碳酸鹽型鹽湖提取鉀芒硝浮選工藝研究

胡兆軍，張志宏，董生發(fā)，馬艷芳，付振海，安 東

（1.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；2.中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所）

碳酸鹽型鹽湖提取鉀芒硝浮選工藝研究

胡兆軍1，2，張志宏2，董生發(fā)2，馬艷芳2，付振海2，安 東1，2

（1.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；2.中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所）

西藏鹽湖中碳酸鹽型鹽湖分布廣泛，在蒸發(fā)過程中形成的含鉀礦物以鉀芒硝與氯化鉀為主。以堿性碳酸鹽型鹽湖為研究對(duì)象，開發(fā)新捕收劑，利用浮選工藝從不同的含鉀原礦中，浮選加工出品位較高的鉀芒硝和氯化鉀。在研究了解離度、捕收劑添加量、固液比、浮選時(shí)間、轉(zhuǎn)速、充氣量、精選實(shí)驗(yàn)等條件實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確立了最佳閉路循環(huán)流程工藝條件。通過閉路循環(huán)實(shí)驗(yàn)，計(jì)算循環(huán)物料量，獲得產(chǎn)品品位、鉀離子收率等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，浮選工藝加工鉀芒硝為主的礦物體系，鉀元素收率高達(dá)98％，得到鉀芒硝質(zhì)量分?jǐn)?shù)為91％以上的礦物。

鉀芒硝；浮選工藝；碳酸鹽型鹽湖

中國(guó)青藏高原西部地區(qū)存在大量的碳酸鹽型鹽湖，在所有青藏高原鹽湖類型中，以碳酸鹽型鹽湖的pH為最高，其pH在7～9［1-2］。碳酸鹽型鹽湖鹵水，在鹽田蒸發(fā)過程中，生產(chǎn)鉀芒硝和氯化鉀礦物［3］。用浮選工藝加工鉀芒硝的方法國(guó)內(nèi)未見報(bào)道，本實(shí)驗(yàn)首次選用新型復(fù)合浮選藥劑，在堿性的碳酸鹽型蒸發(fā)礦物中，浮選出高品位的鉀芒硝礦物。碳酸鹽型鹽湖在鹽田蒸發(fā)過程中，如圖1所示，蒸發(fā)路線從M點(diǎn)到E點(diǎn)。隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，液相點(diǎn)向氯化鉀結(jié)晶區(qū)移動(dòng)，在RQ段，氯化鈉和鉀芒硝同時(shí)析出，液相點(diǎn)到達(dá)體系共飽點(diǎn)。蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的鉀芒硝礦物，可以作為生產(chǎn)硫酸鉀的中間原料［4］。利用浮選工藝，加工碳酸鹽型鹽湖中的含鉀礦物，使碳酸鹽型鉀資源得到有效利用，對(duì)該類型鹽湖開發(fā)利用，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 25℃時(shí)K+，Na+//Cl-，SO42--H2O體系下溶解度相圖

1 基本工藝原理

按浮選理論，正浮選是指浮選產(chǎn)品為有用礦物。其基本原理：根據(jù)浮選礦物所具有的表面物理化學(xué)特性，借助于捕收劑、起泡劑等浮選藥劑的加入，改善其表面的疏水性，從而能夠形成穩(wěn)定的浮選泡沫，達(dá)到與其他礦物分離的目的［5］。

2 藥劑篩選

浮選藥劑是浮選工藝中的關(guān)鍵因素，浮選鉀芒硝的浮選藥劑未見報(bào)道。M.Hancer等［6］對(duì)于軟鉀鎂礬等復(fù)鹽的研究表明，隨著母液pH的變化，復(fù)鹽的表面電荷出現(xiàn)正負(fù)電荷的交替變動(dòng)；浮選藥劑SDS（十二烷基硫酸鈉）對(duì)部分可浮選含鉀的可溶性復(fù)鹽，在不同pH條件下，其浮選結(jié)果未受較大影響；但未研究鉀芒硝的相關(guān)浮選特性。

A·洛帕茨瓦爾維索［7］在天青石的浮選研究中，發(fā)現(xiàn)有些浮選藥劑會(huì)與礦物發(fā)生表面化學(xué)吸附，但在一定pH條件下，不發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng)，從而失去浮選作用。

針對(duì)相關(guān)浮選藥劑的各種不同理化性質(zhì)，并結(jié)合礦物本身特點(diǎn)，開發(fā)出了由石油磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉與十二烷基苯磺酸鈉復(fù)配浮選藥劑；并在此碳酸鹽型鹽湖礦物中有效浮選鉀芒硝礦物。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置與原料組成

3.1.1實(shí) 驗(yàn)裝置

500mL單槽浮選機(jī)、1 000mL單槽浮選機(jī)。

3.1.2 原料組成實(shí)驗(yàn)原料為西藏某碳酸鹽型鹽湖的鉀芒硝礦。鉀芒硝礦的理化組成如表1所示。鉀芒硝礦的XRD衍射圖見圖2。

表1 鉀芒硝礦的理化組成％

圖2 鉀芒硝礦的XRD衍射圖

由圖2的衍射結(jié)果可知：原礦組成為鉀芒硝和氯化鈉。按表1的離子含量推算，鉀芒硝的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=20.77％，氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=76.65％。

