正浮選過程中氯化鈉隨氯化鉀浮出行為的研究*

趙 靜，程文婷，曹沁波，程芳琴

(山西大學(xué)資源與環(huán)境工程研究所，山西太原 030006)

正浮選過程中氯化鈉隨氯化鉀浮出行為的研究*

趙 靜，程文婷，曹沁波，程芳琴

(山西大學(xué)資源與環(huán)境工程研究所，山西太原 030006)

在正浮選法制備氯化鉀過程中，由于氯化鈉與氯化鉀一同浮出而影響了氯化鉀產(chǎn)品的質(zhì)量，因此有必要針對氯化鈉隨氯化鉀浮出的行為進(jìn)行研究。在25℃條件下，考察了氯化鈉濃度對氯化鉀-氯化鈉和氯化鎂-氯化鉀-氯化鈉兩種浮選液黏度的影響，以及在這兩種溶液中氯化鈉的粒徑對氯化鈉的沉降速率、氯化鈉的回收率、氯化鉀產(chǎn)品質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，正浮選中氯化鈉隨氯化鉀浮出的主要原因是浮選液的黏度較大，粒徑較小的氯化鈉顆粒易黏附于氣泡表面或進(jìn)入氯化鉀礦化泡沫層而被夾帶浮出。當(dāng)氯化鈉顆粒大于125 μm時(shí)，可有效減小氯化鈉對氯化鉀浮選的干擾，提高氯化鉀產(chǎn)品的質(zhì)量。

氯化鉀;氯化鈉;黏度;粒徑;浮選

正浮選法是從鉀礦石(光鹵石、鉀石鹽等)中提取KCl的主要方法之一［1-2］，浮選過程中NaCl顆粒易與KCl一同浮出，大大影響了KCl產(chǎn)品的質(zhì)量。相關(guān)研究表明，KCl正浮選過程中NaCl不能被陽離子捕收劑(鹽酸十八胺)所捕收［3-5］，因此，捕收劑并不是NaCl伴隨KCl浮出的主要原因。細(xì)顆粒的NaCl易在粗粒的KCl表面沉積而出現(xiàn)相互包裹的現(xiàn)象［6］，這可能是NaCl伴隨KCl浮出的主要原因。目前，相關(guān)文獻(xiàn)中對于NaCl隨KCl浮出這一現(xiàn)象并沒有詳細(xì)的論述。

KCl浮選是在KCl、NaCl、MgCl2等多離子復(fù)雜溶液中進(jìn)行，離子的種類、濃度對溶液體系的黏度有著直接的影響，因此對浮選過程也會產(chǎn)生影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，浮選液主要為含不同濃度 MgCl2的 MgCl2-KCl-NaCl溶液(包括不含MgCl2的KCl-NaCl溶液，所有溶液中KCl、NaCl均飽和)。筆者在25℃時(shí)分別考察了 NaCl濃度對 KCl-NaCl、MgCl2-KCl-NaCl溶液黏度的影響，以及在這兩種溶液中NaCl粒徑對NaCl的沉降速率、NaCl的回收率、KCl產(chǎn)品質(zhì)量的影響，分析NaCl隨KCl浮出的原因并選擇NaCl在KCl浮選過程中的最佳粒徑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑:KCl(分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.5%);NaCl (分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.5%);MgCl2(分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98.0%);十八胺(化學(xué)純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥95%); miller.Q水(電阻率為18 MΩ·cm的超純水，實(shí)驗(yàn)室自制)。

圖1 微浮選裝置示意圖

儀器:微浮選裝置(見圖1，包括200 mL柱狀浮選儀、磁力攪拌器、抽濾裝置、真空泵、流量計(jì)、氮?dú)庖约熬彌_裝置，實(shí)驗(yàn)室自制);旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)(NDJ-7型);研磨機(jī)(FW100型);實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)篩分機(jī)(ZY-200型);沉降管(r=5.40 cm，l=98.50 cm，實(shí)驗(yàn)室自制);電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(ZBY149-83型)。

1.2 溶液配制

1.2.1 鹽溶液的配制

根據(jù)25℃時(shí)水鹽體系相圖［7］(見圖2)配制不同濃度的KCl-NaCl、MgCl2-KCl、MgCl2-KCl-NaCl溶液，恒溫?cái)嚢?4 h(保持溶液里有固體)然后靜置12 h，以使溶液達(dá)到固液平衡狀態(tài)(溶液中不再有固體析出和溶解)，經(jīng)微濾得到溶液備用。

