用于产生硫酸钾的系统和方法
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技术领域
本文公开的实施例涉及产生硫酸钾的系统和方法，并且具体地说，涉及由软钾镁矾产生硫酸钾的系统和方法。
背景技术
应该更好地理解的是，由用于产生K2SO4的软钾镁矾的水分解产生的富含硫酸盐的母液(也称为钾的硫酸盐或“SOP”)用于将含钾的混合盐转化为主要是软钾镁矾和岩盐的混合物。用于产生SOP的软钾镁矾的分解最好在介于约45℃与60℃之间的温度下进行，而转化反应最好在介于约10℃与40℃之间的温度下进行。这两个温度范围都是众所周知的。在转化中发生的组合反应是放热的，这意味着必须从系统中去除热量以维持期望的操作温度。可使用不同的方法为转化系统提供冷却。
在常规的软钾镁矾工艺中，用水浸析软钾镁矾以在硫酸盐液体中产生硫酸钾浆料。从SOP产物中分离硫酸盐液体，并将其转送到与进料盐混合的软钾镁矾转化反应容器。进料盐可以是含钾盐、含氯盐和含硫酸盐的盐的多种组合。转化反应在软钾镁矾转化终末液体中产生软钾镁矾以及可能地其它盐的浆料。仍含有大量钾和硫酸盐的软钾镁矾转化终末液体可以如在太阳能池或其它蒸发工艺中进一步加工，以改善工艺回收率。蒸发工艺将产生盐晶，所述盐晶可以在上述工艺中进行处理。已知，常规的软钾镁矾工艺的硫酸盐过量，并且如此，可能需要对转化终末液体或其它工艺流执行硫酸盐去除操作。根据所达到的纯度，可以对软钾镁矾固体进行升级步骤或不进行升级步骤，并且然后进行浸析以产生SOP固体。此反应可以在广泛的温度范围内操作，其中最高理论回收率介于45℃与60℃之间。由于SOP结晶反应是吸热的，因此必须向系统添加热量以维持操作温度。可使用不同的方法为结晶系统提供加热。
因此，需要在产生SOP的工艺的转化和结晶步骤中维持特定的反应温度。还需要在产生SOP的工艺的转化和结晶步骤中控制特定的反应温度。
发明内容
根据一些实施例，提供了一种产生硫酸钾的方法。所述方法包含：在转化单元中将混合盐进料流转化成转化终末浆料，所述混合盐进料包括至少一种含钾盐、至少一种含氯盐、至少一种含镁盐和至少一种含硫酸盐的盐，并且所述转化终末浆料包括软钾镁矾；通过固液分离器将所述转化终末浆料分离成转化终末固体流和转化盐水；在结晶单元中用水浸析所述转化终末固体流以产生包括硫酸钾的硫酸钾产物流以及包括硫酸镁和硫酸钾的结晶器母液流；通过热泵收集在所述转化单元中产生的热量；以及将从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分提供到所述结晶单元，以调节包含在所述结晶单元中的所述硫酸钾产物流和所述结晶器母液流的温度。
根据一些实施例，提供了另一种产生硫酸钾的方法。所述方法包含：在转化单元中将混合盐进料流转化成转化终末浆料，所述混合盐进料包括至少一种含钾盐、至少一种含氯盐、至少一种含镁盐和至少一种含硫酸盐的盐，并且所述转化终末浆料包括软钾镁矾；通过固液分离器将所述转化终末浆料分离成转化终末固体流和转化盐水流；在浸析单元中对所述转化终末固体流进行浸析以产生母液流和软钾镁矾流；在结晶单元中用水浸析所述软钾镁矾流以产生包括硫酸钾的硫酸钾产物流以及包括硫酸镁和硫酸钾的结晶器母液流；将所述结晶器母液返回到所述浸析单元以产生所述母液流和所述软钾镁矾流；以及将所述母液流返回到所述转化单元以将所述混合盐进料流转化成所述转化终末浆料。
根据一些实施例，提供了另一种产生硫酸钾的方法。所述方法包含：在转化单元中将混合盐进料流转化成转化终末浆料，所述混合盐进料包括至少一种含钾盐、至少一种含氯盐、至少一种含镁盐和至少一种含硫酸盐的盐，并且所述转化终末浆料包括软钾镁矾；通过固液分离器将所述转化终末浆料分离成转化终末固体流和转化盐水；在浮选单元中将所述转化终末固体流分离成软钾镁矾浆料流和尾渣浆料流；在浸析单元中对所述软钾镁矾浆料流进行浸析以产生母液流和软钾镁矾流；在结晶单元中将所述软钾镁矾流用水浸析，以产生包括硫酸钾的硫酸钾产物流以及包括硫酸镁和硫酸钾的结晶器母液；以及在尾渣单元中用稀盐水流对所述尾渣浆料流进行浸析以产生尾渣流和盐水循环流，所述盐水循环流包括钾。
根据一些实施例，本文提供了一种用于产生硫酸钾的系统。所述系统包含：用于将混合盐进料流转化成转化终末浆料的转化单元，所述混合盐进料流包括至少一种含钾盐、至少一种含氯盐、至少一种含镁盐和至少一种含硫酸盐的盐，并且所述转化终末浆料包括软钾镁矾；固液分离器，所述固液分离器耦接到所述转化单元以将所述转化终末浆料分离成转化终末固体流和转化终末盐水流；结晶单元，所述结晶单元耦接到所述固液分离器以接收所述转化终末固体流并用水浸析所述转化终末固体流，以产生包括硫酸钾的硫酸钾产物流以及包括硫酸镁和硫酸钾的结晶器母液流；以及热泵，所述热泵耦接到所述转化单元和所述结晶单元以收集在所述转化单元中产生的热量并将从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分提供到所述结晶单元，以便调节包含在所述结晶单元中的固体钾产物流和所述结晶器母液流的温度。
