую из колонн на соответствующей стадии осуществляли следующим образом: из емкости 7 перекачивали 1335 л 20,8% очищенной ЭФК (см. таблицу 1) снизу вверх через колонну так, что 400 л воды, находившейся в свободном объеме колонны, попадали в емкость 10, а 935 л суспензии - через фильтр Ф и далее - фильтрат - в емкость Е. Скорость перекачивания держали равной 4005 л/ч. При этих условиях слой катионита становился псевдоожиженным. Не прекращая прокачивания, так переключали клапаны и работающие насосы установки по схеме фиг. 8, что проводилось прокачивание при той же скорости потока в циркуляционном режиме из емкости Е обратно в эту же емкость в течение 31 мин. Затем переключали клапаны таким образом, что объем раствора полученного целевого продукта, равный 935 л перекачивали в емкость 13 для дополнительного целевого продукта. Далее из емкости 10 в колонну подавали (со скоростью 1200 л/ч, но сверху вниз) воду объемом 500 л, а вытесненный из колонны раствор продукта (500 л) подавали в емкость 8;- passing extraction phosphoric acid through any of the columns at the appropriate stage was carried out as follows: 1335 l of 20.8% purified EPA were pumped from tank 7 (see table 1) from bottom to top through the column so that 400 l of water in the free volume of the column , fell into a container of 10, and 935 l of suspension through a filter F and then the filtrate into a container E. The pumping rate was kept at 4005 l / h. Under these conditions, the cation exchanger layer became fluidized. Without stopping the pumping, the valves and operating pumps of the installation were switched according to the scheme of FIG. 8, that pumping was carried out at the same flow rate in a circulating mode from tank E back to the same tank for 31 minutes. Then the valves were switched so that the volume of the solution of the obtained target product equal to 935 l was pumped into the tank 13 for an additional target product. Then, from a container 10, water (500 l) was fed into the column (at a rate of 1200 l / h, but from top to bottom), and the product solution displaced from the column (500 l) was supplied to container 8;

- операцию обработки каждой из колонн в K-форме 21,2% раствором нитрата аммония на соответствующих стадиях осуществляли следующим образом: прокачивали через нее 1486 л раствора нитрата аммония (в направлении снизу вверх) из емкости 11 со скоростью 1257 л/ч. При этом первые порции выходящей из колонн жидкости, представляющей собой воду, находившуюся там в свободном объеме (400 л), направляли в емкость 10, затем, следующие порции по 1085 л выходящего из колонны раствора нитрата калия (с примесью хлорида калия) направляли в емкость 12. Далее через колонну пропускали по 400 л воды из емкости 10 (сверху вниз) с той же скоростью, вытесняя раствор нитрата аммония (400 л) и возвращая его в емкость 11.- the operation of processing each of the columns in the K-form with a 21.2% solution of ammonium nitrate at the appropriate stages was carried out as follows: 1486 l of ammonium nitrate solution (from the bottom up) was pumped through it from the tank 11 at a speed of 1257 l / h. In this case, the first portions of the liquid leaving the columns, which is water, located there in a free volume (400 l), were sent to a container 10, then, the next portions of 1085 liters of a solution of potassium nitrate leaving the column (mixed with potassium chloride) were sent to a container 12. Then 400 l of water were passed through the column from the tank 10 (from top to bottom) at the same speed, displacing the solution of ammonium nitrate (400 l) and returning it to the tank 11.

При каждой операции перевода катионита из H-формы в Na-форму происходило расширение его слоя от 600 л до 1000 л, свободный объем жидкости в колонне изменялся от 500 л до 400 л.During each operation of transferring cation exchange resin from the H-form to the Na-form, its layer expanded from 600 L to 1000 L, the free volume of the liquid in the column varied from 500 L to 400 L.

При каждой операции перевода катионита из K-формы в Н-форму происходило сжатие его слоя от 100 л до 60 л, свободный объем жидкости в колонне изменялся от 40 л до 50 л.During each operation of transferring cation exchange resin from the K-form to the H-form, its layer was compressed from 100 l to 60 l, the free volume of the liquid in the column varied from 40 l to 50 l.

В операциях перевода из Na-формы в K-форму объем слоя катионита и свободный объем жидкости в колонне не изменялись.In the conversion operations from the Na form to the K form, the volume of the cation exchanger layer and the free volume of liquid in the column did not change.

Длительность каждой стадии (вместе с промывкой водой) составляла 1 ч 30 мин;The duration of each stage (together with washing with water) was 1 h 30 min;

Состав полученных продуктов представлен в таблице 6.The composition of the obtained products are presented in table 6.

Figure 00000033
Figure 00000033

Представленные результаты соответствуют параметрам, известным для лучших зарубежных образцов быстрорастворимых KNO3 и МАФ.The presented results correspond to the parameters known for the best foreign samples of instant KNO 3 and MAF.

Пример 8Example 8

Проводили все операции в соответствии с примером 7, за исключением того, что использовали макропористый слабокислотный катионит с карбоксильными функциональными группами Lewatit CNP 80 (LanXess, Германия). Получали твердые полностью растворимые продукты: KNO3 с растворимостью 450 г/л при 20°С, практически не содержащий примесей, и моноаммонийфосфат (МАФ) с растворимостью не менее 330 г/л при 20°С), содержащие не менее 62% Р2О5 и суммарно не более 0,002% кальция, магния и железа.All operations were carried out in accordance with example 7, except that they used a macroporous weakly acid cation exchanger with carboxyl functional groups Lewatit CNP 80 (LanXess, Germany). Solid completely soluble products were obtained: KNO 3 with a solubility of 450 g / l at 20 ° C, practically free of impurities, and monoammonium phosphate (MAP) with a solubility of at least 330 g / l at 20 ° C) containing at least 62% P 2 About 5 and a total of not more than 0.002% of calcium, magnesium and iron.

