Опытные испытания процесса выщелачивания флотоконцентрата хлорида калия

УДК 661.832.321

В.В. Вахрушев, В.З. Пойлов, O.K. Косвинцев

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ОПЫТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПРОЦЕССА ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ФЛОТОКОНЦЕНТРАТА ХЛОРИДА КАЛИЯ

Проведены опытные испытания по выщелачиванию флото-концентрата хлорида калия в условиях, моделирующих промышленные. Определено влияние интенсивности ультразвуковой обработки и вида выщелачивающего раствора на остаточное содержание хлорида натрия и гранулометрический состав продукта. Проведен рентгеноспектральный анализ флотоконцентрата, поступающего на выщелачивание. Предложен механизм удаления хлорида натрия из флотоконцентрата при ультразвуковой обработке.

Важной стадией производства хлористого калия флотационным способом является операция по выщелачиванию флотоконцентрата. Данный этап технологии важен с точки зрения повышения качества готового продукта, поскольку поддержание заведомо высокого содержания KCl в концентрате на более ранних стадиях производства связано с большими экономическими затратами [1]. На сегодняшний день операцию выщелачивания флотоконцентрата хлористого калия на БКРУ-2 осуществляют при добавлении воды к пульпе, что приводит к увеличению потерь KCl с жидкой фазой и снижению степени извлечения KCl. На эффективность процесса выщелачивания влияют выщелачивающий агент, размеры частиц флотоконцентрата КС1, природа и размер включений NaCl в нем, гидродинамика, температура, содержание флотореаген-тов и примесей. Готовый продукт может содержать до 5 % (мас.) примесей, таких как сульфат кальция (CaSO4), хлорид магния (MgCl2BH2O), хлорид натрия (NaCl) и нерастворимый в воде остаток (н.о.). Известно, что значительное содержание хлорида натрия в удобрении может приводить к снижению урожайности некоторых культур [2]. Поэтому важными задачами флотационной технологии являются снижение остаточного содержания хлористого натрия в конечном продукте и уменьшение потерь хлорида калия.

Ранее в лабораторных условиях нами были установлены оптимальные параметры проведения процесса выщелачивания флотокон-центрата, позволяющие снизить остаточное содержание NaCl до 0,45 % (мас.) в продукте и уменьшить потери KCl [3]. Для проверки эффективности предлагаемого способа выщелачивания были проведены опытные испытания на установке, представленной на рис. 1.

В качестве выщелачивающих агентов использовали воду и насыщенный по KCl раствор циклонной пыли (ЦП). Расход выщелачивающих агентов составлял 5 % от массы суспензии. Объектом исследований служил крупный флотоконцентрат (КФК) хлорида калия флотофабрики БКПРУ-2 г. Березники (надрешетный продукт дуговых сит поз. № 49).

Гранулометрический состав КФК до выщелачивания:

Фракция, мм + 1,6 -1,6+1,0 -1,0+0,63 -0,63+0,4 -0,4+0,2 -0,2+0,1 -0,1

Доля фракции, % 7,9 46,8 37,6 6,8 0,4 0,1 0,4

При проведении экспериментов поддерживали постоянную скорость перемешивания суспензии, достаточную для гомогенизации (300 об/мин) и малую продолжительность контактирования (2 мин) [3]. Температура суспензии до и после выщелачивания оставалась неизменной (25 °С). Процесс выщелачивания проводили в идентичных условиях без воздействия ультразвука и с УЗО заданной интенсивности.

После окончания эксперимента (с целью усреднения проб суспензии) отбор пульпы для анализов проводили в течение 5-7 с при ра-

Рис. 1. Установка для проведения процесса выщелачивания флотоконцентрата: 1 - ультразвуковой диспергатор;

2 - мешалка с регулируемым числом оборотов; 3 - реактор; 4 - источник ультразвуковых колебаний

ботающей мешалке. Анализ гранулометрического и химического составов определяли согласно ГОСТов [4, 5]. В результате проведенных испытаний определено влияние режимов выщелачивания на остаточное содержание хлорида натрия во флотоконцентрате (рис. 2) и на гранулометрический состав КФК (рис. 3, 4).

^ 6

о

ГО С

5 Ь

z 3

ф о

0 50 75 100

Интенсивность УЗО, %

И Вода  ЦП

Рис. 2. Влияние интенсивности УЗО и вида выщелачивающего агента на остаточное содержание NaCl в продукте выщелачивания

По данным рис. 2 видно, что при идентичных условиях выщелачивания остаточное содержание NaCl ниже при использовании в качестве выщелачивающего агента раствора ЦП. Минимальное содержание примеси NaCl (4,03 % при добавлении воды и 3,97 % при вводе раствора ЦП) достигается при проведении процесса выщелачивания с УЗО интенсивностью 50 %.

В работах [1, 6] установлено, что использование воды в качестве выщелачивающего агента приводит к значительным потерям твердого продукта даже при обычном механическом перемешивании. При УЗО и введении воды в суспензию происходит интенсификация растворения твердой фазы за счет перехода режима выщелачивания из внутридиф-фузионного в кинетический, возрастает амплитуда вынужденных колебаний жидкости, что приводит к увеличению коэффициента диффузии [7, 8]. Поэтому при одинаковых результатах по остаточному содержанию NaCl выщелачивание предпочтительнее проводить раствором ЦП, что позволит снизить потери KCl.

