处理钾碱的方法.pdf

本发明公开了一种分离氯化钾和氯化钠的方法，所述方法从这些盐的加热的溶液，例如得自钾碱矿的溶液中分离氯化钾和氯化钠，以从所述矿回收氯化钾。所述方法包括以下步骤的组合：(a)使用膜系统从含有氯化钾和氯化钠的加热的溶液提取水以及(b)随后冷却从所述膜系统排出的溶液，借助于步骤(a)和(b)，使得从所述溶液选择性地回收氯化钾和氯化钠成为可能。

1.  一种分离氯化钾和氯化钠的方法，所述方法是从这些盐的加热的溶液分离氯化钾和氯化钠，所述方法包括以下步骤：
(a)形成源自于一适当源的含有氯化钾和氯化钠的加热的溶液；
(b)使所述溶液通过膜系统和从所述溶液移除水，并由此将所述溶液中氯化钠的浓度提高到所述盐在所述溶液的温度的溶解度以上并从所述溶液沉淀氯化钠；
(c)从所述溶液分离沉淀的氯化钠；
(d)冷却所述溶液并由此将氯化钾的溶解度降低到在所述溶液中氯化钾的浓度以下，并由此从所述溶液沉淀氯化钾；以及
(e)从所述溶液分离氯化钾。

2.  如权利要求1所述的方法，其中所述形成含有氯化钾和氯化钠的加热的溶液的步骤(a)包括通过溶解开采的地表钾碱矿或经由溶液开采法形成所述溶液，所述溶液开采法涉及将加热的水或对于氯化钾和氯化钠不饱和的加热的溶液注射到钾碱矿体中并溶解地下钾碱矿。

3.  如权利要求1或2所述的方法，其中所述步骤(a)包括在至少50℃的温度形成所述溶液。

4.  如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述步骤(a)包括在至少60℃的温度形成所述溶液。

5.  如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述步骤(a)包括在小于90℃的温度形成所述溶液。

6.  如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述步骤(a)包括在小于80℃的温度形成所述溶液。

7.  如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述步骤(b)包括控制从所述溶液的水移除以控制水移除，以沉淀所选尺寸的氯化钠晶体。

8.  如前述任一项权利要求所述的方法，包括在所述氯化钾分离步骤(e)之后将剩下的溶液再循环到所述方法。

9.  如权利要求8所述的方法，包括在将所述溶液再循环到所述方法之前加热所述剩下的溶液。

10.  如权利要求8或9所述的方法，包括在将所述剩下的溶液再循环到所述方法之前通过与供应给步骤(d)的溶液热交换而加热所述剩下的溶液，并由此冷却所述溶液以沉淀氯化钾。

11.  如前述任一项权利要求所述的方法，包括合并(i)所述氯化钾分离步骤(e)之后所述剩下的溶液和(ii)在步骤(b)中从所述溶液移除的水，加热所述合并的溶液，并在步骤(a)中使用所述加热的合并的溶液，并形成所述含有氯化钾和氯化钠的加热的溶液。

12.  一种分离氯化钾和氯化钠的方法，所述方法是从所述盐的加热的溶液中分离氯化钾和氯化钠，包括以下步骤的组合：(a)使用膜系统从含有氯化钾和氯化钠的加热的溶液提取水以及(b)随后冷却从所述膜系统排出的溶液，借以步骤(a)和(b)使得从所述溶液选择性地回收氯化钾和氯化钠成为可能。

13.  如权利要求12所述的方法，还包括从所述溶液选择性地回收氯化钾和氯化钠。

14.  一种分离氯化钾、氯化钠和氯化镁的方法，所述方法是从含有这些盐的加热的溶液中分离氯化钾、氯化钠和氯化镁，包括如下步骤的组合：(a)使用膜系统从含有氯化钾、氯化钠和氯化镁的加热的溶液提取水以及(b)随后冷却从所述膜系统排出的所述溶液，借以步骤(a)和(b)使得从所述溶液选择性地回收氯化钾、氯化钠和氯化镁成为可能。

