反浮選—冷結(jié)晶生產(chǎn)工藝優(yōu)化研究與探討

杜佩英，史忠錄，吳亞洲，孟 浩，吳金芳

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司 青海省鹽湖資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家鹽湖資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，青海 格爾木 816099)

1 前言

察爾汗鹽湖是一個(gè)以鉀鹽為主，伴生有鎂、鈉、鋰、硼、碘等多種礦產(chǎn)的大型內(nèi)陸綜合性鹽湖。它有著極為豐富的鉀鎂鹽資源，察爾汗鹽湖是中國(guó)最大的鉀鎂鹽礦床，各種鹽總儲(chǔ)量超過600億t。目前生產(chǎn)光鹵石原料主要是以采區(qū)開采原鹵為原料，通過大面積的自然攤曬蒸發(fā)制取。

鹵水開采從晶間鹵水和孔隙到固液轉(zhuǎn)化，將原來不能開采的低品位固體鉀礦溶為液相開采，開采后的原鹵從開采到輸送，再到鹽田攤曬得到含鈉光鹵石礦需要較長(zhǎng)的時(shí)間和周期。由于原始鹵水的自然灘曬需要較長(zhǎng)的蒸發(fā)時(shí)間且隨著鹽湖鉀資源的開采利用，礦區(qū)的鹵質(zhì)也出現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)，為了充分利用有限的資源，提高資源的利用率達(dá)到提質(zhì)增產(chǎn)的目的，對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化改造，提升加工廠的生產(chǎn)收率，減少資源浪費(fèi)是目前鹽湖地區(qū)資源開采過程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

2 反浮選工藝原理

反浮選工藝和傳統(tǒng)的浮選工藝相反，將藥劑浮選出的泡沫精礦當(dāng)做廢棄物丟棄，將浮選底流的尾礦低鈉光鹵石作為有用組分的一種浮選生產(chǎn)工藝。純光鹵石是一種復(fù)鹽不含氯化鈉，而生產(chǎn)鉀肥所用的光鹵石礦是由純光鹵石和鹽田析出一定量小顆粒氯化鈉混合而成的。當(dāng)在飽和的光鹵石礦漿中加入浮選藥劑后，浮選藥劑可以增加小顆粒氯化鈉表面的疏水性，而不會(huì)影響光鹵石的疏水性，因此可以達(dá)到只浮選小顆粒氯化鈉的目的。浮選機(jī)攪拌通過進(jìn)氣口吸入外界的新鮮空氣鼓入浮選槽，氯化鈉表面的水層迅速破裂與鼓入的氣泡恰好結(jié)合成泡沫上升，上升到礦漿表面后用浮選槽連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的浮選刮板將氯化鈉泡沫刮出排除系統(tǒng)。光鹵石由于礦物表面潤(rùn)濕能力強(qiáng)，不會(huì)粘附于浮選藥劑形成的空氣氣泡而上升，對(duì)浮選底流料漿進(jìn)行固液分離后固相即為低鈉光鹵石。光鹵石冷結(jié)晶法的原理是控速分解和控速結(jié)晶兩個(gè)過程，它主要是利用控制低鈉光鹵石的分解條件和時(shí)間，控制溶液中氯化鉀的過飽和度，從而減少溶液中氯化鉀的數(shù)量，利用常溫下氯化鉀晶體顆粒長(zhǎng)大的效果，氯化鈉基本轉(zhuǎn)入液相呈現(xiàn)不飽和狀態(tài)并不會(huì)以固相形式析出。

3 工藝控制

3.1 現(xiàn)有工藝

目前鉀肥生產(chǎn)工藝共有兩套百萬(wàn)噸的生產(chǎn)裝置，由于設(shè)計(jì)思路不同，兩套系統(tǒng)對(duì)于低鈉光鹵石和粗鉀的脫鹵設(shè)備采取了不同的思路和方法。A系列裝置的低鈉光鹵石和粗鉀的脫鹵設(shè)備采用帶式過濾機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是過濾效果好，穿率量小回收率高，設(shè)備運(yùn)行投入成本低；缺點(diǎn)是過濾水分高母液夾帶量大，影響低鈉光鹵石和粗鉀產(chǎn)品質(zhì)量，在分解結(jié)晶過程需要添加大量的淡水除去母液夾帶的氯化鈉和氯化鎂雜質(zhì)，降低加工過程的總體收率。B系列裝置的低鈉光鹵石和粗鉀脫鹵設(shè)備采用螺旋卸料離心機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是脫鹵產(chǎn)品的水分含量低母液夾帶量少，產(chǎn)品質(zhì)量含鉀高；缺點(diǎn)是設(shè)備穿率量大，造成小顆粒產(chǎn)品損失較大，離心機(jī)設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用高。目前B系列低鈉離心機(jī)和粗鉀離心機(jī)的穿率液返回A系列回收穿率液的固相，出現(xiàn)了A系列中低鈉光鹵石和粗鉀產(chǎn)品質(zhì)量的下降情況?；厥誃系列穿慮的低鈉光鹵石和粗鉀的篩分?jǐn)?shù)據(jù)見表1、表2。

