(一) 可溶性钾盐矿的选矿及加工技术制取氯化钾的主要矿物是钾石盐和光卤石。钾石盐成分单一、溶解度高、选矿工艺最简单。光卤石的选矿工艺则较复杂,必须先除去光卤石中的氯化镁,获得钾石盐后进一步加工。硫酸盐矿石的加工更复杂,除一般的选矿方法外,还需一定的化学反应,才能制取硫酸钾。钾盐矿的选矿加工方法,氯化物型矿石通常有:热溶法、浮选法、静电法、重力法、冷分解法及冷分解-浮选联合法等。各种方法的基本原理为:热溶法是利用钾石盐和石盐在不同温度下,水溶液中具有不同的溶解度而进行分离。其方法是将钾石盐与其他盐类矿物的共饱和溶液加热到某一温度,钾石盐全部进入溶液,而石盐的溶解度基本不变,以固相残渣而分离,然后将溶液冷却析出氯化钾。浮选法是利用钾石盐与石盐表面润湿性差异进行分选。方法是把捕收剂、起泡剂、催化剂和介质调整剂放入饱和溶液中,使氯化钾表面形成一层薄膜与溶液隔离,当小空气泡通过时,氯化钾颗粒即吸附在气泡上,气泡把氯化钾晶体带到浮选槽顶部,经刮板刮出泡沫,过滤、干燥即为成品。静电法是利用钾石盐和其他伴生盐类矿物加热、冷却及其他方法处理后表面带电性质的差异进行分选。分选前将物料加热到300~700℃,然后冷却到100~200℃,或用专门的调整剂处理,有选择地改变矿物表面的带电性质,从而达到分选的目的。重介质法(或称重力法):利用钾盐和其他盐类矿物密度的不同,在特定介质中分离。其方法是选择一种介于钾石盐和石盐密度之间的悬浮溶液,在此溶液中使石盐下沉,钾石盐上浮,达到分选的目的。冷分解-浮选联合法:是上述两种方法的结合。先将分解光卤石的料浆过滤,分离掉母液,得到近似钾石盐的粗钾,其中的氯化钾是刚从光卤石中分离出来的,具有新生态表面,加入一定量的水,经浮选、脱水、干燥得成品。典型选矿实例如下:1.云南勐野井钾盐矿选矿工艺勐野井钾盐矿,是一个钾石盐和石盐密切共生的矿床,主要含钾矿物为钾石盐,其次为光卤石。该矿现有小型选矿厂采用浮选法,年处理矿石2.4万t。入选矿石主要是青灰色类型钾石盐。原矿含KCl一般为10%~25%,含NaCl一般为60%~80%,含水不溶物3%~8%;原矿最大粒度300 mm,含水量3%~6%。浮选工艺原则流程见下图。图片2.青海察尔汗盐湖卤水选矿工艺青海钾肥厂,一选厂年产氯化钾肥料约4万t,二选厂年产氯化钾肥料20万t,二者均采用光卤石冷分解-浮选联合法工艺生产氯化钾。将含钾卤水泵入盐田,经日晒生产光卤石矿,然后加水分解,再浮选洗涤出产品(图4.9.5)。盐田光卤石矿的化学组成:KCl>16%、NaCl<26.25%、MgCl2<25.95%、CaSO4<0.5%、水不溶物0.2%、游离水<2%。近年来,随着钾盐生产实践,化学工业部化工矿山设计研究院新开发了两个新工艺:(1)兑卤脱钠控速分解法将K+、Na+、Mg2+/Cl-、H2O四元体系的卤水,泵入盐田,日晒蒸发,在结晶出含钾矿物光卤石之前将浓度大大提高了的卤水(相当于相图共饱线E点组成)送到加工厂与老卤(相当于相图共饱线F点组成)相兑,NaCl在兑卤瞬间就从卤水中以极细的颗粒结晶出来,同时卤水中的钾以光卤石晶体形式从卤水中结晶出来,但颗粒较粗大。细粒氯化钠很容易地从溢流中排除,剩余的部分是含少量氯化钠的光卤石(低钠光卤石)。向低钠光卤石加水,控制光卤石分解速度,使其中大部分氯化镁溶于水排掉,就得到了最终产品氯化钾(氯化钾含量可达98%)。如需提高纯度,再加淡水清洗即可。图2青海钾肥厂光卤石冷分解—浮选联合法制取氯化钾工艺流程图片1995年已建成两个万吨级生产装置。生产出优质氯化钾产品,其中间产品低钠光卤石已被用作电解金属镁的原料。该工艺流程不仅可获得高品质的氯化钾产品,而且节省了盐田面积,免去光卤石的采收过程,缩短了生产周期,设备可全部国产化。(2)盐田光卤石溶解重结晶制取氯化钾:将原卤泵入钠盐池,经蒸发浓缩至光卤石时,再泵入兑卤池,同时泵入老卤兑卤,兑卤后析出的光卤石沉淀,达到一定厚度时(30~50 cm)停止兑卤,疏干池内卤水,加入淡水溶解光卤石,当接近饱和时,泵入钾盐池进行蒸发浓缩析出KCl,采收KCl经脱水、干燥得到钾盐产品;钾盐池卤水NaCl达到饱和时,排回钠盐池进行再循环生产。兑卤池析出光卤石后的卤水排入二段光卤石池,经蒸发浓缩析出二段光卤石,排放一部分终点卤水,另一部分排入老卤池兑卤和调节钠盐池卤水。二段光卤石池析出的光卤石,排干表面水后,加入淡水进行溶解,溶解液排回钠盐池供循环生产。该工艺为中间试验规模,已运转数年。优点在于它全部利用盐田完成氯化钾生产的全过程,节省了选矿车间的设备;缺点是卤水的水质及生产过程,全部露天进行,受气候影响较大。3.四川渠县农乐杂卤石矿生产工艺将矿粉加入焙烧炉用烟道气加热焙烧后,粉尘经一级旋风分离器收尘回收,再经水洗塔循环水回收,尾气放空。将焙烧好的熟料加入已放好的循环液的溶液罐中溶出,30min后,料浆进入密压机中过滤与洗涤,洗涤甩干后的石膏渣取样后用水冲洗排放,石膏渣待自然脱水后送到制砖车间制砖或排放。滤液通过精滤泵入双效真空蒸发器内真空浓缩,当比重达到工艺要求后,放入结晶罐内冷却结晶,产品经离心甩干后立即包装,结晶后母液打入双效蒸发器内与新补充滤液继续蒸发浓缩。该工艺是一个杂卤石制高浓度钾镁肥2 000 t/a中试开发科研项目。利用K2O含量为5%左右的杂卤石,K2O溶出率达90%以上。(二) 不溶性含钾资源的综合利用含钾的铝硅酸盐以及富钾岩石在我国分布十分广泛,储量巨大。为了开辟钾肥资源矿产资源,从含钾铝硅酸盐及富钾岩石中提取钾肥,开展了大量的工作,虽然目前尚处于扩大试验和推广阶段,但已有了良好的开端。已试验成功的范例有浙江平阳明矾石矿综合利用生产硫酸钾工艺、山西省闻喜县钾长石综合利用生产钾肥、碳酸钾和水泥工艺,以及云南个旧霞石综合利用生产碳酸钾工艺等。
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