3.2 分析方法

K+：四苯硼鈉-季銨鹽法；Na+：電荷守恒差減法；Cl-：汞量法；SO42-：硫酸鋇沉淀法；Mg2+：EDTA法；CO32-：堿度法。

4 結(jié)果與討論

4.1 鉀芒硝礦浮選工藝參數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

首先開展浮選工藝參數(shù)實(shí)驗(yàn)，以獲得浮選工藝條件，包括原礦的解離度實(shí)驗(yàn)、浮選轉(zhuǎn)速與充氣量操作實(shí)驗(yàn)、藥劑量實(shí)驗(yàn)、礦漿固液比實(shí)驗(yàn)、精選實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到浮選優(yōu)化工藝條件如表2所示。

表2 鉀芒硝礦浮選工藝條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.2 鉀芒硝礦閉路循環(huán)浮選實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

在浮選工藝條件參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用優(yōu)化工藝參數(shù)，開展了“兩精一掃”的閉路循環(huán)流程，閉路循環(huán)流程圖見圖3，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖3 鉀芒硝礦浮選閉路循環(huán)流程圖

按照表2的浮選工藝條件與圖3的閉路循環(huán)流程進(jìn)行10組浮選實(shí)驗(yàn)，得到了表3的結(jié)果。從表3可以看出，這10組實(shí)驗(yàn)，精礦的鉀元素品位在前3組維持在偏低的水平，但后7組達(dá)到較高且穩(wěn)定的高品位（31％±1％）；同時(shí)精礦與尾礦的質(zhì)量分別在（25±3）g與（79±3）g波動(dòng)，較為穩(wěn)定；平均鉀收率高達(dá)98％。鉀芒硝產(chǎn)品干基含量見表4。按表4所示，根據(jù)閉路循環(huán)流程實(shí)驗(yàn)得到的鉀芒硝礦精礦產(chǎn)品干基K+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.61％，折合鉀芒硝為91.81％。

表3 鉀芒硝礦閉路循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 鉀芒硝產(chǎn)品干基含量％

5結(jié)果與討論

1）本研究針對(duì)碳酸鹽型鹽湖，利用浮選工藝，采用新型浮選混合藥劑，開發(fā)了鉀芒硝礦的浮選加工。2）針對(duì)這種礦物進(jìn)行的條件實(shí)驗(yàn)，得到了最佳浮選工藝條件數(shù)據(jù)，并設(shè)計(jì)閉路循環(huán)流程，采用“兩精一掃”浮選工藝，達(dá)到了相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。3）此類新型藥劑對(duì)于鉀芒硝的浮選選擇性良好、運(yùn)行穩(wěn)定、收率高、精礦品位高。

［1］鄭綿平，劉喜方.青藏高原鹽湖水化學(xué)及其礦物組合特征［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010（11）：1585-1600.

［2］鄭綿平.論中國(guó)鹽湖［J］.礦床地質(zhì)，2001，20（2）：181-189.

［3］鄭綿平，齊文.我國(guó)鹽湖資源及其開發(fā)利用［J］.礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2006（5）：45-50.

［4］陳代偉，郭亞飛，鄧天龍.硫酸鉀生產(chǎn)工藝研究現(xiàn)狀［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2010，42（4）：4-7.

［5］李承寶.浮選法生產(chǎn)氯化鉀工藝在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用［J］.海湖鹽與化工，1999，28（2）：19-22.

［6］Hancer M，Miller JD.The flotation chemistry of potassium double salts：schoenite kainiteand carnallite［J］.MineralsEngineering，2000，13（14/15）：1483-1493.

［7］A·洛帕茨瓦爾維索.在用十二烷基硫酸鹽捕收劑浮選天青石時(shí)碳酸根離子的作用［J］.國(guó)外金屬礦選礦，2002，39（7）：20-24.

Research on technology of processing glaserite from carbonate-based salt lake by flotationmethod

Hu Zhaojun1，2，Zhang Zhihong2，Dong Shengfa2，Ma Yanfang2，F(xiàn)u Zhenhai2，An Dong1，2
（1.University ofChinese Academy ofSciences，Beijing 100049，China；2.Qinghai Institute ofSalt Lakes，Chinese Academy ofSciences）

The carbonate-based salt lakes arewidely distributed in Tibet，China.Potassium mineralswhich were formed during the process of evaporation，were primarily glaserite and potassium chloride.To study alkaline carbonate salt lakes and to exploitnew collectors，the flotationmethod was used to prepare higher grade glaserite and potassium chloride from different potassium ores.On thebasisof the study on the degreeofdissociation，collector dosage，solid-liquid ratio，flotation time，rotate speed，inflatable volume，and choiceness conditions etc.，the optimum process conditions of closed-loop processwere established.Through closed-loop experiments，the amount of recyclablemineral，product grade，and yield coefficientof potassium ions etc.were calculated.Experimental results showed that in the glaserite-basedmineral flotation system，the potassium yield reached 98％and themass fraction ofglaseritewasabove 91％.

glaserite；flotation process；carbonate-based salt lakes

TQ131.13

A

1006-4990（2014）10-0039-03

2014-04-17

胡兆軍（1987—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)闊o機(jī)化工。聯(lián)系方式：huzhaojun2008@126.com