Способ переработки глинисто-солевых шламов, образующихся при производстве калийных удобрений

012304 Изобретение относится к способам переработки отходов производства калийных удобрений, в частности к обезвоживанию суспензии глинисто-солевых шламов, жидкая фаза которой насыщена по хлористому натрию и хлористому калию, и может быть применено в производстве калийных удобрений при разделении указанной суспензии на жидкую и твердую фазы с дальнейшим использованием жидкой фазы в технологическом процессе. Проблема хранения отходов промышленного производства калийных удобрений, в частности глинисто-солевых шламов, в стабильной и безопасной для окружающей среды форме является одной из основных при производстве калийных удобрений. Не менее важна и проблема пространства, занимаемого складируемыми отходами. В настоящее время одним из промышленно применяемых способов утилизации отходов производства калийных удобрений является раздельное складирование указанных отходов: галитовые отходы (в основном - хлорид натрия) направляют в солеотвал, шламовые отходы (суспензия глины в насыщенном растворе хлоридов натрия и калия) - в шламохранилища. В суспензии глинисто-солевых шламов жидкая фаза трудно отделяется от твердой, так как глинистые шламы тонкодисперсны и удерживают влагу капиллярными силами. Шламовая пульпа, складируемая в шламохранилищах, насыщена рассолом, который со временем отстаивается и возвращается в производственный процесс. Складирование шлама возможно только в шламохранилищах из-за наличия трудноотделяемой жидкой фазы. Строительство и эксплуатация шламохранилищ требуют весьма больших затрат. Кроме того, шламохранилища оказывают отрицательное влияние на экологическую обстановку: происходит засаливание и заболачивание почв,неэффективно используются сельскохозяйственные земли. Альтернативой складированию и хранению шламов в шламохранилищах является направление в солеотвал совместно глинистых и солевых отходов. Необходимым условием совместного складирования отходов является предварительное обезвоживание глинисто-солевых шламов на фильтрующем оборудовании для получения транспортабельных осадков с влажностью не более 15-30%. О важности данной проблемы свидетельствуют многочисленные патенты, посвященные ее решению. Описан способ обезвоживания суспензий глинисто-солевых шламов (патент РФ 2253632, опубл. 10.06.2005), включающий последовательную обработку водной суспензии двумя катионными флокулянтами, имеющими различную молекулярную массу и катионную активность, с последующим отделением твердой фазы от жидкой фазы. Недостатком указанного способа является низкая эффективность использования флокулянтов катионного типа в солевой среде, что приводит к неполному разделению суспензии. Известен способ обезвоживания осадка (заявка на выдачу патента РФ 2004128725, опубл. 10.03.2006), согласно которому в водную суспензию вводят смесь катионного и неионогенного флокулянтов при соотношении (по массе) от 3:1 до 1:1 при общем количестве смеси от 3,0 до 7,2 кг на 1000 кг твердой фазы осадка. Недостатком указанного способа является большой расход флокулянта и недостаточно высокая эффективность используемой смеси флокулянтов в связи с низкой флокулирующей способностью катионного полимера в отношении глины в солевой среде, а также в связи с возможным взаимодействием компонентов друг с другом и снижением флокулирующей способности смеси. Известен способ обезвоживания суспензий, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, на ленточном фильтр-прессе (патент РФ 2238245, опубл. 20.10.2004), включающий последовательную обработку суспензии водной добавкой, содержащей гидратированные полиионы оксидов кремния и алюминия, и флокулянтом в кислой среде (рН 3,5-4,5). Недостатком указанного способа является высокая агрегативная устойчивость системы за счет гелеобразования и структурирования твердой фазы, что снижает степень флокулообразования и ухудшает механические свойства флокул. Известен способ переработки суспензии глинисто-солевого шлама (а.с.1671337, опубл. 23.08.1991 г.), включающий обработку шлама флокулянтом-полиакриламидом при интенсивном перемешивании с последующей агломерацией в барабане-флокуляторе. Также известен способ переработки глинисто-солевого шлама калийного производства (патент РФ 2049061, опубл. 27.11.1995), согласно которому суспензию глинисто-солевого шлама в две стадии обрабатывают флокулянтомполиакриламидом в статическом смесителе (прототип). К недостаткам указанных способов относится неэффективное разделение суспензии, высокое содержание жидкой фазы в образующемся осадке (высокое соотношение жидкое:твердое (Ж:Т, а также высокое содержание флокулянта в жидкой фазе после обезвоживания, то есть неэффективное использование флокулянта. Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в разработке эффективного способа переработки суспензии глинисто-солевых шламов, образующихся в процессе обогащения калийных руд. Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в повышении степени разделения суспензии глинисто-солевого шлама на жидкую фазу и твердую фазу и снижении содержания флокулянта в жидкой фазе после разделения, что приводит к увеличению эффективности использования флокулянта. Поставленная задача решается заявляемым способом переработки глинисто-солевых шламов, обра-1 012304 зующихся при производстве калийных удобрений (обогащении калийных руд), который включает обработку суспензии глинисто-солевого шлама с соотношением жидкость:твердое (Ж:Т) от 1,2 до 3,0 раствором флокулянта (стадию кондиционирования), перемешивание суспензии с раствором флокулянта в динамическом миксере при числе оборотов от 100 до 4000 об./мин, последующее разделение твердой и жидкой фазы и дальнейшее использование, в случае необходимости, отделенной жидкой фазы в технологическом процессе. В предпочтительном варианте осуществления заявленного способа раствор флокулянта в поток суспензии подают в основном перпендикулярно направлению движения потока при толщине подаваемого слоя раствора флокулянта от 1 до 5 мм. В качестве флокулянта в заявляемом спсообе используют полимеры неионогенного типа на основе полиакриламида или полимеры катионного и анионного типа на основе сополимеров акриламида. При этом в качестве флокулянта анионного типа предпочтительно используют сополимеры акриламида с акрилатом натрия с количеством ионогенных групп от 10 до 40% и предпочтительно используют флокулянт анионного типа, содержащий 20% ионогенных групп. В соответствии с изобретением описано применение следующих флокулянтов. Анионные флокулянты-сополимеры акриламида с акрилатом натрия, содержащие различное количество групп -СООН(-COO-) - 10, 20, 30, 40% с молекулярной массой около 14106 (марка Praestol 2510;Praestol 2520; Praestol 2530; Praestol 2540). Анионные сополимеры с более высокой молекулярной массой - около 20106 (марка Praestol 2610;Praestol 2620). Катионные сополимеры (сополимеры акриламида с метилхлоридом диметиламинопропилакриламида), имеющие молекулярную массу около 6106, содержащие различное количество ионогенных групп-NH3+ - 56, 96% (марки Praestol 640 ВС; Praestol 651 ВС). Катионные флокулянты, имеющие молекулярную массу около 9106, содержащие различное количество ионогенных групп -NH3+ - 7, 20% (марки Praestol 806 ВС; Praestol 851 ВС). Неионогенные - полиакриламид (марка Praestol 2500). Флокулянт используют в виде водного или содержащего хлористый калий и/или хлористый натрий солевого раствора с концентрацией от 0,05 до 2,0%, при этом его количество составляет 0,5-3,0 кг/т твердой фазы суспензии. Использование более концентрированного раствора в связи с высокой вязкостью не позволяет хорошо перемешать раствор с суспензией. Использование более разбавленного раствора (в случае водного) нецелесообразно ввиду разбавления насыщенного оборотного маточника-рассола. Разделение твердой и жидкой фазы ведут с помощью камерного фильтр-пресса, ленточного фильтрпресса или центрифуги-декантера. Глинисто-солевые шламы, образующиеся при производстве калийных удобрений, имеют различное соотношение Ж:Т, как правило, меньше 2. Перед стадией кондиционирования указанные шламы при необходимости подвергают концентрированию до соотношения Ж:Т от 1,2 до 3,0. Особенностью процесса переработки глинисто-солевого шлама является наличие жидкой фазы, насыщенной солями - хлористым натрием и хлористым калием. Высококонцентрированные солевые растворы влияют на флокуляцию указанного шлама полимерами и требуют особого подхода к подбору флокулянтов и условиям кондиционирования (перемешиванию раствора флокулянта с суспензией глинистосолевого шлама). При переработке суспензии существенной является предфильтрационная стадия флокуляции тонкодисперсных продуктов, включающая обработку шлама флокулянтом (стадию кондиционирования) с целью получения крупных, механически устойчивых флокул из частиц твердой фазы, легко отдающих влагу при разделении суспензии. Использование в качестве аппарата для перемешивания раствора флокулянта с суспензией глинисто-солевого шлама динамического миксера, в котором раствор флокулянта в поток суспензии подают тонким слоем перпендикулярно направлению движения потока при числе оборотов от 100 до 4000 об./мин, позволяет увеличить адсорбцию флокулянта на поверхности частиц глины. Адсорбция флокулянта увеличивается благодаря оптимальному конформационному состоянию макромолекул полимера-флокулянта - макромолекулы, глобулизированные в солевом растворе, в условиях динамического перемешивания разворачиваются и одновременно адсорбируются на разных частицах глины. Образование комплексов частица-полимер-частица приводит, с одной стороны, к увеличению эффективности флокулообразования, с другой стороны - к увеличению эффективности использования флокулянта. В результате использования заявляемого способа удается достичь достаточно низкого соотношения Ж:Т, равного 0,6-0,75, характеризующего хорошее разделение исходной суспензии и низкой остаточной концентрации флокулянта в жидкой фазе, равной 0,0001%. В то же время при использовании перемешивания суспензии глинисто-солевого шлама и раствора флокулянта в статическом миксере отношение Ж:Т составляет 0,8-1,0, а содержание флокулянта в отде-2 012304 ленной жидкой фазе - 0,01%. Нижеприведенные примеры описывают предпочтительные варианты выполнения конкретного осуществления данного изобретения и не ограничивают объем заявляемого изобретения, который определен прилагаемой формулой. Пример 1. Известными методами (например, гравиметрическим) определяют содержание твердой фазы в суспензии глинисто-солевого