圖2 水鹽體系25℃相圖

1.2.2 KCl、NaCl顆粒的篩分

將KCl、NaCl用研磨機(jī)研磨10 s，用篩分機(jī)將KCl顆粒篩分成粒徑為150～180 μm的顆粒;將NaCl分別篩分成180～425、150～180、125～150、106～125、96～106、80～96、75～80、＜75 μm的8種不同粒徑的顆粒。將篩分后的顆粒置于鼓風(fēng)干燥箱中于105℃干燥2 h后取出。

1.2.3 捕收劑鹽酸十八胺的配制

準(zhǔn)確稱取十八胺0.269 5 g，置于250 mL燒杯中，密封。在70℃水浴中加熱直至融化，然后加入432 μL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的濃鹽酸，攪拌30 min。向其中加入 70℃的 miller.Q水，至溶液體積為100 mL，待混合均勻后儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1)采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)測定法分別測定25℃的NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～26.4%的NaCl溶液、NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～20.7%的KCl-NaCl(KCl飽和)溶液的黏度。考察NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)對KCl-NaCl溶液黏度的影響。

2)采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)測定法分別測定25℃的MgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～35.36%的MgCl2溶液、MgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～29.03%的MgCl2-KCl (KCl飽和)溶液、MgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～25.85%的MgCl2-KCl-NaCl(KCl與NaCl飽和)溶液黏度?？疾霳aCl對MgCl2-KCl-NaCl溶液黏度的影響。

3)向沉降管中加入為25℃的MgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的MgCl2-KCl-NaCl溶液(KCl與NaCl飽和，生產(chǎn)中常見的浮選液組分)2 100 mL，再加入不同粒徑的NaCl顆粒150 g，固液相混合均勻后開始沉降。記錄沉降時(shí)間及沉降高度(忽略懸浮部分的細(xì)微顆粒)。考察NaCl粒徑對其沉降速率的影響。

4)微浮選實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)在KCl微浮選裝置中進(jìn)行，體系溫度為25℃。在1 000 mL浮選液中加入5 mL濃度為1×10-2mol/L的鹽酸十八胺，攪拌30 min，取65 mL加入微浮選管中，再加入2 g浮選樣品攪拌5 min。在N2流量為30 mL/min條件下浮選1 min。浮選得到的樣品經(jīng)抽濾、無水乙醇洗滌，置于鼓風(fēng)干燥箱中于105℃干燥2 h，取出，稱其質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)對KCl-NaCl、MgCl2-KCl-NaCl溶液黏度的影響

在一定溫度下，浮選液的組分和濃度直接影響浮選液的黏度，給浮選過程帶來影響。25℃時(shí)，NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)對NaCl及KCl-NaCl溶液黏度的影響如圖3所示。由圖3可以看出，NaCl及KCl-NaCl溶液的黏度均隨NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大。NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.7%的NaCl溶液黏度為1.76 mPa·s，相同NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的KCl-NaCl溶液的黏度為1.94 mPa·s，而單一KCl飽和溶液(即NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0的KCl-NaCl溶液)黏度僅為1.08 mPa·s。說明在KCl-NaCl溶液中，NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是使該溶液黏度增大的主要原因。

25℃時(shí)，MgCl2、MgCl2-KCl及MgCl2-KCl-NaCl溶液的黏度對比如圖4所示。由圖4可以看出，在相同MgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，MgCl2-KCl-NaCl溶液的黏度大于MgCl2溶液和MgCl2-KCl溶液，表明NaCl的存在使得溶液的黏度明顯增大。

圖3 NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)對NaCl和KCl-NaCl溶液黏度的影響

圖4 MgCl2、MgCl2-KCl及MgCl2-KCl-NaCl溶液黏度對比

從圖3和圖4可以看出，NaCl的存在使得KCl浮選溶液體系的黏度明顯增大。原因是Na+屬于“水結(jié)構(gòu)制造者”［3］，其強(qiáng)有力的水合離子表面牢固地束縛著周圍的水分子，降低了溶液中水分子的流動性，從而使得溶液的黏度增加。