15.  如权利要求14所述的方法，还包括从所述溶液选择性地回收氯化钾、氯化钠和氯化镁。

处理钾碱的方法
本发明涉及分离氯化钾和氯化钠的方法，所述方法是从这些盐的加热的溶液分离氯化钾和氯化钠。
本发明特别(尽管绝不仅仅)涉及处理钾碱矿，例如含有钾碱矿物例如钾石盐(钾盐(KCl)和岩盐(NaCl)的混合物)的矿，以从所述矿回收氯化钾。
所述溶解-结晶(或热浸)法是用于从钾碱矿回收氯化钾的一种已知方法。
在所述溶解-结晶方法中，钾碱矿被粉碎并清洗，从所述清洗的矿中移除粘土，并加热所得到的净化的溶液，由此从所述清洗的矿溶解氯化钾和氯化钠。
在所述溶解-结晶方法中的一种下游处理选择包含从所述加热的溶液蒸发水并由此引起氯化钾和氯化钠从溶液的沉淀作用。然后沉淀的氯化钾和氯化钠在随后的浮选步骤中彼此分离。
另一种下游处理选择利用氯化钾在热水中比在冷水中易溶许多，而氯化钠在热水(举例来说100℃的水)中仅比在冷水(举例来说20℃的水)中略微易溶的事实。因此，在对氯化钾和氯化钠二者均饱和的溶液中，在较高温度时氯化钠较难溶。
该其他的下游处理选择包含在蒸发作用过程中通过限制蒸发的程度选择性地沉淀氯化钠(利用在较高温度时氯化钠相比于氯化钾的较低溶解度)并在从所述溶液分离沉淀的氯化钠之后，冷却所述溶液并从所述溶液沉淀氯化钾(利用氯化钾在较低温度时相比于在较高温度时的较低溶解度)。
在以上两种处理选择中，所述蒸发的水损失了，而这是不合期望的。
另外，在以上两种处理选择中，存在与加热处理溶液相关联的高能量消耗，而这是不合期望的。
上述讨论在澳大利亚和其他地方并未被作为公知常识准许使用。
本发明的一个目的是提供用于从氯化钾源(例如钾碱矿)回收氯化钾的另一种方法，所述方法不包含从使用水蒸发步骤的过程流中完全移除水，并由此避免了通过蒸发作用从所述方法损失水。
本发明基于这样的认识，即(a)使用膜系统从含有氯化钾和氯化钠的加热的溶液提取水和(b)随后冷却从所述膜系统排出的所述溶液的这样的组合是从所述溶液回收氯化钾和氯化钠的有效方法。
概括来讲，本发明是分离氯化钾和氯化钠的方法，所述方法是从这些盐的加热的溶液分离氯化钾和氯化钠，包含以下步骤的组合：(a)使用膜系统从含有氯化钾和氯化钠的加热的溶液提取水和(b)随后冷却从所述膜系统排出的所述溶液，借以步骤(a)和(b)使得从所述溶液选择性地回收氯化钾和氯化钠成为可能。相应地，概括来讲，所述方法还包含从所述溶液选择性地回收氯化钾和氯化钠。
根据本发明，提供了一种分离氯化钾和氯化钠的方法，所述方法是从这些盐的加热的溶液分离氯化钾和氯化钠，包含以下步骤：
(a)从钾碱矿形成含有氯化钾和氯化钠的加热的溶液；
(b)使所述溶液通过膜系统和从所述溶液移除水，并由此将所述溶液中氯化钠的浓度提高到所述盐在所述溶液的温度的溶解度以上以及从所述溶液沉淀氯化钠；
(c)从所述溶液分离所述沉淀的氯化钠；
(d)冷却所述溶液并由此降低氯化钾的溶解度到氯化钾在所述溶液中的浓度以下并由此从所述溶液沉淀氯化钾；以及
(e)从所述溶液分离氯化钾。
以上描述的膜系统移除水而不是通过蒸发作用，并在此基础上是有利的。此外，所述移除的水可在其他工艺步骤中使用。
形成含有氯化钾和氯化钠的加热的溶液的步骤(a)可以包含通过溶解从地表矿体开采的矿来形成所述溶液，所述矿体含有包含氯化钾和氯化钠的矿物(例如钾碱矿)，或经由溶解开采法来形成所述溶液，所述溶解开采法涉及将加热的水或对于氯化钾和氯化钠不饱和的加热的溶液注射到矿体(例如钾碱矿体)中，并溶解所述地下矿。