шлака, равное Ж:Т 1,5. С учетом измеренной величины рассчитывают нужное количество флокулянта Praestol 2620 из расчета дозы 1,5 кг полимера по сухому веществу на тонну твердой фазы суспензии. Водный раствор флокулянта с концентрацией 0,5% по сухому веществу перемешивают с глинисто-солевым шламом с использованием динамического миксера при числе оборотов мешалки 1000 об./мин. Затем полученную кондиционированную суспензию глинисто-солевого шлама, обработанную флокулянтом, с помощью насоса перемещают на ленточный фильтр-пресс, на котором происходит отделение твердой фазы от жидкой фазы. Контролируют 2 параметра обезвоженного осадка глинисто-солевого шлама: отношение Ж:Т и содержание флокулянта в жидкой фазе. В приведенном случае отношение Ж:Т после разделения 0,7, содержание флокулянта в жидкой фазе менее 0,0001%. Пример 2. Гравиметрическим методом определяют содержание твердой фазы в суспензии глинисто-солевого шлама, равное Ж:Т 1,7. С учетом измеренной величины рассчитывают нужное количество флокулянтаPraestol 2500 из расчета дозы 1,9 кг полимера по сухому веществу на тонну твердой фазы суспензии. Солевой раствор (концентрация соли хлорида калия 10%) флокулянта с концентрацией 1,0% по сухому веществу перемешивают с глинисто-солевым шламом с использованием динамического миксера при числе оборотов мешалки 2000 об./мин. Затем полученную кондиционированную суспензию глинисто-солевого шлама, обработанную флокулянтом, с помощью насоса перемещают на ленточный фильтр-пресс, на котором происходит отделение твердой фазы от жидкой фазы. Контролируют отношение Ж:Т после разделения (в данном примере 0,8) и содержание флокулянта в жидкой фазе (0,0001%). В условиях примера 1 изучена эффективность заявленных флокулянтов в насыщенном солевом растворе. Результаты исследования влияния типа флокулянта на влажность отфильтрованного шлама (2 типа фильтрации - фильтрация на лабораторном ленточном фильтр-прессе или на центрифуге) приведены в табл. 1. Таблица 1 Влияние типа флокулянта (доза 1,7 кг/т шлама) на влажность кека Из табл. 1 следует, что наиболее эффективным является анионный флокулянт, содержащий 20% ионогенных групп. Высокая молекулярная масса данного флокулянта в сочетании с развернутой конфигурацией макромолекул в растворе приводят к эффективной флокуляции частиц глины. Пример 3. В условиях примера 1 изучено влияние дозы оптимального флокулянта на эффективность процесса обезвоживания. Как следует из данных табл. 2, изменение дозы флокулянта в пределах 0,5-3 кг/т не оказывает принципиального влияния на эффективность обезвоживания. При снижении дозы менее 0,5 кг/т флокулообразование затруднено, флокуляция шлама не происходит, в результате чего процесс обезвоживания становится невозможным - резко увеличивается мутность фильтрата и влажность кека. Обезвоженный продукт получается очень пластичным и непригодным к совместному складированию с галитовыми хвостами. Увеличение дозы флокулянта свыше 3,0 кг/т также снижает эффективность обезвоживания. При значительном увеличении дозы флокулянта образуются очень прочные насыщенные водой флокулы,удаление влаги из таких флокул требует приложения больших нагрузок, недостижимых на существующем промышленном оборудовании. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ переработки глинисто-солевых шламов, образующихся при производстве калийных удобрений и содержащих насыщенный солевой раствор смеси хлоридов натрия и калия, путем обработки суспензии глинисто-солевого шлама раствором флокулянта с последующим разделением твердой и жидкой фазы, отличающийся тем, что раствор флокулянта вводят перпендикулярно направлению движения потока суспензии посредством динамического миксера, вращающегося со скоростью от 1000 до 4000 об./мин, в суспензию шлама, характеризующуюся соотношением жидкость:твердое от 1,2 до 3,0, и образовавшиеся жидкую и твердую фазы разделяют на фильтрующем оборудовании, при этом в качестве флокулянта используют полимеры неионогенного типа на основе полиакриламида или полимеры катионного и анионного типа на основе сополимеров акриламида в виде водного или солевого раствора с концентрацией от 0,05 до 2,0% в количестве 0,5-3,0 кг/т твердой фазы суспензии. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщина слоя раствора флокулянта, подаваемого динамическим миксером в суспензию глинисто-солевого шлама перпендикулярно направлению движения потока, составляет от 1 до 5 мм. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве флокулянта анионного типа используют сополимеры акриламида с акрилатом натрия с количеством ионогенных групп от 10 до 40%. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют анионный флокулянт, содержащий 20% ионогенных групп. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделение твердой и жидкой фазы ведут с помощью камерного фильтр-пресса. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделение твердой и жидкой фазы ведут с помощью ленточного фильтр-пресса. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделение твердой и жидкой фазы ведут с помощью центрифуги-декантера. 8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что отделенную жидкую фазу используют в технологическом процессе производства калийных удобрений. Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2