2.2 NaCl粒徑對其在MgCl2-KCl-NaCl溶液中沉降速率的影響

NaCl顆粒的沉降速率是影響KCl浮選過程的另一主要因素，對于粒徑相同的NaCl顆粒，其在高黏度浮選液中的沉降速率必定較低，這就直接導(dǎo)致了NaCl隨KCl一起浮出，降低了KCl產(chǎn)品的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)選擇實(shí)際生產(chǎn)中較高黏度的浮選液(MgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的MgCl2-KCl-NaCl溶液，黏度為3.31 mPa·s)為研究體系，測定了不同粒徑的NaCl在此體系中的沉降速率，并選擇浮選中NaCl的最佳粒徑范圍。

圖5為25℃時(shí)在MgCl2-KCl-NaCl溶液中NaCl粒徑(d)與其沉降速率的關(guān)系圖。由圖5可以看出，NaCl的沉降速率隨其粒徑的增大而增大。d＜75 μm時(shí)，NaCl顆粒的沉降速率僅為3 cm/min，這是由于顆粒的粒徑較小時(shí)，其在高黏度溶液中的重力沉降受流體性質(zhì)的影響較大，使得沉降速率較?。?］，此時(shí)的NaCl顆粒以靜止?fàn)顟B(tài)懸浮于溶液中，極易隨KCl一起浮出。d＞125 μm時(shí)，NaCl顆粒的沉降速率隨著其粒徑的增大而迅速增大。因此，在浮選過程中應(yīng)將NaCl顆粒的粒徑控制在125 μm以上，這樣有利于浮選過程中NaCl的沉降，減小對KCl浮選的干擾。

圖5 NaCl粒徑對其在MgCl2-KCl-NaCl溶液中沉降速率的影響

2.3 NaCl粒徑對KCl浮選過程的影響

圖6 NaCl粒徑對其回收率的影響

2.3.1 在NaCl、KCl-NaCl、MgCl2-KCl-NaCl溶液中浮選NaCl顆粒

圖6為NaCl粒徑對其在3種不同溶液中回收率的影響。由圖6可以看出:在3種溶液中NaCl的回收率均隨著其粒徑的增大而減小;在同一粒徑下，NaCl在MgCl2-KCl-NaCl溶液中的回收率最大; NaCl粒徑較小時(shí)溶液的種類對其回收率的影響較明顯。M.Hancer等［3］提出，當(dāng)pH＜11時(shí)NaCl不能被陽離子捕收劑捕收(實(shí)驗(yàn)中浮選體系pH為6～7)，由此可以認(rèn)為捕收劑并不影響NaCl的回收率。d＜75 μm時(shí)，NaCl在黏度較高的溶液(MgCl2-KCl-NaCl溶液)中回收率也較高，這是因?yàn)楦唣ざ热芤褐辛捷^小的NaCl幾乎不沉降，易黏附在上升的氣泡表面，從而浮出液面。d＞125 μm時(shí)，NaCl的回收率受溶液黏度的影響較小。

2.3.2 在KCl-NaCl溶液中浮選KCl-NaCl混合顆粒

25℃時(shí)在KCl-NaCl飽和溶液中浮選 KCl (106～125 μm)和不同粒徑NaCl的混合顆粒。圖7顯示了NaCl粒徑對KCl的回收率以及產(chǎn)品中KCl含量的影響。從圖7可以看出，KCl回收率和產(chǎn)品中KCl的含量均隨著NaCl粒徑的增大而增大，可見浮選固相中NaCl顆粒粒徑較小時(shí)，產(chǎn)品中NaCl的含量較高，影響了KCl產(chǎn)品的質(zhì)量。其主要原因是粒徑較小的NaCl易黏附于礦化泡沫表面難以脫落，或進(jìn)入KCl礦化泡沫層形成夾雜，從而隨著KCl一起浮出。