根据一些实施例，本文提供了另一种用于产生硫酸钾的系统。所述系统包含：用于将混合盐进料流转化成转化终末浆料的转化单元，所述混合盐进料流包括至少一种含钾盐、至少一种含氯盐、至少一种含镁盐和至少一种含硫酸盐的盐，并且所述转化终末浆料包括软钾镁矾；固液分离器，所述固液分离器耦接到所述转化单元以将所述转化终末浆料分离成转化终末固体流和转化终末盐水流；浮选单元，所述浮选单元耦接到所述固液分离器以将所述转化终末浆料分离成软钾镁矾浆料流和尾渣浆料流；浸析单元，所述浸析单元耦接到所述浮选单元以对所述软钾镁矾浆料流进行浸析，以便产生母液流和软钾镁矾流；以及结晶单元，所述结晶单元耦接到所述浸析单元以用水浸析所述软钾镁矾流，以便产生包括硫酸钾的硫酸钾产物流以及包括硫酸镁和硫酸钾的结晶器母液流；其中所述结晶器母液流返回到所述浸析单元以产生所述母液流和所述软钾镁矾流；并且其中所述母液流返回到所述转化单元以将所述混合盐进料流转化成所述转化终末浆料。
根据一些实施例，本文提供了另一种用于产生硫酸钾的系统。所述系统包含：用于将混合盐进料流转化成转化终末浆料的转化单元，所述混合盐进料流包括至少一种含钾盐、至少一种含氯盐、至少一种含镁盐和至少一种含硫酸盐的盐，并且所述转化终末浆料包括软钾镁矾；固液分离器，所述固液分离器耦接到所述转化单元以将所述转化终末浆料分离成转化终末固体流和转化终末盐水流；浮选单元，所述浮选单元耦接到所述固液分离器以将所述转化终末浆料分离成软钾镁矾浆料流和尾渣浆料流；浸析单元，所述浸析单元耦接到所述浮选单元以对所述软钾镁矾浆料流进行浸析，以便产生母液流和软钾镁矾流；结晶单元，所述结晶单元耦接到所述浸析单元以用水浸析所述软钾镁矾流，以便产生包括硫酸钾的硫酸钾产物流以及包括硫酸镁和硫酸钾的结晶器母液流；以及尾渣单元，所述尾渣单元用于用稀盐水流对所述尾渣浆料流进行浸析以产生尾渣流和盐水循环流，所述盐水循环流包括钾。
根据一些实施例，本文还提供了一种热泵在产生硫酸钾的方法中的用途，其用于收集在转化单元中产生的热量并将从所述转化单元收集的热量的至少一部分提供到结晶单元以调节所述硫酸钾的结晶温度。
对于本领域的普通技术人员来说，在回顾以下对一些示例性实施例的描述之后，其它方面和特征将变得明显。
附图说明
本文所包含的附图用于说明本说明书的条款、方法和设备的各个实例。在附图中：
图1是根据一个实施例的用于产生硫酸钾的系统的示意图；
图2是根据第二个实施例的用于产生硫酸钾的系统的示意图；
图3是根据第三个实施例的用于产生硫酸钾的系统的示意图；
图4是根据一个实施例的用于产生硫酸钾的方法的框图；
图5是根据另一个实施例的用于产生硫酸钾的方法的框图；并且
图6是根据另一个实施例的用于产生硫酸钾的方法的框图。
具体实施方式
以下实例以非限制性方式呈现。
以下将描述各种设备或工艺，以提供每个所要求保护的实施例的实例。以下描述的实施例不限制任何所要求保护的实施例，并且所要求保护的实施例可以覆盖不同于以下所描述的工艺或设备。所要求保护的实施例不限于具有以下描述的任何一个设备或工艺的所有特征的设备或工艺，或不限于以下描述的多个或所有设备所共有的特征。
如本文所使用的，程度术语如“约”和“大约”意指所修饰术语的偏离的合理量，使得最终结果并不显著改变。如果此偏离并不否定术语所修饰的单词的含义，这些程度术语应理解为包含至少±5％或至少±10％的偏差。
例如，所述方法可以进一步包括将所述结晶器母液流返回到所述转化单元以便与所述混合盐进料流混合以转化成所述转化终末浆料。
例如，所述方法可以进一步包括在浸析单元中对所述转化终末固体流进行浸析以产生母液流和软钾镁矾流，并且然后在结晶单元中对所述软钾镁矾流进行浸析以产生所述硫酸钾产物流和所述结晶器母液流。
例如，所述方法可以进一步包括将所述结晶器母液流返回到所述浸析单元以产生所述母液流和所述软钾镁矾流。
例如，所述方法可以进一步包括将所述母液流返回到所述转化单元以转化成所述转化终末浆料。
例如，所述方法可以进一步包括在浮选单元中将所述转化终末固体流分离成软钾镁矾浆料流和尾渣浆料流，并且然后在浸析单元中对所述软钾镁矾浆料流进行浸析以产生母液流和软钾镁矾流。
例如，所述方法可以进一步包括在尾渣单元中用稀盐水流对所述尾渣浆料流进行浸析以产生尾渣流和盐水循环流，所述盐水循环流包括钾。
例如，所述方法可以进一步包括将所述结晶器母液流返回到所述浸析单元以产生所述母液流和所述软钾镁矾流。
例如，所述方法可以进一步包括将所述母液流返回到所述转化单元以转化成所述转化终末浆料。
例如，所述方法可以进一步包括将所述硫酸钾产物流分离成结晶的硫酸钾产物流和循环流。