所述矿体可含有其他原料，这些原料被带入溶液到所述加热的溶液中并能在使用所述膜系统的步骤(b)中被有益地加工。
举例来说，在当光卤石(KMgCl₃.6(H₂O))存在于所述钾碱矿中或与所述钾碱矿一起存在时，在其中所述矿体和其后的所述加热的溶液含有显著量，甚至到饱和水平的氯化镁的情况下，所述膜系统可有助于浓缩所述溶液并在下游方法步骤中沉淀氯化镁。
在这些情况下，所述方法可包含沉淀以及其后从所述溶液分离沉淀的氯化镁的步骤。
优选地，步骤(a)包含在至少50℃的温度形成所述溶液。
更优选地，步骤(a)包含在至少60℃的温度形成所述溶液。
步骤(a)包含在至少70℃的温度形成所述溶液是特别优选的。
优选地，步骤(a)包含在小于90℃的温度形成所述溶液。
更优选地，步骤(a)包含在小于80℃的温度形成所述溶液。
优选地，步骤(b)包含控制从所述溶液的水移除来控制水移除以沉淀所选尺寸的氯化钠晶体。
所述膜系统可以是任何适当的系统。
举例来说，所述膜系统可以是依赖于压力的亲水性或渗透性系统，在迫使压力下(例如在反渗透中)或通过利用因不同的盐浓度而造成的渗透压差(例如在法向渗透中)，在溶液之间转移水。
所述膜系统也可以是依赖于主要因温度差异而产生的蒸汽压差异的疏水性系统，以从所述溶液移除水或使用称作“膜蒸馏”的方法在溶液之间转移水。
所述膜系统也可以是疏水性和亲水性膜的组合，借此水通过膜蒸馏和渗透两者从所述溶液转移。
优选地，所述方法包含在所述氯化钾分离步骤(e)之后将所述剩下的溶液再循环到所述方法。
优选地，所述方法包含在将所述溶液再循环到所述方法之前加热所述剩下的溶液。
优选地，所述方法包含在将所述溶液再循环到所述方法之前通过与供应到步骤(d)的溶液热交换而加热所述剩下的溶液，并由此冷却所述溶液以沉淀氯化钾。
优选地，所述方法包含合并(i)在所述氯化钾分离步骤(e)之后剩下的溶液和(ii)在步骤(b)中从所述溶液移除的水，加热所述合并的溶液，并在步骤(a)中使用所述加热的合并的溶液，和形成所述含有氯化钾和氯化钠的加热的溶液。
本发明进一步通过实施例并参考附图被描述，其中：
图1是根据本发明处理钾碱矿以从所述矿回收氯化钾的方法的一个实施方案的流程图；
图2是根据本发明处理钾碱矿以从所述矿回收氯化钾的方法的另一个实施方案的流程图；以及
图3是根据本发明处理钾碱矿以从所述矿回收氯化钾的方法的另一个实施方案的流程图。
根据图1，在不高于55℃的温度对氯化钾和氯化钠饱和或接近饱和的供料溶液(在该流程图中称为“沥滤液”)被供应给疏水性膜系统(在该流程图中称为“膜蒸馏”)，借此在所述溶液通过所述膜时，水被移除出所述溶液。
所述膜系统可以是任何能够使水通过膜蒸馏或通过正或反渗透的任一种从所述溶液转移的适当的系统。这样的水转移不涉及水的蒸发作用。
所述水从所述溶液的移除将所述溶液中氯化钠的浓度提高到高于氯化钠在该温度时的溶解度极限，结果是氯化钠从所述溶液沉淀。
所述水移除的量被控制，使得优选地所述溶液中氯化钾的浓度不超过该温度时氯化钾的溶解度极限。相应地，该步骤被控制以选择性地沉淀氯化钠而不沉淀氯化钾。
沉淀的量取决于许多因素，包含所述溶液中氯化钠的初始浓度、所述溶液的温度、从所述溶液移除的水的量以及所述溶液在所述膜系统中的停留时间。
氯化钠的沉淀作用可以通过利用被称为“膜结晶”的方法被仔细控制以生成适度均一的尺寸和形状的晶体，所述膜结晶工艺使用此类膜系统是可能的。