Из анализа рис. 3 и 4 видно, что ультразвуковая обработка незначительно влияет на гранулометрический состав продукта выщелачивания.

Распределение примеси хлорида натрия во флотоконцентрате в значительной степени зависит от условий формирования сильвинитовых

Рис. 3. Гранулометрический состав КФК после выщелачивания водой

Рис. 4. Гранулометрический состав КФК после выщелачивания

раствором ЦП

руд Верхнекамского месторождения [9]. Она может находиться внутри кристаллов КС1, которые можно удалить только путем растворения КФК, и в виде отдельных микрокристалликов на поверхности частиц КФК, которые удаляются при механическом перемешивании суспензии. Для уточнения характера расположения примеси хлористого натрия во флотоконцентрате KCl нами проведен рентгеноспек-

тральный анализ на сканирующем электронном микроскопе S-3400N фирмы Hitachi.

На рис. 5 представлена поверхность кристалла КФК, а на рис. 6 и 7 - результаты рентгеноспектрального анализа обозначенных областей. По полученным результатам видно, что примесные кристаллы NaCl присутствуют на поверхности частиц КФК в виде вросших блоков с размером 20x50 мкм. При механическом перемешивании суспензии (без УЗО) такие блоки невозможно удалить полностью. Можно предположить, что удаление таких примесей при УЗО происходит по следующему механизму: на границе раздела твердых фаз KCl-NaCl, являющейся дефектностью структуры кристалла КС1 и обладающей меньшей энергией связи по сравнению с энергией связи внутри фаз KCl и NaCl, образуется кавитационный пузырек [8].

Рис. 5. Кристалл флотоконцентрата до выщелачивания

Внутри пузырька температура выше, чем в обрабатываемой суспензии, поэтому при его схлопывании возникает локальный микроразогрев жидкости на границе раздела твердых фаз и растворение граничной области спайности NaCl-KCl. Во время исчезновения пузырька образуются ударные волны, которые создают микротрещины на границе раздела фаз NaCl-KCl, по которым происходит откалывание частиц примеси NaCl от поверхности кристалла флотоконцентрата KCl. В результате этого происходит удаление всего блока по месту спайности, что повышает эффективность процесса выщелачивания. Предложенный механизм требует более детального изучения.

20

15-

10-

5-

-

-

-

-

-

-

:i Na CI

-

-

- i

_ ^^1 1*1 1 1 I 1 1 1 1 I 1 1 -1 1 I 1 1 1 1 I 1 1 1 1 I 1 1 '1 "fT ". I l

5

keV

Рис. 6. Рентгеноспектральный анализ выделенной области

Рис. 7. Рентгеноспектральный анализ области вне выделения

Выводы:

1. С использованием методов электронной микроскопии и рентгеноспектрального анализа установлено, что примеси хлорида натрия могут находиться во флотоконцентрате в виде трудноудаляемых вросших блоков и легкоудаляемых микрокристаллов, закрепленных на поверхности частиц КФК.

2. Применение раствора ЦП в качестве выщелачивающего агента позволяет получать продукт КС1 с более низким содержанием NaCl,

чем при выщелачивании водой, независимо от способа обработки КФК, и снижает потери ценного компонента. Минимальное остаточное содержание хлорида натрия достигается при УЗО интенсивностью 50 %.

3. УЗО незначительно влияет на гранулометрический состав КФК независимо от интенсивности ультразвукового воздействия.

Список литературы

1. Технология флотационного обогащения калийных руд / H.H. Тетерина, Р.Х. Сабиров, Л.Я. Сквирский, Л.Н. Кириченко; под ред. H.H. Те-териной. - Пермь; Соликамск, 2002. - 484 с.

2. Калайи Х., Рутковска А. Стресс от соли. Как определить эту проблему с помощью флуориметра // Зерно. - 2010. - № 1. - С. 76-78.

3. Исследование процесса выщелачивания флотоконцентрата хлорида калия / В.В. Вахрушев, В.З. Пойлов, О.К. Косвинцев, К.Г. Кузьминых // Вестник ПГТУ. Химическая технология и биотехнология. -Пермь, 2010. - № 11. - С. 53-61.

4. ГОСТ 21560.1-82. Удобрения минеральные. Метод определения гранулометрического состава. - Введ. 1983-01-01. - Минск: Меж-гос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1982. - 3 с.

5. ГОСТ 20851.3-93. Удобрения минеральные. Методы определения массовой доли калия. - Введ. 1995-01-01. - Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1993. - 43 с.

6. Пойлов В.З. Разработка технологии получения некоторых кристаллических продуктов с заданными свойствами: дис. ... д-ра техн. наук. - Пермь, 1998. - 483 с.

7. Медведев А.С. Выщелачивание и способы его интенсификации / МИСИС. - М., 2005. - 240 с.

8. Аксельруд Г.А., Молчанов А.Д. Растворение твердых веществ. - М.: Химия, 1977. - 260 с.

9. Курбацкая Ф.А., Молоштанова Н.Е. Минералопетрографические исследования калийной руды на обрабатываемых участках Верхнекамского месторождения. - Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1985. - 146 с.

Получено 20.06.2012