例如，所述方法可以进一步包括将所述循环流返回到所述结晶单元。
例如，所述将从所述转化单元收集的所述热量的所述至少一部分提供到所述结晶单元可以将包含在所述结晶单元中的所述硫酸钾产物流和所述结晶器母液流的所述温度的值维持在约45℃到约60℃下。
例如，所述将从所述转化单元收集的所述热量的所述至少一部分提供到所述结晶单元可以调节包含在所述转化单元中的所述混合盐进料流和所述转化终末浆料的温度。
例如，所述将从所述转化单元收集的所述热量的所述至少一部分提供到所述结晶单元可以将包含在所述转化单元中的所述混合盐进料流和所述转化终末浆料的所述温度的值维持在约10℃到约40℃下。
例如，将所述混合盐进料流转化成转化终末浆料可以在约10℃到约40℃的温度下进行。
例如，用水浸析所述转化终末浆料可以在约45℃到约60℃的温度下进行。
例如，所述收集在所述转化单元中产生的所述热量将所述转化单元的温度控制在约10℃到约40℃下。
例如，所述提供从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分将所述结晶单元的温度控制在约45℃到约60℃下。
例如，从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分作为多余热量从所述热泵排出。
例如，所述方法可以进一步包括所述在所述结晶单元中用所述水浸析之前，在浸析单元中对所述转化终末固体流进行浸析；其中所述结晶器母液流返回到所述浸析单元以对所述转化终末浆料进行浸析，并且母液流从所述浸析单元返回到所述转化单元。
例如，所述方法可以进一步包括通过热泵收集在所述浸析单元中产生的热量作为第二热源。
例如，所述收集在所述浸析单元中产生的所述热量可以将所述浸析单元中的所述母液流和所述软钾镁矾流的温度值维持在约10℃到约40℃下。
例如，所述收集在所述浸析单元中产生的所述热量可以将包含在所述结晶单元中的所述硫酸钾产物流和所述结晶器母液流的温度值维持在约45℃到约60℃下。
例如，所述方法可以进一步包括将所述结晶器母液的至少一部分返回到所述转化单元以将所述混合盐进料流转化成所述转化终末浆料。
例如，所述方法可以进一步包括在尾渣单元中用稀盐水流对所述尾渣浆料流进行浸析以产生尾渣流和盐水循环流，所述盐水循环流包括钾。
例如，所述方法可以进一步包括使用固液分离单元从所述硫酸钾产物流中分离结晶的硫酸钾产物流和循环流。
例如，所述方法可以进一步包括将所述循环流引导回所述结晶单元。
例如，所述方法可以进一步包括通过热泵收集在所述转化单元中产生的热量。
例如，所述方法可以进一步包括将从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分提供到所述结晶单元，以调节包含在所述结晶单元中的所述硫酸钾产物流和所述结晶器母液流的温度。
例如，所述温度的值可以维持在约45℃到约60℃下。
例如，所述通过热泵收集可以在所述转化单元中产生的热量调节了包含在所述转化单元中的所述混合盐进料流和所述转化终末浆料的温度。
例如，所述温度的值可以维持在约10℃到约40℃下。
例如，所述将所述混合盐进料流转化成转化终末浆料可以在约10℃到约40℃的温度下进行。
例如，所述用水浸析所述转化终末浆料可以在约45℃到约60℃的温度下进行。
例如，所述收集在所述转化单元中产生的热量可以将所述转化单元的温度控制在约10℃到约40℃下。
例如，所述提供从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分可以将所述结晶单元的温度控制在约45℃到约60℃下。
例如，从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分作为多余热量从所述热泵排出。
例如，所述方法可以进一步包括通过所述热泵收集在所述浸析单元中产生的热量。
例如，所述收集在所述浸析单元中产生的所述热量可以将所述浸析单元中的所述母液流和所述软钾镁矾流的温度值维持在约10℃到约40℃下。
例如，所述收集在所述浸析单元中产生的所述热量将包含在所述结晶单元中的所述固体硫酸钾产物流和所述结晶器母液流的温度值维持在约45℃到约60℃下。
例如，所述盐水循环流被转送以进行进一步处理以用于钾回收。
例如，所述方法可以进一步包括将所述结晶器母液返回到所述浸析单元以产生所述母液流和所述软钾镁矾流。
例如，所述方法可以进一步包括将所述母液流返回到所述转化单元以将所述混合盐进料流转化成所述转化终末浆料。
例如，所述方法可以进一步包括将所述循环流引导到所述结晶单元。
例如，所述方法可以进一步包括将从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分提供到所述结晶单元，以调节包含在所述结晶单元中的所述硫酸钾产物流和所述结晶器母液流的温度。