Пример 9Example 9

Проводили все операции в соответствии с примером 7, за исключением того, что использовали гелевый слабокислотный катионит с карбоксильными функциональными группами Amberlite IRC 86 RF 80 (Rohm and Haas, США). Получали твердые полностью растворимые продукты: KNO3 с растворимостью 450 г/л при 20°С, практически не содержащий примесей, и моноаммонийфосфат (МАФ) с растворимостью не менее 330 г/л при 20°С), содержащие не менее 61,9% Р2О5, 12% аммонийного азота и суммарно не более 0,0015% кальция, магния и железа.All operations were carried out in accordance with example 7, except that they used a gel weak acid cation exchanger with carboxyl functional groups Amberlite IRC 86 RF 80 (Rohm and Haas, USA). Solid completely soluble products were obtained: KNO 3 with a solubility of 450 g / l at 20 ° C, practically free of impurities, and monoammonium phosphate (MAP) with a solubility of at least 330 g / l at 20 ° C) containing at least 61.9% P 2 About 5 , 12% ammonium nitrogen and a total of not more than 0.0015% calcium, magnesium and iron.

Пример 10Example 10

Проводили все операции в соответствии с примером 7, за исключением того, что вместо 21,2% раствора нитрата аммония использовали 17,5% раствор сульфата аммония. В ходе выполнения рабочего процесса получали два продукта: сульфат калия и моноаммонийфосфат. Характеристики получаемых продуктов показаны в таблице 7.All operations were carried out in accordance with Example 7, except that instead of a 21.2% solution of ammonium nitrate, a 17.5% solution of ammonium sulfate was used. During the workflow, two products were obtained: potassium sulfate and monoammonium phosphate. The characteristics of the resulting products are shown in table 7.

Figure 00000034
Figure 00000034

Пример 11Example 11

Проводили все операции в соответствии с примером 7 за исключением того, что вместо 25% раствора очищенной экстракционной фосфорной кислоты использовали 25% раствор серной кислоты. В ходе выполнения рабочего процесса получали два высокочистых быстрорастворимых продукта: нитрат калия (KNO3) и сульфат аммония ((NH4)2SO4) с суммарным содержанием примесей не более 0,001% в каждом из них.All operations were carried out in accordance with example 7 except that instead of a 25% solution of purified extraction phosphoric acid, a 25% solution of sulfuric acid was used. In the course of the workflow, two highly pure instant products were obtained: potassium nitrate (KNO 3 ) and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) with a total impurity content of not more than 0.001% in each of them.

Пример 12Example 12

Проводили все операции в соответствии с примером 7 за исключением того, что вместо 21,2% раствора нитрата аммония использовали 24% раствор дигидрофосфата аммония (МАФ), а вместо 25% раствора очищенной экстракционной фосфорной кислоты использовали 20% раствор серной кислоты. Кроме того, скорость пропускания растворов выбирали равной 1,55 м3/ч (вместо 1,25 м3/ч). В ходе выполнения всех операций рабочего процесса получали два высокочистых быстрорастворимых продукта: монокалийфосфат (МКФ) с суммарным содержанием примесей не более 0,01% и сульфат аммония (NH4)2SO4) с суммарным содержанием примесей не более 0,001%.All operations were carried out in accordance with example 7 except that instead of a 21.2% solution of ammonium nitrate, a 24% solution of ammonium dihydrogen phosphate (MAP) was used, and instead of a 25% solution of purified extraction phosphoric acid, a 20% solution of sulfuric acid was used. In addition, the transmission rate of the solutions was chosen equal to 1.55 m 3 / h (instead of 1.25 m 3 / h). During the performance of all operations of the working process, two highly pure instant products were obtained: monopotassium phosphate (MKF) with a total impurity content of not more than 0.01% and ammonium sulfate (NH 4 ) 2 SO 4 ) with a total impurity content of not more than 0.001%.

Источники информацииInformation sources

1. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений, Л., "Химия", 1989, 352 с.1. Pozin M.E. Technology of mineral fertilizers, L., "Chemistry", 1989, 352 p.

2. Патент РФ №2164494, опубл 27.03.2001.2. RF patent №2164494, publ. 03/27/2001.

3. Патент РФ №2261222, опубл. 27.09.2005.3. RF patent No. 2261222, publ. 09/27/2005.

4. Патент США №7601319, опубл. 13.10.2009.4. US Patent No. 7601319, publ. 10/13/2009.

5. Химическая технология неорганических веществ / Под ред. Т.Г. Ахметова, в двух книгах, М., "Высшая школа", 2002, кн. 1, 688 с.5. Chemical technology of inorganic substances / Ed. T.G. Akhmetova, in two books, M., "Higher School", 2002, Prince. 1, 688 s.

6. Патент РФ №2369585, опубл. 10.10.2009.6. RF patent No. 2369585, publ. 10/10/2009.

7. Патент США №3393044, опубл. 16.07.1968.7. US Patent No. 3393044, publ. 07/16/1968.

8. Патент США №4836995, опубл. 06.06.1989.8. US Patent No. 4836995, publ. 06/06/1989.

