旋流—浮選耦合生產(chǎn)氯化鉀

張有平，李海朝，王廣樂，李文珍，李玉梅，王 敏

(1.格爾木藏格鉀肥有限公司，青海 格爾木，816000； 2.青海民族大學(xué)，青海 西寧 810007； 3.中科院青海鹽湖研究所，青海 西寧 810008)

鉀資源是重要戰(zhàn)略資源，在農(nóng)業(yè)發(fā)展的地位舉足輕重，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的戰(zhàn)略性資源[1]。中國(guó)鉀資源需求大、儲(chǔ)量低，僅占全球鉀資源總量的2.6%，國(guó)內(nèi)鉀肥自給率只能達(dá)到鉀肥需求的50%～60%，為解決我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)鉀肥需求問題，近年來(lái)我國(guó)鉀肥進(jìn)口量不斷加大。為了提高鉀鹽自給率，保證國(guó)家鉀肥資源安全和農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展，在加大鉀鹽找礦力度的同時(shí)，努力提高現(xiàn)有鉀鹽資源利用率，是科技工作者面臨的重大挑戰(zhàn)[2-4]。

我國(guó)最大的鉀肥生產(chǎn)基地察爾汗鹽湖，該礦區(qū)同時(shí)存在液態(tài)鉀礦、固態(tài)鉀礦。隨著開采的延續(xù)，液鉀礦采出量與品質(zhì)逐年下降，嚴(yán)重制約了鉀鹽的采出與生產(chǎn)[5]。其固體鉀資源約占鉀資源總量的55%[6]，由于固體鉀礦品位低、礦層薄，限制了鉀資源的單獨(dú)開采，藏格鉀肥實(shí)施了固轉(zhuǎn)液技術(shù)，使得礦區(qū)內(nèi)的低品位固體鉀礦得以溶解利用，溶采后的鹵水經(jīng)過(guò)鹽田灘曬得到的鉀石鹽和光鹵礦中氯化鈉的含量增加，粒度越來(lái)越細(xì)，容易夾帶在產(chǎn)品中，不易洗滌除去，造成浮選工序鉀、鈉分離效果極差，使得浮選得到的粗鉀品位大大降低(氯化鉀含量?jī)H為40%，而氯化鈉含量高至40%)，洗滌工序需要加大量的淡水才能使產(chǎn)品質(zhì)量合格，這大大降低了選礦回收率，造成了資源的極大浪費(fèi)。因此，研究鉀石鹽進(jìn)入浮選工段前的鉀、鈉細(xì)鹽分離的控制條件，提高浮選中鉀、鈉細(xì)鹽分離效率，改善正浮選工藝生產(chǎn)氯化鉀的質(zhì)量具有重大的科研意義和經(jīng)濟(jì)效益[7]。

文章考慮到氯化鈉顆粒太小容易在浮選過(guò)程中被夾帶的情況，用旋流法粗分氯化鈉和氯化鉀。旋流法利用離心沉降的原理，由于粒徑不同的氯化鈉和氯化鉀之間存在粒度差，其受到不同大小的離心力、向心浮力、流體曳力等，較粗的氯化鉀顆粒經(jīng)旋流器底流口排出并在底流口收集，而較細(xì)的氯化鈉顆粒及其它懸浮物由溢流管排出，從而達(dá)到分離分級(jí)的效果，為浮選提高氯化鉀品位打好基礎(chǔ)[8-10]。

1 工藝技術(shù)

1.1 原料

鉀石鹽原礦化學(xué)組成如表1所示；母液化學(xué)如表2所示。

表1 鉀石鹽原礦的化學(xué)組成Tab.1 Chemical composition of sylvinite mine %

表2 母液的組成Tab.2 Composition of mother liquor

1.2 工藝方法及流程

在鉀石鹽浮選前通過(guò)旋流簡(jiǎn)單粗分鈉、鉀，再進(jìn)入浮選工序，氯化鉀的品位更易于有保障。圖1為鉀石鹽制取氯化鉀的工藝流程圖。

圖1 鉀石鹽制取氯化鉀的工藝流程圖Fig.1 Flow chart of the process from sylvinite to potassium chloride

1.2.1 旋流實(shí)驗(yàn)

在生產(chǎn)過(guò)程中，礦漿濃度會(huì)影響分解槽中攪拌槳的攪拌能力，礦漿濃度過(guò)大會(huì)引發(fā)壓槽，礦漿濃度過(guò)低則會(huì)降低生產(chǎn)效率。旋流實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，選取兩種濃度的漿料，分別為33.33%(簡(jiǎn)寫為①)和43%(簡(jiǎn)寫為②)。