同時(shí)，在KCl-NaCl溶液中，對比了浮選NaCl和浮選KCl-NaCl混合顆粒時(shí)NaCl的回收率，結(jié)果見圖8。由圖8可以看出:NaCl的粒徑d＜125 μm時(shí)，浮選KCl-NaCl混合顆粒時(shí)NaCl的回收率比在相同粒徑下浮選 NaCl時(shí)高;NaCl的粒徑d＞125 μm時(shí)，浮選KCl-NaCl混合顆粒時(shí)NaCl的回收率幾乎與只浮選NaCl時(shí)相等。這是因?yàn)樵诟∵xKCl-NaCl混合顆粒時(shí)，粒徑較小的NaCl一方面容易黏附在氣泡表面而浮出液面，另一方面容易進(jìn)入KCl礦化泡沫層形成夾雜而隨KCl一起浮出。因此，在浮選過程中應(yīng)將 NaCl顆粒的粒徑控制在125 μm以上，有利于降低NaCl的回收率，提高KCl產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 結(jié)論

在25℃時(shí)分別考察了NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)對KCl-NaCl、MgCl2-KCl-NaCl溶液黏度的影響以及在這兩種溶液中NaCl的粒徑對NaCl沉降速率、NaCl回收率、KCl產(chǎn)品質(zhì)量的影響。通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析得出，浮選中NaCl隨KCl浮出的主要原因是浮選體系的黏度較大，使得較小粒徑的NaCl不易沉降而懸浮于浮選體系中，并且在浮選時(shí)易黏附于氣泡表面或者夾雜于KCl礦化泡沫層而被夾帶浮出。在KCl浮選過程中 NaCl顆粒的最佳粒徑為d＞125 μm，這樣有利于浮選過程中NaCl的沉降，減小NaCl對KCl浮選的干擾，提高KCl產(chǎn)品的質(zhì)量。

［1］李海民，謝玉龍.國內(nèi)鉀肥生產(chǎn)工藝及現(xiàn)狀［J］.鹽湖研究，2010，18(1):70-72.

［2］Cao Qinbo，Du Hao，Jan D Miller，et al.Surface chemistry features in the flotation of KCl［J］.Minerals Engineering，2010，23(5): 365-373.

［3］Hancer M，Celik M S，Miller J D.The significance of interfacial water structure in soluble salt flotation systems［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2001，235(1):150-161.

［4］Yalamanchili M R，Kellar J J，Miller J D.Adsorption of collector colloids in the flotation of alkali halide particle［J］.International Journal of Mineral Processing，1993，39:137-153.

［5］Titkov S.Flotation of water-soluble mineral resources［J］.International Journal of Mineral Processing，2004，74(1-4):107-113.

［6］Weedon D，Grano S，Akroyd T，et al.Effects of high Mg2+concentration on KCl flotation:Part I Laboratory research［J］.Minerals Engineering，2007，20(7):675-683.

［7］牛自得，程芳琴，李寶存，等.水鹽體系相圖及其應(yīng)用［M］.天津:天津大學(xué)出版社，2002:1-100.

［8］李達(dá)，程芳琴，張洪滿.反應(yīng)結(jié)晶過程中晶粒沉降速度模型研究［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2007，39(5):40-42.

Behaviors of sodium chloride floated with potassium chloride in direct flotation process

Zhao Jing，Cheng Wenting，Cao Qinbo，Cheng Fangqin
(Research Institute of Resources and Environment Engineering，Shanxi University，Taiyuan030006，China)

Potassium chloride(KCl)with poor quality was obtained because sodium chloride(NaCl)was floated in direct flotation process of KCl.Therefore，it was essentially to study the behavior of NaCl floated with KCl in direct flotation process.Influences of NaCl concentration on the viscosity of solutions，and the particle size of NaCl on its sedimentation rate，recovery ratio，and quality of KCl product were investigated in KCl-NaCl and KCl-NaCl-MgCl2solutions at 25℃，for decreasing the content of NaCl in KCl product.Results indicated that NaCl with lower particle size could easily adhere to the surface of bubbles or enter into the mineralized bubbles in flotation solutions with higher viscosity.Interference on flotation of KCl caused by NaCl was reduced and the quality of KCl product was efffectively improved when the particle size of NaCl was higher than 125 μm.

potassium chloride;sodium chloride;viscosity;particle size;flotation

TD923.7

A

1006-4990(2011)06-0033-04

山西省國際合作項(xiàng)目(2009081015);青海省基金項(xiàng)目(2010-Z-708)。

2011-01-27

趙靜(1985— )，女，碩士研究生，研究方向?yàn)辂}湖資源綜合利用，已發(fā)表論文3篇。

聯(lián)系人:程芳琴

聯(lián)系方式：cfangqin@sxu.edu.cn