9. Авторское свидетельство СССР №1248650, опубл. 07.08.1986.9. Copyright certificate of the USSR No. 1248650, publ. 08/07/1986.

10. Патент РФ №2201414, опубл. 27.03.2003.10. RF patent No. 2201414, publ. 03/27/2003.

11. Патент РФ №2452685, опубл. 10.06.2012.11. RF patent No. 2452685, publ. 06/10/2012.

12. Патент РФ №2544731, опубл. 20.03.2015.12. RF patent No. 2544731, publ. 03/20/2015.

13. Патент РФ №2434679, опубл. 27.11.2011.13. RF patent No. 2434679, publ. 11/27/2011.

14. Хамизов Р.Х. Сорбционный метод "удерживания кислоты". Некоторые технологические возможности по разделению электролитов. Сорбционные и хроматографические процессы. 2013. Т. 13. Вып. 5. С. 600-604.14. Khamizov R.Kh. Sorption method of "acid retention". Some technological possibilities for the separation of electrolytes. Sorption and chromatographic processes. 2013.V. 13. Vol. 5.P. 600-604.

Claims (26)

1. Способ получения растворимых бесхлорных калийных удобрений, представляющий собой циклический процесс, включающий проведение в каждом цикле последовательности операций, являющихся реакциями ионного обмена, осуществляемыми в одной или нескольких ионообменных колоннах с использованием в каждой из них слоя одинакового для всех операций катионита, находящегося перед началом каждой операции в ионной форме для данной операции, каждая операция включает обработку катионита раствором, являющимся исходным веществом указанного циклического процесса для данной операции, получение продукта данной операции и перевод катионита в другую ионную форму для очередной операции указанной последовательности, при этом одна из операций указанной последовательности включает обработку катионита, находящегося перед началом этой операции в Na-форме, раствором хлорида калия в качестве первого исходного вещества указанного циклического процесса, перевод катионита в K-форму и получение раствора хлорида натрия, отличающийся тем, что в качестве катионита, одинакового для всех проводимых в указанном циклическом процессе операций, используют слабокислотный катионит, после упомянутой операции, включающей обработку катионита раствором хлорида калия, осуществляют операцию с участием в качестве второго исходного вещества указанного циклического процесса раствора бесхлорной кислородсодержащей кислоты, включающую обработку этим раствором полученного в предыдущей операции катионита в K-форме, слой которого поддерживают в состоянии псевдоожижения, с переводом его в Н-форму и получением суспензии, содержащей целевой продукт в виде калиевой соли указанной бесхлорной кислородсодержащей кислоты, а также фильтрацию или центрифугирование получаемой суспензии для очистки ее от малорастворимых примесей, далее продолжают обработку катионита в указанном поддерживаемом в состоянии псевдоожижения слое, используя для нее полученную суспензию, подвергнутую фильтрации или центрифугированию, и повторяют такую обработку и следующие за ней фильтрацию или центрифугирование получаемой суспензии несколько раз, затем осуществляют операцию с участием дополнительного исходного вещества указанного циклического процесса в виде раствора натриевой щелочи или кальцинированной соды, которым обрабатывают полученный в предыдущей операции катионит в Н-форме, переводя его в Na-форму для первой из перечисленных операций и создавая тем самым возможность циклического продолжения указанного процесса.1. The method of producing soluble chlorine-free potash fertilizers, which is a cyclic process, which involves performing in each cycle a sequence of operations that are ion exchange reactions carried out in one or more ion-exchange columns using each layer of the same cation exchange resin, which is located before all each operation in ionic form for this operation, each operation includes the treatment of cation exchange resin with a solution, which is the starting material of the specified cyclic the process for this operation, obtaining the product of this operation and transferring the cation exchange resin into another ionic form for the next operation of the specified sequence, while one of the operations of the specified sequence includes processing the cation exchange resin, which is in the Na-form before starting this operation, with a solution of potassium chloride as the first initial substances of the specified cyclic process, the conversion of cation exchanger to the K-form and obtaining a solution of sodium chloride, characterized in that as cation exchanger, the same for all carried out in In this cyclic process of operations, a weakly acidic cation exchange resin is used, after the mentioned operation, which includes treating the cation exchange resin with a potassium chloride solution, an operation is carried out with the participation of a chlorine-free oxygen-containing acid solution as the second starting material of the cyclic process, including processing of the cation exchange resin obtained in the previous operation in the K form , the layer of which is maintained in a fluidized state, with its translation in the H-form and obtaining a suspension containing the target product in de potassium salt of the indicated chlorine-free oxygen-containing acid, as well as filtering or centrifuging the resulting suspension to purify it from sparingly soluble impurities, then continue to process the cation exchange resin in the specified fluidized bed, using the resulting suspension, filtered or centrifuged, and repeat this treatment and subsequent filtration or centrifugation of the resulting suspension several times, then an operation is performed with the participation of an additional initial of the substance of the indicated cyclic process in the form of a solution of sodium alkali or soda ash, which is used to process the cation exchange resin obtained in the previous operation in the H-form, converting it into the Na-form for the first of these operations and thereby creating the possibility of the cyclical continuation of the specified process. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве второго исходного вещества указанного циклического процесса используют раствор технической серной кислоты, включая контактную, башенную и регенерированную, и получают суспензию, содержащую целевой продукт в виде сульфата калия.2. The method according to p. 1, characterized in that as a second starting material of the indicated cyclic process, a solution of technical sulfuric acid is used, including contact, tower and regenerated, and a suspension is obtained containing the target product in the form of potassium sulfate. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве второго исходного вещества указанного циклического процесса используют раствор азотнокислой вытяжки, полученный азотнокислым разложением фосфатного сырья и содержащий фосфорную кислоту с примесью азотной кислоты, предварительно очищенный сорбционным методом удерживания кислоты, и получают суспензию, содержащую целевой продукт в виде смеси нитрата и фосфата калия.3. The method according to p. 1, characterized in that as the second starting material of the indicated cyclic process, a solution of nitric acid extract obtained by nitric acid decomposition of phosphate raw materials and containing phosphoric acid mixed with nitric acid, previously purified by sorption method of acid retention, and receive a suspension, containing the target product in the form of a mixture of potassium nitrate and phosphate. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве второго исходного вещества указанного циклического процесса используют раствор экстракционной фосфорной кислоты, предварительно очищенный либо сорбционным методом удерживания кислоты, либо экстракционным способом с помощью органических реагентов, и получают суспензию, содержащую целевой продукт в виде фосфата калия.4. The method according to p. 1, characterized in that as the second starting material of the indicated cyclic process, an extraction phosphoric acid solution is used, previously purified either by the sorption method of acid retention or by the extraction method using organic reagents, and a suspension is obtained containing the target product in form of potassium phosphate. 5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что указанный циклический процесс проводят в несколько стадий в каждом цикле и на каждой стадии указанные операции осуществляют в трех одновременно работающих ионообменных колоннах с одинаковым катионитом, но в трех разных ионных формах перед началом операции - Na-форме, K-форме и Н-форме, с чередованием от стадии к стадии этих ионных форм и подаваемых в ионообменные колонны растворов, являющихся исходными веществами указанного циклического процесса для соответствующих операций.5. The method according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the cyclic process is carried out in several stages in each cycle and at each stage these operations are carried out in three simultaneously operating ion-exchange columns with the same cation exchange resin, but in three different ionic forms before the operation - Na-form, K -form and H-form, alternating from stage to stage of these ionic forms and the solutions supplied to the ion exchange columns, which are the starting materials of the indicated cyclic process for the corresponding operations. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что соотношение скоростей пропускания растворов указанных исходных веществ через ионообменные колонны подбирают так, чтобы моменты окончания операций обработки катионита во всех ионообменных колоннах на каждой стадии цикла совпадали друг с другом.6. The method according to p. 5, characterized in that the ratio of the transmission rates of the solutions of these starting materials through the ion-exchange columns is selected so that the moments of completion of the processing of cation exchange resin in all ion-exchange columns at each stage of the cycle coincide with each other. 7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что по окончании каждой из указанных операций ионообменную колонну, содержащую подвергавшийся обработке в данной операции катионит и оставшийся после этой обработки электролит, промывают водой, вытесняя ею указанный электролит, а воду, оставшуюся в ионообменной колонне после промывки, вытесняют в начале очередной операции подаваемым в данную колонну раствором, являющимся исходным веществом указанного циклического процесса для этой очередной операции.7. The method according to p. 5, characterized in that at the end of each of these operations, the ion-exchange column containing the cation exchanger treated in this operation and the electrolyte remaining after this treatment are washed with water, displacing the indicated electrolyte, and the water remaining in the ion-exchange column after washing, they are displaced at the beginning of the next operation by the solution supplied to this column, which is the starting material of the indicated cyclic process for this next operation. 8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что соотношение скоростей пропускания растворов указанных исходных веществ через ионообменные колонны подбирают так, чтобы моменты окончания операций обработки катионита во всех ионообменных колоннах на каждой стадии цикла совпадали друг с другом.8. The method according to p. 7, characterized in that the ratio of the transmission rates of the solutions of these starting materials through the ion exchange columns is selected so that the moments of completion of the processing of cation exchange resin in all ion exchange columns at each stage of the cycle coincide with each other. 9. Способ по п. 5, отличающийся тем, что операцию с участием раствора хлорида калия в качестве первого исходного вещества указанного циклического процесса проводят в виде двух одновременно протекающих процессов в двух последовательно соединенных ионообменных колоннах, используя для этого еще одну ионообменную колонну дополнительно к трем указанным и осуществляя в первом из этих двух одновременно протекающих процессов обработку раствором хлорида калия катионита, находящегося перед началом данной операции в первой из указанных последовательно соединенных ионообменных колонн в смешанной Na,K-форме, получение раствора, являющегося результатом указанной обработки, и перевод катионита в этой ионообменной колонне из указанной смешанной ионной формы в чистую K-форму, а во втором процессе осуществляют обработку раствором, получаемым в первом процессе, катионита, находящегося перед началом данной операции во второй из указанных последовательно соединенных ионообменных колонн в чистой Na-форме, получают раствор хлорида натрия и переводят катионит из Na-формы в указанную смешанную Na,K-форму.9. The method according to p. 5, characterized in that the operation involving a solution of potassium chloride as the first starting material of the specified cyclic process is carried out in the form of two simultaneously proceeding processes in two series-connected ion-exchange columns, using for this another ion-exchange column in addition to three indicated and carrying out in the first of these two simultaneously proceeding processes the treatment with a solution of potassium chloride of cation exchanger, which is located before the beginning of this operation in the first of the following of properly connected ion-exchange columns in a mixed Na, K-form, obtaining a solution resulting from this treatment, and converting the cation exchange resin in this ion-exchange column from the specified mixed ionic form into a pure K-form, and in the second process, the solution obtained in the first process is processed , cation exchange resin, which is located before the start of this operation in the second of these series-connected ion-exchange columns in pure Na-form, a solution of sodium chloride is obtained and cation exchange resin is transferred from the Na-form to the specified mixed u Na, K-form. 10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что по окончании каждой стадии каждую ионообменную колонну, содержащую катионит в чистой ионной форме, промывают водой, вытесняя ею находящийся в данной колонне электролит, а воду, оставшуюся в колонне после промывки, вытесняют раствором, подаваемым в колонну для обработки находящегося в ней катионита на очередной стадии.10. The method according to p. 9, characterized in that at the end of each stage, each ion-exchange column containing cation exchange resin in pure ionic form is washed with water, displacing the electrolyte in the column, and the water remaining in the column after washing is displaced with a solution, fed into the column for processing the cation exchanger located in it at the next stage. 