冷結(jié)晶—正浮選氯化鉀工藝相圖分析

祝甲旺

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，青海格爾木 816099)

1 前言

察爾汗鹽湖是世界罕見的具有工業(yè)價值的大型內(nèi)陸鹽湖之一，它是一個以液體鉀礦為主，固、液并存，并伴有硼、鋰、鎂、溴等有用元素的綜合型礦床。

察爾汗鹽湖總面積為5 856 km2，察爾汗鹽湖具有極為豐富的氯化鉀、氯化鎂和氯化鈉等鹽類礦物資源。我國的氯化鉀資源大多都集中在察爾汗鹽湖，因此，察爾汗鹽湖資源的開發(fā)對于促進(jìn)我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。目前，察爾汗鹽湖資源氯化鉀生產(chǎn)工藝主要有反浮選—冷結(jié)晶工藝、冷結(jié)晶—正浮選工藝、冷分解—正浮選工藝、熱熔工藝和兌鹵工藝。“冷結(jié)晶—正浮選”生產(chǎn)具有工藝流程簡單，投資省等優(yōu)點，察爾汗除青海鹽湖股份有限公司外，其余中、小鉀肥生產(chǎn)企業(yè)均采用此工藝。

2 物料組分

以含鈉光鹵石加水制取KCl，文章以對Car(組成見表1)加水完全分解結(jié)晶為例來進(jìn)行相圖分析。

表1 原料含鈉光鹵石的組成Tab.1 Composition of raw carnallite with sodium %

3 生產(chǎn)工藝流程介紹

用“冷結(jié)晶—正浮選”生產(chǎn)氯化鉀可分為：冷結(jié)晶、浮選及分離、帶機(jī)過濾、洗滌、離心分離、干燥及產(chǎn)品包裝等六個工序。

水鹽體系相圖在鹽化工生產(chǎn)當(dāng)中有著舉足輕重的指導(dǎo)生產(chǎn)作用。通過水鹽體系相圖分析，可以利用含鈉光鹵石為原料制取氯化鉀的工藝流程，對生產(chǎn)中存在的問題運用水鹽體系相圖分析即可得以解決。文章通過水鹽體系相圖知識對“冷結(jié)晶—正浮選”制取氯化鉀的生產(chǎn)過程進(jìn)行分析。

4 相圖分析

如圖1，將原料含鈉光鹵石系統(tǒng)組成點標(biāo)繪在圖中為M(M0)，從相圖中可以看出原料M(M0)是由大量的純光鹵石和氯化鈉組成的含鈉光鹵石R(R′)固相與其共飽的母液F(F′)所組成，整個生產(chǎn)工藝流程可用相圖分為六個階段進(jìn)行。

4.1 光鹵石礦冷結(jié)晶分解段

第一階段，原料M(M0)加水恰好完全分解結(jié)晶(簡稱“冷結(jié)晶”)。若對原料M(M0)加水使其中的Car恰好完全分解結(jié)晶，則在干基圖上，先是固相點從R運行到Q點，與之相對應(yīng)的液相點從F運行到E點，系統(tǒng)點在M點不變；繼而固相點從Q運行到H點，而液相點在E點不變，系統(tǒng)點在M點不動。在水圖上，先是固相點由R′運行到Q′，液相點由F′運行到E，系統(tǒng)點由M0運行到M1點；繼而固相點由Q′運行到H′，而液相點在E′不動，系統(tǒng)點由M1運行到M2點。

此階段為第一次加水過程，加水量為恰好使原料M(M0)中的Car完全分解結(jié)晶。

圖1 以含鈉光鹵石用“冷結(jié)晶—正浮選法”生產(chǎn)氯化鉀的四元水鹽相圖分析(15 ℃)Fig.1 Analysis on four-elements water and salt system of KCl produced by carnallite with sodium using cold crystallization-direct flotation process