表1 低鈉光鹵石篩分?jǐn)?shù)據(jù)Tab.1 Screening data of low sodium carnallite

表2 粗鉀篩分?jǐn)?shù)據(jù)Tab.2 Screening data of crude potassium

從表1可以看出，A系列浮選后的物料低鈉光鹵石中氯化鈉含量高的集中在粒徑小于0.2 mm以下，最高達(dá)到15.92%。此次篩分是干法篩分在低鈉光鹵石晾曬過程中粒級(jí)有粘結(jié)變大的現(xiàn)象，大于0.4 mm的礦量占85%左右，因此可以看出浮選藥劑對(duì)于大顆粒的氯化鈉的浮現(xiàn)效果不佳，具體的極限粒徑有待繼續(xù)試驗(yàn)研究；同時(shí)從浮選尾鹽的粒徑分析可以看出，藥劑對(duì)氯化鈉的最大浮選粒徑≤0.4 mm。

從表2可以看出，粗鉀產(chǎn)品的粒徑主要集中在0.2 mm～0.4 mm區(qū)間，適合產(chǎn)品脫水設(shè)備的性能指標(biāo)；其中16.27%左右的粗鉀粒徑大于0.6 mm，這部分粗鉀中的氯化鈉不易通過洗滌除去是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵,工藝流程簡(jiǎn)圖1。

圖1 工藝流程簡(jiǎn)圖Fig.1 Process flow diagram

3.2 改造后工藝

在實(shí)際生產(chǎn)過程中為了不斷優(yōu)化工藝，提高加工廠氯化鉀綜合回收率，對(duì)低鈉光鹵石和粗鉀的穿率液進(jìn)行篩分分析，通過篩分?jǐn)?shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，A系列百萬(wàn)噸加工系統(tǒng)低鈉光鹵石穿率液和粗鉀篩分中的粒徑均較回收穿率前小，低鈉光鹵石和粗鉀的質(zhì)量也有顯著的提升。B系統(tǒng)的粒徑大，由于穿濾部分的低鈉光鹵石和粗鉀的粒徑均比A系統(tǒng)的大，導(dǎo)致大顆粒光鹵石在結(jié)晶器的分解時(shí)間不夠，從結(jié)晶器底流進(jìn)入粗鉀分離工序，在粗鉀洗滌時(shí)同樣影響洗滌時(shí)間和洗滌效果，增加加水量致使粗鉀洗滌工序氯化鉀收率下降。低鈉光鹵石和粗鉀的篩分?jǐn)?shù)據(jù)見表3、表4。改造后工藝流程見圖2。

表3 低鈉光鹵石篩分?jǐn)?shù)據(jù)Tab.3 Screening data of low sodium carnallite

表4 粗鉀篩分?jǐn)?shù)據(jù)Tab.4 Screening data of crude potassium

圖2 改造后工藝流程Fig.2 Process flow after transformation

3.3 效果比較

從上述工藝改造前后的低鈉光鹵石和粗鉀的數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，將B系列的低鈉穿濾液和粗鉀的穿濾液在B系統(tǒng)回收后，A系列的低鈉光鹵石質(zhì)量和粗鉀質(zhì)量明顯提升，且低鈉光鹵石和粗鉀中大顆粒的占比明顯下降，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和回收率。根據(jù)相關(guān)資料可知，當(dāng)?shù)外c光鹵石或粗鉀中氯化鈉含量每提高1%，分解結(jié)晶工序就會(huì)相應(yīng)的增加4%的水量，回收率下降2%。因此在生產(chǎn)工藝控制中需要在各個(gè)環(huán)節(jié)做到精準(zhǔn)控制，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)提高產(chǎn)品的回收率。

4 結(jié)論

1)鉀肥生產(chǎn)工藝控制中，控制原礦中的氯化鈉粒徑范圍在浮選藥劑的可選范圍之內(nèi)，藥劑才能發(fā)揮最佳效果；

2)將原料光鹵石礦按照粒徑進(jìn)行區(qū)分后進(jìn)行生產(chǎn)控制，大顆粒和小顆粒采用不同的工藝控制措施和工藝參數(shù)控制，可實(shí)現(xiàn)回收率和質(zhì)量的提升；

3)分解結(jié)晶過程中，低鈉光鹵石中氯化鈉的含量和氯化鈉粒徑的大小影響分解結(jié)晶的收率和粗鉀產(chǎn)品的質(zhì)量。