例如，所述通过热泵收集在所述转化单元中产生的热量可以调节包含在所述转化单元中的所述混合盐进料流和所述转化终末浆料的温度。
例如，从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分作为多余热量从所述热泵排出。
例如，所述方法可以进一步包括通过所述热泵收集在所述浸析单元中产生的热量。
例如，所述收集在所述浸析单元中产生的所述热量将包含在所述结晶单元中的所述硫酸钾产物流和所述结晶器母液流的温度值维持在约45℃到约60℃下。
例如，所述方法可以进一步包括在所述转化单元中转化所述混合盐流之前，在所述浮选单元中产生所述混合盐流。
例如，所述系统可以进一步包括循环管道，所述循环管道用于将所述结晶器母液流从所述结晶单元返回到所述转化单元，以便与所述混合盐进料流混合以转化成所述转化终末浆料。
例如，所述系统可以进一步包括浸析单元，所述浸析单元用于对所述转化终末固体流进行浸析以产生母液流和软钾镁矾流，所述软钾镁矾流由所述结晶单元接收以产生所述固体硫酸钾流和所述结晶器母液流。
例如，所述系统可以进一步包括结晶器循环管道，所述结晶器循环管道用于将所述结晶器母液流返回到所述浸析单元以产生所述母液流和所述软钾镁矾流。
例如，所述系统可以进一步包括浓缩器循环管道，所述浓缩器循环管道用于将所述母液流返回到所述转化单元以转化成所述转化终末浆料。
例如，所述系统可以进一步包括浮选单元，所述浮选单元用于将所述转化终末固体流分离成软钾镁矾浆料流和尾渣浆料流，所述软钾镁矾流由所述浸析单元接收以进行浸析，以便产生母液流和软钾镁矾流。
例如，所述系统可以进一步包括尾渣单元，所述尾渣单元用于用稀盐水流对所述尾渣浆料流进行浸析以产生尾渣流和盐水循环流，所述盐水循环流包括钾。
例如，所述系统可以进一步包括结晶器循环管道，所述结晶器循环管道用于将所述结晶器母液流返回到所述浸析单元以产生所述母液流和所述软钾镁矾流。
例如，所述系统可以进一步包括浓缩器循环管道，所述浓缩器循环管道用于将所述母液流返回到所述转化单元以转化成所述转化终末浆料。
例如，所述系统可以进一步包括固液分离器，所述固液分离器用于从结晶产物流中分离结晶的硫酸钾流。
例如，包括硫酸钾的结晶的硫酸钾产物流和循环流可以通过在固液分离单元中分离所述硫酸钾产物流来产生。
例如，所述系统可以进一步包括固液分离单元，所述固液分离单元耦接到所述结晶单元以将所述硫酸钾产物流分离成结晶的硫酸钾流和循环流。
例如，所述系统可以进一步包括管道，所述管道用于将所述循环流返回到所述结晶单元。
例如，所述系统可以进一步包括尾渣单元，所述尾渣单元用于用稀盐水流对所述尾渣浆料流进行浸析以产生尾渣流和盐水循环流，所述盐水循环流包括钾。
例如，所述系统可以进一步包括热泵，所述热泵用于收集在所述转化单元中产生的热量。
例如，从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分被提供到所述结晶单元，以调节包含在所述结晶单元中的所述硫酸钾产物流和所述结晶器母液流的温度。
例如，所述热泵可以将所述温度的值维持在约45℃到约60℃下。
例如，所述热泵可以调节包含在所述转化单元中的所述混合盐进料流和所述转化终末浆料的温度。
例如，所述热泵可以将所述温度的值维持在约10℃到约40℃下。
例如，所述用于将所述混合盐进料流转化成转化终末浆料的转化单元可以处于约10℃到约40℃的温度下。
例如，所述用于用水浸析所述转化终末浆料的结晶单元可以处于约45℃到约60℃的温度下。
例如，所述热泵可以收集在所述转化单元中产生的热量以将所述转化单元的温度控制在约10℃到约40℃下。
例如，所述热泵可以将从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分提供到所述结晶单元以将所述结晶单元的温度控制在约45℃到约60℃下。
例如，所述热泵可以将从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分作为多余热量从所述热泵排出。
例如，所述热泵可以进一步收集在浓缩单元中产生的热量。
例如，所述热泵收集在所述浸析单元中产生的热量，以将所述浸析单元中的所述母液流和所述软钾镁矾流的温度值维持在约10℃到约40℃下。
例如，所述热泵可以收集在所述浸析单元中产生的热量，以将包含在所述结晶单元中的所述硫酸钾产物流和所述结晶器母液流的温度值维持在约45℃到约60℃下。
例如，所述盐水循环流可以被转送以进行进一步处理以用于钾回收。
例如，所述结晶器母液可以返回到所述浸析单元以产生所述母液流和所述软钾镁矾流。
例如，所述母液流可以返回到所述转化单元以将所述混合盐进料流转化成所述转化终末浆料。