4.2 氯化鉀的浮選及過濾段

經(jīng)過分解結(jié)晶段可以得到鉀石鹽H(H′)及與之對應(yīng)的共飽液E(E′)，若對料漿進(jìn)行固液分離，理論上可以得到鉀石鹽H(H′)，但是若對分離出來的鉀石鹽H(H′)在常溫下加水溶洗鉀石鹽中的NaCl，通過水鹽體系相圖分析可知，最終是得不到固相KCl，而得到的是NaCl固相。由相圖分析可知，若是對鉀石鹽在常溫下加水溶洗其中的NaCl而得到KCl固相，則該鉀石鹽固相點不能落在相圖線段BD之間，而只能落在相圖線段CD之間，為實現(xiàn)此目的，使用浮選手段就可以解決這個問題，浮選母液可以使用第一階段得到的高鎂母液E(E′)，浮選藥劑可以是鹽酸十八胺及二號油。經(jīng)過加入藥劑浮選，固相鉀石鹽H(H′)則變成了粗鉀I(I′)及尾鹽J(J′)。粗鉀I(I′)及尾鹽J(J′)的確定通過浮選機(jī)的浮選效率進(jìn)行確定。

此階段為第一次分離過程，使得粗鉀泡沫K(K′)與尾鹽料漿L(L′)予以分離。

4.3 粗鉀的固液分離

第三階段，將粗鉀泡沫K(K′)中的固相粗鉀I(I′)與其對應(yīng)的共飽液E(E′)選擇合適的分離設(shè)備進(jìn)行固液分離，若是固液分離效率能達(dá)到100%，則對粗鉀泡沫K(K′)進(jìn)行固液分離之后，固相為粗鉀I(I′)，則液相為與之對應(yīng)的共飽液E(E′)，但實際生產(chǎn)中帶式過濾機(jī)的分離效率達(dá)不到100%，假設(shè)帶式過濾機(jī)的分離效率為80%時，則按夾帶母液可在相圖上找到粗鉀泡沫K(K′)分離后的濾餅點N(N0)及與之對應(yīng)的共飽點E(E′)，其中K(K′)為系統(tǒng)點。

4.4 粗鉀的再漿洗滌段

第四階段，通過計算結(jié)果加水洗滌濾餅N(N0)中的NaCl。由相圖分析可知，濾餅N(N0)是由粗鉀I(I′)及與之對應(yīng)的共飽液E(E′)所組成，當(dāng)對其加適量水時，固相則由I(I′)運行至B(B′)，而液相則由E(E′)運行至O(O′)，在干基圖上系統(tǒng)點在N不變，在水圖上系統(tǒng)點則由N0運行至N1。此階段加水量恰好使I(I′)中的NaCl剛好完全溶解，得到洗滌料漿N(N1)。

4.5 精鉀的固液分離段

第五階段，將洗滌料漿N(N1)中的固相KClC(C′)與其對應(yīng)的共飽液O(O′)進(jìn)行離心分離，離心分離后夾帶母液8%，則對N(N1)進(jìn)行固液分離后，不夾帶母液時固相為純鉀C(C′)，則液相為與之對應(yīng)的共飽液O(O′)，但實際生產(chǎn)中離心機(jī)夾帶母液8%，則依此效率可在相圖上找到對洗滌料漿N(N1)分離后的固相精鉀點P(P′)及與之對應(yīng)的共飽液點O(O′)，其中N(N1)為系統(tǒng)點。

此階段為第三次分離過程，使得精鉀P(P′)與其對應(yīng)的共飽液O(O′)予以分離。

4.6 精鉀的干燥段

第六階段，精鉀P(P′)在干燥設(shè)備中除去所含水分，即得到成品KCl產(chǎn)品(簡稱“干燥”)。

由相圖分析可知：精鉀P(P′)是由純鉀C(C′)與其對應(yīng)的共飽液O(O′)所組成。由于是15 ℃時的相圖，而干燥過程的溫度很高，加之干燥過程的相圖分析過程比較簡單，所以，在此對干燥階段的相圖分析過程略[9]。

經(jīng)過以上的相圖分析，可以得出由含鈉光鹵石生產(chǎn)氯化鉀的工藝流程，如圖2。

圖2 由含鈉光鹵石生產(chǎn)氯化鉀的工藝流程圖Fig.2 Process flow chart of producing KCl from carnallite with sodium

6 結(jié)論

冷結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用于冷分解—正浮選裝置中，在國內(nèi)氯化鉀生產(chǎn)行業(yè)屬首次應(yīng)用，結(jié)束了長期以來正浮選生產(chǎn)工藝不使用冷結(jié)晶技術(shù)的觀點，同時解決了冷分解—正浮選工藝在實際生產(chǎn)應(yīng)用中系統(tǒng)回收率較低，產(chǎn)品質(zhì)量不易提高,產(chǎn)品粒度細(xì)，不易干燥的問題；降低了尾液中氯化鉀含量；降低了產(chǎn)品干燥能源的消耗。