11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что соотношение скоростей пропускания растворов указанных исходных веществ через ионообменные колонны подбирают так, чтобы моменты окончания операций обработки катионита во всех ионообменных колоннах на каждой стадии цикла совпадали друг с другом.11. The method according to p. 9, characterized in that the ratio of the transmission rates of the solutions of these starting materials through the ion exchange columns is selected so that the moments of completion of the processing of cation exchange resin in all ion exchange columns at each stage of the cycle coincide with each other. 12. Способ получения растворимых бесхлорных калийных удобрений, представляющий собой циклический процесс, включающий проведение в каждом цикле последовательности операций, являющихся реакциями ионного обмена, осуществляемыми в одной или нескольких ионообменных колоннах с использованием в каждой из них слоя одинакового для всех операций катионита, находящегося перед началом каждой операции в ионной форме для данной операции, каждая операция включает обработку катионита раствором, являющимся исходным веществом указанного циклического процесса для данной операции, получение продукта данной операции и перевод катионита в ионную форму для очередной операции указанной последовательности, при этом одна из операций указанной последовательности включает обработку катионита, находящегося перед началом этой операции в Na-форме, раствором хлорида калия в качестве первого исходного вещества указанного циклического процесса, перевод катионита в K-форму и получение раствора хлорида натрия, отличающийся тем, что в качестве катионита, одинакового для всех проводимых в указанном циклическом процессе операций, используют слабокислотный катионит, после упомянутой операции, включающей обработку катионита раствором хлорида калия, осуществляют операцию с участием в качестве второго исходного вещества указанного циклического процесса раствора некалиевой соли бесхлорной кислородсодержащей кислоты, включающую обработку этим раствором полученного в предыдущей операции катионита в K-форме с переводом его в ионную форму катиона указанной некалиевой соли и получением суспензии, содержащей целевой продукт в виде калиевой соли указанной бесхлорной кислородсодержащей кислоты, затем осуществляют операцию с участием третьего исходного вещества указанного циклического процесса в виде раствора бесхлорной кислородсодержащей кислоты, отличной от той, раствор соли которой является вторым исходным веществом указанного циклического процесса, обрабатывают этим раствором полученный в предыдущей операции катионит в ионной форме катиона указанной некалиевой соли, слой которого поддерживают в состоянии псевдоожижения, переводят его в Н-форму и получают суспензию, содержащую дополнительный целевой продукт в виде соли, образованной катионом указанной некалиевой соли и анионом бесхлорной кислородсодержащей кислоты, раствор которой является третьим исходным веществом указанного циклического процесса, при этом осуществляют также фильтрацию или центрифугирование получаемой суспензии для очистки ее от малорастворимых примесей и далее продолжают обработку катионита в указанном поддерживаемом в состоянии псевдоожижения слое, используя для нее полученную суспензию, подвергнутую фильтрации или центрифугированию, и повторяют такую обработку и следующие за ней фильтрацию или центрифугирование получаемой суспензии несколько раз, после чего осуществляют операцию с участием дополнительного исходного вещества указанного циклического процесса в виде раствора натриевой щелочи или кальцинированной соды, которым обрабатывают полученный в предыдущей операции катионит в Н-форме, переводя его в Na-форму для первой из перечисленных операций и создавая тем самым возможность циклического продолжения указанного процесса.12. A method for producing soluble chlorine-free potassium fertilizers, which is a cyclic process, which includes in each cycle a sequence of operations that are ion exchange reactions carried out in one or more ion-exchange columns using in each of them a layer of the cation exchange resin, which is identical for all operations, located before each operation in ionic form for this operation, each operation includes the treatment of cation exchange resin with a solution, which is the starting material of the specified cyclic about the process for this operation, obtaining the product of this operation and converting the cation exchanger into ionic form for the next operation of the indicated sequence, while one of the operations of the indicated sequence includes processing the cation exchanger, which is in the Na form before the start of this operation, with a solution of potassium chloride as the first substances of the specified cyclic process, the conversion of cation exchanger to the K-form and obtaining a solution of sodium chloride, characterized in that as cation exchanger, the same for all carried out in the specified the cyclic process of operations, use weakly acidic cation exchange resin, after the mentioned operation, which includes treating the cation exchange resin with a solution of potassium chloride, carry out an operation involving a solution of non-potassium salt of a chlorine-free oxygen-containing acid as the second starting material, including treatment of the cation exchange resin obtained in the previous operation with K- form with its conversion into the ionic form of the cation of the specified non-potassium salt and obtaining a suspension containing the target product in the form of feces of a salt of said chlorine-free oxygen-containing acid, then an operation is performed with the third starting material of the indicated cyclic process in the form of a solution of chlorine-free oxygen-containing acid, different from the one whose salt solution is the second starting material of the specified cyclic process, the solution obtained in the previous operation is treated with cation exchange resin in ionic in the form of a cation of said non-potassium salt, the layer of which is maintained in a state of fluidization, it is converted into the H-form and the a suspension containing an additional target product in the form of a salt formed by a cation of said non-potassium salt and an anion of chlorine-free oxygen-containing acid, the solution of which is the third starting material of this cyclic process, while filtering or centrifuging the resulting suspension to purify it from sparingly soluble impurities and then continue processing cation exchanger in said fluidized bed, using the resulting suspension subjected to filtration or centrifugation, and this treatment is repeated and the filtration or centrifugation of the resulting suspension is carried out several times, after which an operation is carried out with the participation of an additional starting material of the indicated cyclic process in the form of a solution of sodium alkali or soda ash, which is used to process the cation exchange resin obtained in the previous operation in Н- form, translating it into the Na-form for the first of the above operations and thereby creating the possibility of cyclical continuation of the specified process. 