可替换地，如果这些性质在随后的氯化钠的分离以及营销中不重要的话，则所述沉淀作用可以很大程度上不受控制。
含有来自膜系统的沉淀的氯化钠的溶液被供应给固/液分离器(在所述流程图中被称为“S/L分离作用”)且沉淀的氯化钠在该分离器中被从所述溶液分离。
所述分离器可以是任何适当的固/液分离单元。
从固/液分离器排出的所述沉淀的氯化钠按可能的需要被进一步加工。
所述从固/液分离器排出的剩下的溶液被转移到热交换器(在流程中称为“H/E冷却&结晶”)并在其通过所述热交换器时被冷却，由此将所述溶液中氯化钾的溶解度降低到所述氯化钾在所述溶液中的浓度以下并由此从所述溶液沉淀氯化钾。
通过举例的方式，所述热交换器可包含用来移除额外的水并提供一定冷却的真空蒸馏步骤，尽管该步骤能够冷却的程度受需要避免过量的氯化钠沉淀的限制，如果过量的氯化钠沉淀造成污染，而该污染会降低所述氯化钾的价值。
所述热交换器可以是任何适当的热交换器。
所述沉淀的氯化钾在下游的固/液分离器(所述流程中称为“S/L分离作用”)中被从所述溶液分离，由此完成从所述钾碱矿回收氯化钾。
所述分离器可以是任何适当的固/液分离作用单元。
所述沉淀的氯化钾按可能的需要被进一步加工。
从所述固/液分离器排出的剩下的溶液被供应给热交换器(在所述流程中称为“H/E加热”)并在其中被加热，所述剩下的溶液仍含有氯化钾和氯化钠，尽管与初始供料溶液相比浓度较低。所述热交换器可以是任何适当的热交换器。有利地，所述热交换器是用于冷却上述含有来自所述第一S/L分离步骤的氯化钾溶液的热交换器。
然后，至少部分加热的溶液被再循环到所述膜系统并被有益地用于保持所述膜系统中的温度。
所述流程的主要驱动力是在所述膜系统中保持合理的高温以避免氯化钾沉淀的需要和使总使用能量最小化的期望。
图2中所示的流程与图1的流程基本相同。
所述流程图之间的主要差异在以下讨论。
1.图2的流程在针对所述供料溶液的直到75℃的较高温度操作。
2.所述供料溶液的所述较高温度使提取较高浓度的氯化钾成为可能——比较60％对50％。
3.所述供料溶液的所述较高温度是能够将在较高温度的氯化钾分离步骤之后剩下的溶液再循环，且使得使用所述溶液的热量促成加热所述供料溶液成为可能。这在图2的流程中示出，通过再循环线路供应至少部分的所述再循环溶液给所述膜系统上游的加热步骤。
图3中所示的流程与图1的流程基本相同。
所述两个流程的主要差异在于，图3流程中所述在氯化钾分离作用和随后的热交换步骤之后剩下的加热的溶液被供应给第二膜系统(图中表示为“反渗透”)且进一步地，水，典型地33％，在所述膜系统中被从所述溶液移除。
该反渗透步骤是可能的，因为两种溶液初始时具有同样的盐浓度，并因此具有同样的渗透压，且尽管该渗透压相当高并在将允许水转移进入纯水流的渗透压以上，如在脱盐过程中那样，当两种溶液都存在有显著水平的盐时，驱使水从一种溶液转移到另一种溶液所需的压力不会过量，直到显著部分的水已被从所述溶液转移，如在所述第一膜系统(图中的“膜蒸馏”)中所发生的那样。
在不背离本发明的精神和范围下，可对以上描述的本发明的的实施方案做许多调整。
通过实施例，尽管以上描述的实施方案是在直到50和75℃的温度操作供料溶液，本发明不限于此且延伸至在任何适当的温度来供料这些溶液。
通过进一步的实施例，尽管以上描述的实施方案获得50％和60％回收率的氯化钾，本发明不因此限于这些回收率。