例如，所述系统可以进一步包括固液分离单元，所述固液分离单元耦接到所述结晶单元以将所述硫酸钾产物流分离成固体硫酸钾流和循环流。
例如，所述系统可以进一步包括管道，所述管道用于将所述循环流返回到所述结晶单元。
例如，所述系统可以进一步包括热泵，所述热泵用于收集在所述转化单元中产生的热量。
例如，从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分可以被提供到所述结晶单元，以调节包含在所述结晶单元中的所述硫酸钾产物流和所述结晶器母液流的温度。
例如，所述热泵可以调节包含在所述转化单元中的所述混合盐进料流和所述转化终末浆料的温度。
例如，所述用于将所述混合盐进料流转化成所述转化终末浆料的转化单元可以处于约10℃到约40℃的温度下。
例如，所述热泵可以收集在所述转化单元中产生的热量以将所述转化单元的温度控制在约10℃到约40℃下。
例如，所述热泵可以将从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分提供到所述结晶单元以将所述结晶单元的温度控制在约45℃到约60℃下。
例如，所述热泵可以将从所述转化单元收集的所述热量的至少一部分作为多余热量从所述热泵排出。
例如，所述热泵可以进一步收集在浓缩单元中产生的热量。
例如，所述热泵可以收集在所述浸析单元中产生的热量，以将所述浸析单元中的所述母液流和所述软钾镁矾流的温度值维持在约10℃到约40℃下。
例如，所述热泵可以收集在所述浸析单元中产生的热量，以将包含在所述结晶单元中的所述硫酸钾产物流和所述结晶器母液流的温度值维持在约45℃到约60℃下。
例如，所述系统可以进一步包括在所述转化单元中转化所述混合盐流之前，在所述浮选单元中产生所述混合盐流。
例如，所述转化单元和/或其内含物的温度可以处于约15℃到约35℃、约15℃到约30℃或约20℃到约30℃下。
例如，所述结晶单元和/或其内含物的温度处于约50℃到约60℃或约55℃到约60℃下。
参考图1，其中示出了用于产生硫酸钾的系统100。所述系统包含转化单元102、固液分离单元103、结晶单元108、热泵110和固液分离单元111。转化单元102和结晶单元108可以是分别用于在其中执行转化和结晶反应的任何合适的容器。
转化单元102和固液分离单元103(例如通过管道)流体地耦接，以在其间提供液体流动。类似地，固液分离单元103和结晶单元108(例如通过管道)流体地耦接，以在其间提供液体流动。热泵110可以是用于从转化单元102收集热量并将热量提供到结晶单元108的任何适当的热泵110。热泵110流体地耦接到转化单元102和结晶单元108中的每一个，以在其间提供所述热传递。
转化单元102通过母体固体溶解工艺和软钾镁矾沉淀工艺将混合盐进料流120转化成转化终末浆料122。混合盐进料流120包含至少一种含钾盐、至少一种含氯盐、至少一种含镁盐和至少一种含硫酸盐的盐。混合盐进料流120还可以包含至少一种含钙盐。此外，镁盐可以作为复盐的一部分或作为单独的盐存在。
在一个实施例中，在转化单元102之前，可以使用精选单元101来分离组分，以产生精选的混合盐进料流120。例如，精选单元101可以包含浮选分离、粒度分级分离、密度分级分离或任何其它合适的分离机制。
转化终末浆料122包含转化终末盐水中的软钾镁矾固体。在一些实施例中，转化终末浆料122还可以包含一些形式的水合硫酸镁和/或残余氯化钠固体。转化终末浆料122还可能包含少量的至少一种选自含镁盐(例如，泻利盐)、氯化钠及其混合物的固体。这些固体通常悬浮在转化终末盐水中，所述转化终末盐水包含水溶液中的钾、镁、钠、氯和硫酸根离子。在一些实施例中，转化终末盐水可以相对于软钾镁矾饱和，而相对于氯化钠和泻利盐不饱和。
用于产生转化终末浆料122的混合盐进料流120在转化单元102中的溶解和沉淀反应的最终结果是放热的。因此，由转化单元102内的放热反应产生的热量的至少一部分被耦接到转化单元102的热泵110(例如通过管道)收集作为第一热源138。
例如，由热泵110从转化单元102收集的热量(例如作为第一热源138)可以调节包含在转化单元102中的混合盐进料流120和转化终末浆料122的温度。在另一个实例中，由热泵110从转化单元102收集热量(例如作为第一热源138)可以将包含在转化单元102中的混合盐进料流120和转化终末浆料122的温度值维持在约10℃到约40℃下。在另一个实例中，由热泵110从转化单元102收集的热量(例如作为第一热源138)可以用于控制包含在转化单元102中的混合盐进料流120和转化终末浆料122的温度。在另一个实例中，由热泵110从转化单元102收集热量(例如作为第一热源138)可以将包含在转化单元102中的混合盐进料流120和转化终末浆料122的温度的值控制在约10℃到约40℃下。