①100 kg礦(②50 kg礦)，加入由100 kg淡水、7 kg工業(yè)級(jí)氯化鉀和100 kg母液，攪拌均勻后，取樣，旋流，旋流過(guò)程中，根據(jù)不同的給礦柱體直徑、底流口直徑以及循環(huán)泵頻率取樣。如料漿濃度33.33%，旋流器柱體直徑φ110 mm，底流口直徑φ18 mm，循環(huán)泵頻率為35.70 Hz時(shí)，標(biāo)記為①Syl-110-18-35.70；如料漿濃度43%，旋流器柱體直徑φ150 mm，底流口直徑φ20 mm，循環(huán)泵頻率為41.70 Hz時(shí)，標(biāo)記為②Syl-150-20-41.70。

1.2.2 浮選實(shí)驗(yàn)

在旋流實(shí)驗(yàn)中，對(duì)不同條件下所得的底流進(jìn)行固液分離，并將固相進(jìn)行浮選實(shí)驗(yàn)，相互比較。稱取不同條件下得到的底流礦物300 g，加900 g母液(液固比3 ∶1)，攪拌溶解20 min后，轉(zhuǎn)入浮選槽，加入鹽酸十八胺(ODA)，兩滴2號(hào)油，浮選持續(xù)5 min～7 min后停止，分別測(cè)定泡沫和尾礦中固、液成分，泡沫中的固相進(jìn)入下一步的精選，泡沫中的液相則返回母液循環(huán)利用；尾礦返回粗選。

2 結(jié)果與討論

2.1 溢流與底流的粒徑分布

鉀石鹽旋流時(shí)，溢流比較少，只對(duì)其做了化學(xué)分析，粒徑分析主要是針對(duì)底流礦物的分析。從底流中的固相粒徑分布來(lái)看，不同旋流條件下得到的底流，其粒徑分布各不相同，但基本集中在0.125 mm以上，如圖2。

含量/%706050403020100粒徑/mmSyl-150-20-41.70底流Syl-150-20-35.70底流料漿一00.420.1770.1250.0880.0740.0620.0530.044706050403020100含量/%Syl-110-18-41.70底流Syl-110-18-35.70底流料漿一粒徑/mm00.420.1770.1250.0880.0740.0620.0530.044料漿二Syl-150-20-41.70溢流底流含量/%706050403020100粒徑/mm00.420.1770.1250.0880.0740.0620.0530.044Syl-110-18-41.70底流料漿二706050403020100含量/%粒徑/mm00.420.1770.1250.0880.0740.0620.0530.044圖2 鉀石鹽旋流后的粒徑分布Fig.2 Grain size distribution of sylvinite after swirled

從圖2來(lái)看，粒徑分布隨著底流口和溢流口的直徑增大而趨于大顆粒分布，循環(huán)泵頻率越大，大顆粒物質(zhì)占的比重就越大，料漿濃度增大，也有利于底流大顆粒物質(zhì)的集中，這是因?yàn)榭讖皆酱?，越有利于大顆粒物質(zhì)的通行；壓力越大，分離動(dòng)力就越大，濃度越大，反應(yīng)的推動(dòng)力越大，所以容易在底流中富集大顆粒。但并不是說(shuō)這三個(gè)旋流因子越大越好，壓力越大，耗電越大，對(duì)機(jī)器本身?yè)p害也大；料漿濃度越大，對(duì)儀器管路的要求就越高，所以在實(shí)際生產(chǎn)上，應(yīng)該根據(jù)具體情況選擇合適的料漿濃度、循環(huán)泵頻率和合適的底流口溢流口的口徑。實(shí)驗(yàn)中，結(jié)合粒徑分布與化學(xué)分析的結(jié)果，選擇旋流器柱體直徑φ110 mm，底流口φ18 mm，循環(huán)泵頻率為35.70 Hz時(shí)，料漿濃度為33.3%即可。