13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что в качестве второго и третьего исходных веществ указанного циклического процесса используют растворы соответственно нитрата аммония и очищенной экстракционной фосфорной кислоты и получают суспензию, содержащую целевой продукт в виде раствора калиевой селитры, и суспензию, содержащую дополнительный продукт в виде моноаммонийфосфата.13. The method according to p. 12, characterized in that the solutions of ammonium nitrate and purified extraction phosphoric acid, respectively, are used as the second and third starting materials of the indicated cyclic process, and a suspension is obtained containing the target product in the form of a solution of potassium nitrate and a suspension containing additional product in the form of monoammonium phosphate. 14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что в качестве второго и третьего исходных веществ указанного циклического процесса используют растворы соответственно нитрата аммония и серной кислоты и получают суспензию, содержащую целевой продукт в виде нитрата калия, и суспензию, содержащую дополнительный продукт в виде сульфата аммония.14. The method according to p. 12, characterized in that the solutions of ammonium nitrate and sulfuric acid, respectively, are used as the second and third starting materials of the indicated cyclic process, and a suspension is obtained containing the target product in the form of potassium nitrate and a suspension containing an additional product in the form ammonium sulfate. 15. Способ по п. 12, отличающийся тем, что в качестве второго и третьего исходных веществ указанного циклического процесса используют растворы соответственно сульфата аммония и фосфорной кислоты и получают суспензию, содержащую целевой продукт в виде сульфата калия, и суспензию, содержащую дополнительный продукт в виде моноаммонийфосфата.15. The method according to p. 12, characterized in that the solutions of ammonium sulfate and phosphoric acid, respectively, are used as the second and third starting materials of the indicated cyclic process, and a suspension is obtained containing the target product in the form of potassium sulfate and a suspension containing an additional product in the form monoammonium phosphate. 16. Способ по п. 12, отличающийся тем, в качестве второго и третьего исходных веществ указанного циклического процесса используют растворы соответственно моноаммонийфосфата и серной кислоты и получают суспензию, содержащую целевой продукт в виде монокалийфосфата, и суспензию, содержащую дополнительный продукт в виде сульфата аммония.16. The method according to p. 12, characterized in that the solutions of monoammonium phosphate and sulfuric acid are used as the second and third starting materials of the indicated cyclic process, and a suspension containing the target product in the form of monopotassium phosphate and a suspension containing an additional product in the form of ammonium sulfate are obtained. 17. Способ по любому из пп. 12-16, отличающийся тем, что указанный циклический процесс проводят в несколько стадий в каждом цикле и на каждой стадии указанные операции осуществляют в четырех одновременно работающих ионообменных колоннах с одинаковым катионитом, но в четырех разных указанных ионных формах перед началом операции: Na-форме, K-форме, ионной форме катиона указанной некалиевой соли, раствор которой является вторым исходным веществом указанного циклического процесса, и Н-форме, с чередованием от стадии к стадии этих ионных форм и подаваемых в ионообменные колонны растворов, являющихся исходными веществами указанного циклического процесса для соответствующих операций.17. The method according to any one of paragraphs. 12-16, characterized in that the cyclic process is carried out in several stages in each cycle and at each stage these operations are carried out in four simultaneously operating ion-exchange columns with the same cation exchange resin, but in four different specified ionic forms before the operation: Na-form, K-form, the ionic form of the cation of the specified non-potassium salt, the solution of which is the second starting material of the specified cyclic process, and the H-form, alternating from stage to stage of these ionic forms and fed into the ion exchange lots of solutions, which are the starting materials of the specified cyclic process for the corresponding operations. 18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что соотношение скоростей пропускания растворов указанных исходных веществ через ионообменные колонны подбирают так, чтобы моменты окончания операций обработки катионита во всех ионообменных колоннах на каждой стадии совпадали друг с другом.18. The method according to p. 17, characterized in that the ratio of the transmission rates of the solutions of these starting materials through the ion exchange columns is selected so that the moments of completion of the processing of cation exchange resin in all ion exchange columns at each stage coincide with each other. 19. Способ по п. 17, отличающийся тем, что полученную суспензию, содержащую указанный целевой продукт, подвергают фильтрации или центрифугированию для отделения от этого продукта малорастворимых примесей.19. The method according to p. 17, characterized in that the resulting suspension containing the specified target product is subjected to filtration or centrifugation to separate poorly soluble impurities from this product. 20. Способ по п. 17, отличающийся тем, что по окончании каждой стадии каждую ионообменную колонну промывают водой, вытесняя ею находящийся в данной колонне электролит, а воду, оставшуюся в ионообменной колонне после промывки, вытесняют в начале очередной операции подаваемым в данную колонну раствором, являющимся исходным веществом указанного циклического процесса для этой очередной операции.20. The method according to p. 17, characterized in that at the end of each stage, each ion-exchange column is washed with water, displacing the electrolyte in the column, and the water remaining in the ion-exchange column after washing is displaced at the beginning of the next operation with the solution supplied to this column , which is the starting material of the indicated cyclic process for this next operation. 21. Способ по п. 19 или 20, отличающийся тем, что соотношение скоростей пропускания растворов указанных исходных веществ через ионообменные колонны подбирают так, чтобы моменты окончания операций обработки катионита во всех ионообменных колоннах на каждой стадии совпадали друг с другом.21. The method according to p. 19 or 20, characterized in that the ratio of the transmission rates of the solutions of these starting materials through the ion exchange columns is selected so that the moments of completion of the processing of cation exchange resin in all ion exchange columns at each stage coincide with each other. 