在图1所示的实施例中，转化终末浆料122可以在固液分离单元103中分离成转化固体终末流123和转化终末盐水121。固液分离单元103可以是过滤器、离心机、旋风分离器、浓缩机、澄清器或用于对转化终末浆料122执行固/液分离的任何其它适当的单元。
结晶单元108从单元103中的固/液分离中接收包含软钾镁矾的转化固体123。在结晶单元108内，对来自转化固体123的软钾镁矾进行浸析(例如用水130，如图1所示)，以产生包括硫酸钾固体的硫酸钾产物流132以及包括硫酸镁和硫酸钾的结晶器母液流134。
用于产生具有硫酸钾的硫酸钾产物流132以及具有硫酸镁和硫酸钾的结晶器母液流134的用水进行的转化固体123的浸析反应是吸热的。因此，可以将由热泵110从转化单元102收集的热量的至少一部分作为第一热源138提供到结晶单元108作为散热器140，以调节结晶单元108的温度。
本领域的技术人员将理解，用于将热量传递到结晶单元108的各种机构用于调节包含在结晶单元108中的硫酸钾产物流132和结晶器母液流134的温度。例如，来自热泵110的热量可以被施加到结晶单元108的主体或结晶单元108的输入流中的任何输入流，如转化终末固体123(见图1)、经过浸析的软钾镁矾129(见图2和3)、水130或循环流135。来自热泵110的热量还可以通过热交换器加热单元108的浆料的再循环或通过热交换器加热转化终末固体123、经过浸析的软钾镁矾129、水130或循环流135中的任何一种或任何组合来应用。还可以使用本领域的技术人员已知的加热线圈或任何其它适当的机构将热量传递到结晶单元108，以调节其中硫酸钾产物流132和结晶器母液流134的温度。
在一个实例中，可以将由热泵110从转化单元102收集的热量的至少一部分作为第一热源138提供到结晶单元108作为散热器140，以将包含在结晶单元108中的硫酸钾产物流132和结晶器母液流134的温度值维持在约45℃到约60℃下。在另一个实例中，由热泵110从转化单元102收集的热量作为第一热源138可以提供到结晶单元108作为散热器140，以将包含在结晶单元108中的硫酸钾产物流132和结晶器母液流134的温度值控制在约45℃到约60℃下。在另一个实例中，由热泵110从转化单元102收集热量作为第一热源138可以提供到结晶单元108作为散热器140，以将包含在结晶单元108中的硫酸钾产物流132和结晶器母液流134的温度值控制在约45℃到约60℃下。
热泵110还可以被配置成排出从转化单元102接收的多余热量142。
结晶器母液流134从结晶单元108返回到转化单元102，以便与混合盐进料流120混合以转化成转化终末浆料122。
硫酸钾产物流132包括母液中的纯硫酸钾固体。硫酸钾产物流132可以在固液分离单元111中分离成待干燥的固体(即结晶的)硫酸钾产物流133和含有母液和极细固体的循环流135。循环流135可以返回到结晶器单元108。固液分离单元111可以是过滤器、离心机、旋风分离器、浓缩机、澄清器或用于对结晶器浆料终末流132执行固/液分离的任何其它适当的单元。
转到图2，其中示出了用于产生硫酸钾的系统200。所述系统包含来自系统100的转化单元102、结晶单元108、固液分离单元111以及耦接到浸析单元106的固液分离单元113，其中浮选单元104和浸析单元106分别安置在转化单元102与结晶单元108之间。热泵110可以任选地包含在系统200中。浸析单元106可以是用于在其中容纳浸析反应的任何适当的设备。浸析单元106(例如通过管道)流体地耦接到转化单元102，以从转化单元102接收转化终末固体123。浸析单元106还可以(例如通过管道)流体地耦接到结晶单元108，以将软钾镁矾流128提供到结晶单元108。
通常，在浮选单元104中，在进入浮选单元104之前已经与转化浆料122混合(未示出)的浮选试剂改变了有待浮选的物质(在这种情况下为软钾镁矾)的表面特性。这种修改使得引入到浮选单元104中的气泡附着到有待浮选的固体(例如，软钾镁矾)上，而不附着到不期望的固体上。这使得软钾镁矾固体在浮选单元104中上升到搅拌的浆料的顶部，在所述浮选单元中，其可以作为浓缩物流、软钾镁矾浆料流124被去除。不受浮选试剂影响的固体(例如，转化终末浆料122的其它固体)停留在浮选单元104的底部以作为尾渣浆料流126去除。如此实现的分离通常不是完全的分离，其中不期望的尾渣中的一些被浮选，或者更通常地被质量上升的浓缩固体俘获，而期望的物质(在这种情况下为软钾镁矾)中的一些不浮选(例如，由于各种原因)并且与尾渣浆料流126一起离开浮选单元104。本领域的技术人员还应该理解，不期望的固体可以是在通常称为“反浮选”的工艺中漂浮的物质，并且在这种情况下，其将为到达浮选单元104顶部的尾渣流(例如，尾渣流126)和不漂浮的浓缩物流(例如，软钾镁矾浆料流124)。然后，通常，浮选会产生富含软钾镁矾(或所期望的物质)的浓缩物流(例如，转化终末浆料122)和软钾镁矾贫乏的尾渣流(例如，尾渣浆料流126)。浮选单元104可以是用于通过浮选将转化终末浆料122分离成软钾镁矾浆料流124和尾渣浆料流126的任何合适的容器。
