[发明专利]加工硫酸钾和硫酸镁溶液的方法、生产硫酸钾的方法和相关系统

说明书

优先权要求

本申请要求以Chastain等人的名义、标题为“METHODS OF PROCESSING SOLUTIONS OF POTASSIUM SULFATE AND MAGNESIUM SULFATE,METHODS OF PRODUCING POTASSIUM SULFATE,AND RELATED SYSTEMS的于2012年9月12日提交的美国临时专利申请序列号61/699,917的权益。

技术领域

本发明通常涉及加工碱金属和碱土金属复合物的水溶液以生产钾碱的硫酸盐(sulfate of potash)、无水钾镁矾和/或其它含有碱金属和碱土金属的产物。

发明背景

杂卤石是具有式K₂Ca₂Mg(SO₄)₄·2H₂O的矿物，其天然存在于例如德克萨斯州、新墨西哥州、乌克兰和德国的沉积层中。由于杂卤石不具有足够的水溶性以允许矿床被经济地以溶浸法开采，因此矿床常规地经地下开采以生产岩石或大块形式的矿石。

杂卤石可用于生产多种盐，诸如硫酸钾(也称为钾碱的硫酸盐或SOP)、硫酸镁钾、硫酸钙钾、氢氧化钾、硫酸镁等。一些钾盐是化肥和用于多种工业过程的原料中的重要成分。

在不经煅烧(即，加热至杂卤石至少部分离解的温度)的情况下，杂卤石在水溶液中是可溶的或可浸出的，但是溶解相对缓慢。加工杂卤石矿的几种方法是已知的，诸如在JohnΕ.Conley和Everett P.Par tridge,"Potash Salt from Texas-New Mexico Polyhalite Deposits:C ommercial Possibilities,Proposed Technology,and Pertinent Salt-Sol ution Equilibria,"U.S.Dept.of the Interior Bureau of Mines Bullet in 459(1944)中描述的那些。例如，杂卤石可以通过本领域已知的方法煅烧，并且K₂SO₄和MgSO₄可以通过热水、冷水或其它方法提取。所产生的液体可以经历多种工艺以产生产物，诸如硫酸钾(SOP或K₂SO₄)、钾镁矾(K₂SO₄MgSO₄·4H₂O)、软钾镁矾(K₂SO₄MgSO₄·6H₂O)、无水钾镁矾(K₂SO₄·2MgSO₄)、水镁矾(MgSO₄·H₂O)、泻利盐(MgSO₄·7H₂O)等。

加工杂卤石矿的已知方法通常需要大量的功率和/或蒸汽投入，并且可能具有加工限制。例如，在一些方法中，K₂SO₄可以以约86％的效率回收，但是可能不为常规地用作化肥的形式(例如，晶型、纯度等)。在一些方法中，钾可以完全作为SOP制备，但是效率可能仅为约74％，并且蒸汽和功率需求可能相对较高。在其它方法中，K₂SO₄效率可以高达95％，但是具有更高的蒸汽和功率需求。一些方法可以以不理想的比例(即，以不能使产品的经济值最大化的比例)产生含硫酸盐的产品。因此，提供使这些缺点最小化或减轻的加工杂卤石的方法是有利的。

发明内容

在一些实施方案中，加工含有硫酸钾和硫酸镁的水溶液的方法包括使循环晶体与水溶液混合、使硫酸钾结晶和使循环晶体结晶。所述循环晶体可包括钾镁矾和/或软钾镁矾以及任选地硫酸钾。

加工含有硫酸钾和硫酸镁的浸出卤水的其它方法包括使循环晶体与浸出卤水混合、使硫酸钾从浓缩溶液中结晶以形成第一贫钾液体、使所述循环晶体从所述第一贫钾液体中结晶以形成第二贫钾液体，和使无水钾镁矾从所述第二贫钾液体中结晶。所述循环晶体可以是钾镁矾或钾镁矾、软钾镁矾和任选地硫酸钾的混合物。循环晶体还 可包括其它物料，诸如含钙盐。