22. Способ по п. 17, отличающийся тем, что операцию указанной последовательности, осуществляемую с участием первого исходного вещества, или операцию, осуществляемую с участием дополнительного исходного вещества, или обе эти операции проводят в виде двух одновременно протекающих процессов в двух последовательно соединенных ионообменных колоннах, используя дополнительно к четырем указанным еще одну ионообменную колонну для каждой из таких операций, первый из этих процессов включает обработку исходным веществом указанного циклического процесса для данной операции, катионита, находящегося перед началом данной операции в первой из указанных последовательно соединенных ионообменных колонн в смешанной ионной форме и содержащего катионит как в ионной форме для данной операции, так и в ионной форме для очередной операции указанной последовательности, получение раствора, являющегося результатом этой обработки, и перевод катионита из указанной смешанной ионной формы в чистую ионную форму для очередной операции указанной последовательности, а второй процесс включает обработку раствором, получаемым в первом процессе, катионита, находящегося перед началом данной операции во второй из указанных последовательно соединенных ионообменных колонн в ионной форме для данной операции, получение продукта этой операции и перевод катионита в указанную смешанную ионную форму для использования на следующей стадии указанного циклического процесса.22. The method according to p. 17, characterized in that the operation of the specified sequence, carried out with the participation of the first starting material, or the operation carried out with the participation of the additional starting material, or both of these operations are carried out in the form of two simultaneously proceeding processes in two series-connected ion-exchange columns using in addition to the four indicated another ion-exchange column for each of these operations, the first of these processes includes the processing of the specified cyclic ocesa for this operation, cation exchange resin, located before the start of this operation in the first of the indicated series-connected ion-exchange columns in mixed ionic form and containing cation exchange resin both in ionic form for this operation and in ionic form for the next operation of the indicated sequence, obtaining a solution which is the result of this treatment, and the conversion of cation exchange resin from the specified mixed ionic form into a pure ionic form for the next operation of the specified sequence, and the second process includes processing to the solution obtained in the first process, cation exchange resin, which is before the start of this operation in the second of these series-connected ion-exchange columns in ionic form for this operation, obtaining the product of this operation and converting the cation exchange resin to the specified mixed ionic form for use in the next stage of the specified cyclic process . 23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что в виде двух последовательно протекающих процессов проводят операцию, осуществляемую с участием первого исходного вещества указанного циклического процесса - раствора хлорида калия, при этом в первом из указанных двух процессов осуществляют обработку раствором хлорида калия катионита, находящегося перед началом данной операции в первой из двух используемых в этой операции ионообменных колонн в первой смешанной ионной форме и содержащего катионит как в Na-форме, так и в К-форме, получают раствор, являющийся результатом этой обработки, и переводят катионит в чистую К-форму, а во втором процессе обрабатывают раствором, получаемым в первом процессе, катионит, находящийся перед началом данной операции во второй из двух используемых в этой операции ионообменных колонн в чистой Na-форме, получают хлорид натрия и переводят катионит в указанную первую смешанную ионную форму.23. The method according to p. 22, characterized in that in the form of two successive processes carry out an operation carried out with the participation of the first starting material of the specified cyclic process - a solution of potassium chloride, while in the first of these two processes carry out the treatment with a solution of potassium chloride of cation exchanger, located before the start of this operation in the first of two ion-exchange columns used in this operation in the first mixed ionic form and containing cation exchange resin in both Na-form and K-form, a solution is obtained that is resulting from this treatment, and the cation exchange resin is converted into a pure K-form, and in the second process it is treated with the solution obtained in the first process, the cation exchange resin, which is before the start of this operation in the second of the two ion-exchange columns used in this operation, in pure Na-form, is obtained sodium chloride and the cation exchange resin is converted to said first mixed ionic form. 24. Способ по п. 22 или 23, отличающийся тем, что соотношение скоростей пропускания растворов указанных исходных веществ через ионообменные колонны подбирают так, чтобы моменты окончания операций обработки катионита во всех ионообменных колоннах на каждой стадии совпадали друг с другом.24. The method according to p. 22 or 23, characterized in that the ratio of the transmission rates of the solutions of these starting materials through the ion exchange columns is selected so that the moments of completion of the processing of cation exchange resin in all ion exchange columns at each stage coincide with each other. 25. Способ по п. 22 или 23, отличающийся тем, что по окончании каждой стадии каждую ионообменную колонну, содержащую катионит в чистой ионной форме, промывают водой, вытесняя ею находящийся в данной колонне электролит, а воду, оставшуюся в колонне после промывки, вытесняют раствором, подаваемым в колонну для обработки находящегося в ней катионита на очередной стадии.25. The method according to p. 22 or 23, characterized in that at the end of each stage, each ion-exchange column containing cation exchange resin in pure ionic form is washed with water, displacing the electrolyte in the column, and the water remaining in the column after washing is displaced the solution supplied to the column for processing the cation exchanger located in it at the next stage. 26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что соотношение скоростей пропускания растворов указанных исходных веществ через ионообменные колонны подбирают так, чтобы моменты окончания операций обработки катионита во всех ионообменных колоннах на каждой стадии совпадали друг с другом.26. The method according to p. 25, characterized in that the ratio of the transmission rates of the solutions of these starting materials through the ion-exchange columns is selected so that the moments of completion of the processing of cation exchange resin in all ion-exchange columns at each stage coincide with each other.
RU2016151367A 2016-12-27 2016-12-27 Method for obtaining soluble chlorine free potassium fertilizers (versions) RU2655211C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151367A RU2655211C1 (en) 2016-12-27 2016-12-27 Method for obtaining soluble chlorine free potassium fertilizers (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151367A RU2655211C1 (en) 2016-12-27 2016-12-27 Method for obtaining soluble chlorine free potassium fertilizers (versions)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2655211C1 true RU2655211C1 (en) 2018-05-24