在浸析单元106内发生的浸析反应通常产生热量。例如，如可能在浸析单元106中发生的软钾镁矾的结晶是放热反应。进一步地，盐的溶解也可以在结晶单元106中产生热量。仍进一步地，在母液134从结晶单元返回到浸析单元106的实施例中，另外的热量可以存在于浸析单元中，并且可由热泵110去除。因此，热泵110也(例如通过管道)流体地耦接到浸析单元106，以从浸析单元106收集热量。因此，在浸析单元106内产生的热量的至少一部分被耦接到浸析单元106的热泵110(例如通过管道)收集作为第二热源144。例如，由热泵110从浸析单元106收集的作为第二热源144的热量可以调节包含在浸析单元106中的软钾镁矾流128的温度。在另一个实例中，由热泵110从浸析单元106收集热量作为第二热源144可以将包含在浸析单元106中的转化终末浆料122的温度值维持在约10℃到约40℃下。在另一个实例中，由热泵110从浸析单元106收集的作为第二热源144的热量可以用于控制包含在浸析单元106中的转化终末浆料128的温度。在另一个实例中，由热泵110从浸析单元106收集热量作为第二热源144可以将包含在浸析单元106中的软钾镁矾流128的温度值控制在约10℃到约40℃下。
在一个实施例中(如图2中的虚线所示)，具有硫酸镁和硫酸钾的结晶器母液流134可以从结晶单元108返回到浸析单元106，以产生浸析终末盐水136和经过浸析的软钾镁矾流128。如上所述，经过浸析的软钾镁矾流128包括固相和液相，所述固相和液相可以通过固/液分离器(未示出)分离以将来自其的固体提供到结晶单元108。
在另一个实施例中(如图2中的虚线所示)，具有硫酸镁和硫酸钾的结晶器母液流134可以从结晶单元108返回到转化单元102，以产生转化终末浆料122。在另一个实施例中(如图2中的虚线所示)，具有硫酸镁和硫酸钾的结晶器母液流134可以从结晶单元108返回到浸析单元106。在一些实施例中，进料到浮选单元104的转化终末浆料122中的硫酸镁的至少一部分和硫酸钾的至少一部分包含在结晶器母液134中，所述结晶器母液返回到转化单元102或浸析单元106中的任一个，以分别与混合进料盐流120或软钾镁矾浆料流124反应。
在另一个实施例中(如图2中的虚线所示)，包含水溶液中的钾、镁、钠、氯和/或硫酸根离子的母液流136可以从浸析单元106返回到转化单元102，以产生转化终末浆料122。
同样如图2所示，浸析单元106耦接到固液分离单元113以从软钾镁矾流128中分离经过浸析的软钾镁矾129和浸析终末盐水131。此固液分离单元113可以是过滤器、离心机、旋风分离器、浓缩机、澄清器或用于对软钾镁矾流128执行固/液分离的任何其它适当的单元。经过浸析的软钾镁矾129从固液分离单元113进料到结晶器单元108以进行结晶。经过分离的浸析终末盐水131可以在工艺中的其它地方使用(未示出)。
转到图3，其中示出了用于产生硫酸钾的系统300。所述系统包含来自系统200的转化单元102、浮选单元104、浸析单元106、结晶单元108、固液分离单元111和固液分离单元113以及耦接到浮选单元104的另外的浸析单元112。热泵110可以任选地包含在系统300中。
系统300包含流体地耦接到浮选单元104的尾渣单元112。在一些实施例中，固/液分离器(未示出)可以接收来自浮选单元104的尾渣，以便从其中分离固体以提供到尾渣单元112。浮选单元104还可以流体地耦接到尾渣单元112以将尾渣浆料流126提供到尾渣单元112，以便回收或进一步处理。
尾渣单元112还可以接收稀盐水流146以与尾渣浆料流126混合，以便形成盐水循环流148和尾渣流150。稀盐水流146可以包含水、溶解的盐(例如，硫酸钾、硫酸镁、氯化钠、岩盐等)。进一步地，稀盐水流146可以在一种物质(例如，硫酸钾和/或硫酸镁)中饱和，而在另一种物质(例如，岩盐)中不饱和。稀盐水流146可以溶解存在于尾渣浆料流126中的钾和含钾矿物。
盐水循环流148可以被转送以进行进一步处理和钾回收。尾渣流150在氯化钠中通常是饱和的。
在另一个实施例中，固/液分离器(未示出)可以接收来自浮选单元104的软钾镁矾浆料流124以从其中分离固体，以便提供到浸析单元106。
转到图4，其中示出了产生硫酸钾400的方法。所述方法400包含：在步骤402处，在转化单元102中将混合盐进料流120转化成转化终末浆料122。混合盐进料流120包含至少一种含钾盐、至少一种含氯盐、至少一种含镁盐和至少一种含硫酸盐的盐。转化终末浆料122包含软钾镁矾。步骤402还包含将转化终末浆料122分离成转化终末盐水121和转化固体流123。然后，将转化固体流123朝着结晶单元108引导。