2.2 溢流與底流的粒徑分布

分別對(duì)溢流和底流進(jìn)行固液分離，其化學(xué)分析見表3及圖3。

表3 鉀石鹽旋流前后的化學(xué)分析Tab.3 Chemical analysis before and after sylvinite swirled

從旋流結(jié)果的化學(xué)分析來(lái)看，底流中的鉀含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溢流中的鉀含量，相差最大時(shí)能達(dá)到7倍左右，可以說(shuō)旋流有利于鉀的富集。在不同旋流條件下，相對(duì)于未進(jìn)行旋流實(shí)驗(yàn)的鉀石鹽原礦，旋流得到的底流固相中鉀含量均升高，相應(yīng)的溢流固相中的鉀含量均降低；旋流后的底流固相中鈉含量明顯下降，鎂含量則無(wú)明顯變化。在鉀石鹽浮選時(shí)，主要也是考慮鉀鈉比值，相比于未旋流時(shí)鉀石鹽原礦中的鉀鈉比值，底流中鉀鈉比值均有增大。鉀鈉比值的增加有利于后續(xù)的浮選，結(jié)合之前的粒徑分析，底流中的大顆粒份額大于鉀石鹽原礦，而大顆粒氯化鉀對(duì)于氯化鈉的粘附要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小顆粒氯化鉀對(duì)于氯化鈉的粘附。綜上，在浮選前加入旋流工序，一方面提高了鉀鈉比值，一方面增大了氯化鉀粒徑，從而為后續(xù)的浮選工作創(chuàng)造了很好的前提條件。

底流組分含量/%KClMgCl2NaCl100806040200②Syl-110-18-41.70①Syl-110-18-41.70①Syl-110-18-35.70①Syl-150-20-41.70①Syl-150-20-35.70①Syl-旋流前②Syl-150-20-41.70圖3 鉀石鹽旋流前后的化學(xué)分析Fig.3 Chemical analysis before and after sylvinite swirled

2.3 旋流后底流的浮選

對(duì)不同條件旋流后的底流固相進(jìn)行浮選，其比較結(jié)果見表4與圖4。

表4 不同底流下浮選的產(chǎn)品分析Tab.4 Analysis of the floatation products with different bottom flow

與未經(jīng)旋流就直接進(jìn)入浮選工序的結(jié)果相比，經(jīng)過(guò)旋流再進(jìn)入浮選工序的效果優(yōu)勢(shì)明顯，并且因旋流條件的不同，其效率增加不等。由于氯化鈉和氯化鎂在產(chǎn)品中的含量基本一致，浮選效果主要考慮鉀品位、鉀收率以及鉀鈉比值。當(dāng)旋流條件為旋流器底流口直徑φ150 mm，溢流口φ20 mm，循環(huán)泵頻率為47.70 Hz時(shí)，浮選效果最佳。此時(shí)，氯化鉀產(chǎn)品品位提高將近10%，達(dá)到72%；氯化鉀的產(chǎn)品收率提高至75%，增加了15%；鉀鈉比也由原來(lái)的2.6提高到3.5。由此可知，旋流工序的耦合，能夠幫助提高鉀石鹽浮選生產(chǎn)氯化鉀的效率。

①Syl-150-20-35.70①Syl-150-20-41.70①Syl-110-18-41.70①Syl-110-18-35.70②Syl-150-20-41.70②Syl-110-18-41.70未經(jīng)旋流KCl的含量/%757065KCl收率/%8075706560未經(jīng)旋流①Syl-150-20-35.70①Syl-150-20-41.70①Syl-110-18-41.70①Syl-110-18-35.70②Syl-150-20-41.70②Syl-110-18-41.70未經(jīng)旋流①Syl-150-20-35.70①Syl-150-20-41.70①Syl-110-18-41.70①Syl-110-18-35.70②Syl-150-20-41.70②Syl-110-18-41.70含量/%3020100NaClMgCl2①Syl-150-20-35.70①Syl-150-20-41.70①Syl-110-18-41.70①Syl-110-18-35.70②Syl-150-20-41.70②Syl-110-18-41.704.03.53.02.5未經(jīng)旋流KCl含量與NaCl含量的比值圖4 不同底流下浮選的產(chǎn)品分析Fig.4 Analysis of the floatation products with different bottom flow

3 結(jié)論

旋流對(duì)鉀石鹽中的細(xì)顆粒氯化鈉有著很好的脫除效果。底流中的鉀含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溢流中的鉀含量，相差最大時(shí)能達(dá)到7倍左右，在進(jìn)入浮選前初步實(shí)現(xiàn)了鉀鈉的分離，為后續(xù)旋流打下了良好的基礎(chǔ)。與未經(jīng)旋流就直接進(jìn)入浮選工序的結(jié)果相比，經(jīng)過(guò)旋流再進(jìn)入浮選工序的效果優(yōu)勢(shì)明顯，氯化鉀品位提高將近10%；氯化鉀收率提高將近15%；鉀鈉比也由原來(lái)的2.6提高到3.5。