Family

ID=62202629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016151367A RU2655211C1 (en) 2016-12-27 2016-12-27 Method for obtaining soluble chlorine free potassium fertilizers (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2655211C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2685104C1 (en) * 2018-11-08 2019-04-16 Общество с ограниченной ответственностью "НьюКем Текнолоджи" Ion-exchange apparatus (versions)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3956115A (en) * 1969-10-11 1976-05-11 Institutul De Proiectari Pentru Industria Chimica Anorganica Si A Ingrasamintelor Process for the regeneration of ion-exchange resins and applications thereof
SU939396A1 (en) * 1980-04-29 1982-06-30 Азербайджанский Инженерно-Строительный Институт Process for softening water for desalination and refilling of thermal utility network
RU2201414C2 (en) * 1998-07-30 2003-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Вибростром" Method of manufacturing chlorine-free potassium mineral fertilizers

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3956115A (en) * 1969-10-11 1976-05-11 Institutul De Proiectari Pentru Industria Chimica Anorganica Si A Ingrasamintelor Process for the regeneration of ion-exchange resins and applications thereof
SU939396A1 (en) * 1980-04-29 1982-06-30 Азербайджанский Инженерно-Строительный Институт Process for softening water for desalination and refilling of thermal utility network
RU2201414C2 (en) * 1998-07-30 2003-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Вибростром" Method of manufacturing chlorine-free potassium mineral fertilizers

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2685104C1 (en) * 2018-11-08 2019-04-16 Общество с ограниченной ответственностью "НьюКем Текнолоджи" Ion-exchange apparatus (versions)
WO2020096481A1 (en) * 2018-11-08 2020-05-14 Ооо "Ньюкем Текнолоджи" Ion exchange apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11919792B2 (en) Treatment of phosphate-containing wastewater with fluorosilicate and phosphate recovery
CN100558633C (en) The method for preparing PHOSPHORIC ACID TECH.GRADE, food grade phosphoric acid and industrial monoammonium phosphate with phosphoric acid by wet process
RU2608017C1 (en) Method of producing soluble chlorine-free potash fertilizers (variants)
RU2462414C2 (en) Phosphorus extraction
RU2416654C1 (en) Procedure for extraction of rare earth elements from phospho-gypsum
US2660558A (en) Method for the purification of water by ion exchange
Ghara et al. Production of pure potassium salts directly from sea bittern employing tartaric acid as a benign and recyclable K+ precipitant
CN101421193A (en) An effluent treatment process
CN100503440C (en) Process of preparing potassium sulfate with potassium containing bittern of magnesium sulfate subtype
RU2543160C2 (en) Method of sulphuric acid decomposition of rem-containing phosphate raw material
EP3728136A1 (en) Chemical processing of struvite
RU2655211C1 (en) Method for obtaining soluble chlorine free potassium fertilizers (versions)
US7887707B2 (en) Regeneration of water treatment substrates
RU2491362C1 (en) Method of extracting rare-earth metals from phosphogypsum
US3679580A (en) Process for the de-ionization of aqueous saline solutions
RU2608033C1 (en) Method of producing scandium oxide
RU2520877C1 (en) Method of processing phosphogypsum for production of concentrate of rare earth metals and gypsum
CN102826574A (en) Method for extracting potassium from sea water by using continuous ion exchange method
SE1950734A1 (en) Decomposition of struvite
RU2544731C2 (en) Method of extracting rare earth elements from extraction phosphoric acid
WO1997027170A1 (en) A process for producing glutamic acid
RU2504593C1 (en) Method of processing phosphogypsum
RU2201414C2 (en) Method of manufacturing chlorine-free potassium mineral fertilizers
RU2682620C1 (en) Method of processing natural brackish waters with production of solutions of mineral fertilizers, plant for realizing said method and ion-exchange unit
RU2680050C1 (en) Method of processing natural saltish water with obtaining solutions of complex mineral fertilizers and installation for its implementation (options)