在步骤404处，在结晶单元108中用水130浸析转化固体流123，以产生其中具有硫酸钾的硫酸钾产物流132以及包含硫酸镁和硫酸钾的结晶器母液流134。浸析步骤404还可以包含使用固液分离单元111从硫酸钾产物流132中分离固体硫酸钾流133和循环流135。循环流135可以提供回结晶单元108。
在步骤406处，由热泵110收集在转化单元102中产生的热量。
在步骤408处，将从转化单元102收集的热量的至少一部分提供到结晶单元108，以调节包含在结晶单元108中的硫酸钾产物流132和结晶器母液流134的温度。
转到图5，其中示出了产生硫酸钾500的方法。所述方法500包含：在步骤502处，在转化单元102中将混合盐进料流120转化成转化终末浆料122。混合盐进料流120包含至少一种含钾盐、至少一种含氯盐、至少一种含镁盐和至少一种含硫酸盐的盐。转化终末浆料122包含软钾镁矾。步骤502还可以包含将转化终末浆料122分离成转化终末盐水121和转化固体流123。然后，将转化固体流123朝着浮选单元106和/或浸析单元108引导。
在步骤504处，在浮选单元104中将转化终末浆料122分离成软钾镁矾浆料流123和尾渣浆料流126。
在步骤506处，在浸析单元106中对来自软钾镁矾浆料流124的固体(如在固/液分离器中分离的，未示出)进行浸析以产生母液流136和软钾镁矾流128。
在步骤508处，在结晶单元108中用水130浸析来自软钾镁矾流128的固体(如在固/液分离器113中分离的)以产生其中具有硫酸钾的硫酸钾产物流132以及包含硫酸镁和硫酸钾的结晶器母液流134。
在步骤510处，将结晶器母液流134返回到浸析单元106以产生母液流和软钾镁矾流。
在步骤512处，将母液流136返回到转化单元102以将混合盐进料流120转化成转化终末浆料122。
转到图6，示出了产生硫酸钾600的方法。所述方法600包含：在步骤602处，在转化单元102中将混合盐进料流120转化成转化终末浆料122。混合盐进料流120包含至少一种含钾盐、至少一种含氯盐、至少一种含镁盐和至少一种含硫酸盐的盐。转化终末浆料122包含软钾镁矾。步骤602还包含将转化终末浆料122分离成转化终末盐水121和转化固体流123。然后，将转化固体流123朝着浮选单元106和/或浸析单元108引导。
在步骤604处，在浮选单元104中将转化固体流123分离成软钾镁矾浆料流124和尾渣浆料流126。
在步骤606处，在浸析单元106中对来自软钾镁矾浆料流124的固体(如在固/液分离器中分离的，未示出)进行浸析以产生母液流136和软钾镁矾流128。
在步骤608处，在结晶单元108中用水130浸析来自软钾镁矾流128的固体(如在固/液分离器113中分离的)以产生其中具有硫酸钾的硫酸钾产物流132以及包含硫酸镁和硫酸钾的结晶器母液流134。
在步骤610处，在尾渣单元112中用稀盐水流146浸析尾渣浆料流126以产生尾渣流150和盐水循环流148，所述盐水循环流包括钾。
实例
在当前创新的研发过程中，基于可用资源和当地条件开发了不同的工艺。考虑了来自不同来源、具有不同离子浓度的盐水。例如，考虑了介于0.01％与5％之间的K浓度、介于0.3％与15％之间的Na浓度、介于0与10％之间的Mg浓度、介于1％与25％之间的Cl浓度以及介于0与10％之间的SO4浓度。这些盐水产生了不同的进料盐，所述进料盐包含用于K2SO4加工的合适进料。在此创新的研发中考虑的固体范围为：介于10％与60％之间的NaCl浓度、介于0到50％之间的镁盐浓度、介于15％到85％之间的含钾盐浓度。根据进料到设备的盐的钾含量和转化反应器中的盐的组成，确立了浮选要求，并且进一步定义了工艺。一般而言，用含60％以上含钾盐的盐向设备进料允许在没有浮选的情况下进行操作。一般而言，含80％以上含钾盐的转化输出盐允许在没有浮选的情况下进行操作。
本公开的段落[0014]到[00150]的实施例在本公开中以这种方式呈现，以便证明在适用时可以进行实施例的每种组合。因此，已经在说明书中以等同于对依赖于前述权利要求中的任一项权利要求的所有实施例做出从属权利要求的方式呈现了这些实施例(覆盖了先前呈现的实施例)，由此证明其可以以所有可能的方式组合在一起。例如，在适用时，段落[0014]到[00159]的实施例与段落[0006]到[0013]的方法、工艺、系统和设备之间的所有可能的组合由此被本公开覆盖。
虽然以上描述提供了一种或多种设备、方法或系统的实例，但是应当理解，其它设备、方法或系统可以处于如本领域的技术人员所解释的权利要求的范围内。事实上，权利要求的范围不应受本公开中提供的具体实施例和实例的限制，而是应当被给予与本公开整体一致的最宽泛的解释。
