Применяемые в калийной промышленности СНГ схемы флотационного способа переработки сильвинита основаны на переводе в пенный продукт хлорида калия с помощью коллекторов катионного типа и принципиально не отличаются друг от друга. Некоторые различия обусловлены методами выделения глинистых шламов и раздельной флотацией мелко- и крупнокристаллического хлорида калия. Полная технологическая схема процесса флотации представлена на рис.2
Выбор способа удаления шламов зависит от содержания нерастворимого остатка, его состава и распределения по классам крупности. В зависимости от этого применяют один из следующих трех способов (или их комбинацию):
1) Флотационное выделение шламов;
2) Депрессию глинистых шламов;
3) Механическое выделение шламов;
Поскольку два первых метода связаны с использованием реагентов, то их расход определяется пропорционально содержанию нерастворимого остатка (глинистых примесей) в исходном сильвините. Поэтому для удаления шламов с большим его содержанием в исходной руде (свыше 6%) рекомендуется использовать механический способ, который реализуется на гидроциклонах на стадиях измельчения и классификации сильвинитовой руды. Наибольшее распространение получила схема с предварительной флотацией глинистого шлама, поскольку сильвинит наиболее крупного месторождения – Верхнекамского – содержит меньше глинистых примесей. На некоторых предприятиях этого месторождения используется также механическое удаление части шламов перед флотационным удалением.
рис.2. Схема флотации сильвинита с предварительной флотацией глинистых шламов: 1- бункер для руды, 2- стержневая мельница; 3- мешалка; 4 –дуговое сито P=1500; 5 – дуговое сито P=550; 6 – флотомашины шламовой флотации; 7 – флотомашины для перечистки шламов; 8 – флотомашины для перечистки концентрата; 10 – центрифуга; 11 – сгуститель; 12 – сгуститель хвостов; 13 – вакуум-фильтр; 14 – ловушка; 16 – сборник оборотного раствора.
В схеме флотационного удаления шламов сильвинитовая руда измельчается в стержневой мельнице мокрого помола (2). Чтобы классифицировать измельченный сильвинит, мельница работает в замкнутом цикле с дуговым ситом 4. Подрешетный продукт дуговых сит, представляющий пульпу, состоящую из оборотного раствора и части сильвинита, измельченных до –0.07 мм, поступает на основную шламовую флотацию во флотомашину 6. В качестве коллектора в пульпу вводят реагент ОЖК.
Пенный продукт шламовой флотации подвергается перечистке во флотомашине 7 без дополнительной подачи реагентов. Для сгущения пенный продукт перечистки осветляется в сгустителе 11. Осветленный насыщенный раствор возвращается в цикл, а сгущенный шламы после противоточной промывки (ПТП) отправляются в шламохранилище.
С помощью шламовой флотации удается извлечь из сильвинита до 85% нерастворимого остатка.
Обесшламленный сильвинит в виде пульпы с соотношением Ж:Т=1.6…2.0 поступает на основную сильвиновую флотацию во флотомашину 8. Сюда же в качестве коллектора подается подогретый до 40 градусов 1%-нцй раствор солянокислого амина. Пенный продукт основной сильвиновой флотации подвергается перечистке во флотомашине 9. После перечистки концентрат хлорида калия обезвоживается в центрифуге 10. Влажность концентрата после центрифуг составляет 5%. Концентрат подвергается сушке в печах кипящего соля или в трубах-сушилках. Высушенный хлорид калия с влажностью не более 1% отправляется на склад готовой продукции.
Флотационный хлорид калия должен содержать не менее 95% KCl и не более 1.4% NaCl.
Галитовый хвосты основной сильвиновой флотации в виде пульпы с соотношением Ж:Т=2.8…3.2 поступают на фильтрацию. Чтобы облегчить работу фильтрационной установки, хвосты предварительно классифицируют по классу 0.6 мм на дуговом сите 5, а меньшие классы хвостов – в гидроциклонах. Надрешетный продукт фильтруется на вакуум-фильтре 13, а подрешетный продукт, представляющий пульпу, подвергается сгущению в сгустителе 12. Хвосты после сгустителя с соотношением Ж:Т=0.8…1.2 также фильтруются на вакуум-фильтре 13. Осадок на фильтре промывается теплой водой (30-40 градусов) и с влажностью не более 11% отправляется на производство технической соли или на закладку отработанных шахтных камер рудника, а большая часть – в отвал.
По качеству получаемой продукции технологические схемы могут включать в себя стадии мелко- и крупнокристаллической флотации сильвина. Например, в технологической схеме Березниковского калийного рудоуправления №2 предусмотрено последовательное флотационное выделение мелких и крупных кристалоов KCl. Возможно параллельное выделение мелких и крупных кристаллов после предварительной соответствующей классификации руды.
Для более полного извлечения хлорида калия возможно использование комбинированной схемы, включающей также галургическую переработку полупродуктов флотационной фабрики. Такая схема используется на одной из флотационных фабрик Канады.
Наиболее активными собирателями при флотации сильвинитовых руд оказались катионактивные водорастворимые соли. Действие этих собирателей зависит не от химических соединений (образования двойных солей), а от родственных структур.
При флотации солей необходимо соответствие между размерами катиона коллектора и размерами катиона кристалла. Амины могут флотировать все соли, катионы которых по объему ионов отклоняются не более чем на 10% от объемов ионов аминов.
Опыты с радиоактивными изотопами выявили, что для флотации породы не требуется полного покрытия поверхности частиц. Покрытие коллектором 5% поверхности частиц достаточно, чтобы обеспечить хорошую флотируемость. Это покрытие может быть неравномерным, оно может быть и в виде отдельных пятен на ребрах и углах кристаллов.
Лучшие результаты флотации достигаются при применении смеси насыщенных и ненасыщенных аминов, содержащих от 16 до 18 атомов углерода.
ВНИИГ впервые применил в качестве собирателя катионный коллектор – солянокислый октодециламин (C18H37NH2HCl), что дало возможность перерабатывать измельченную руду, проходящую (до 99%) через сито 24 меш (0.75 мм). Очевидно, что при более грубом помоле увеличивается производительность оборудования в стадии измельчения. Это значительно удешевляет одну из самых дорогостоящих операций – измельчение. Кроме того, более грубый помол уменьшает время флотации и дает возможность получить более качественный концентрат.
Наличие в сильвинитовой руде примесей глины вызвало необходимость специальной флотации глин. Реаген октодециламин является одновременно коллектором и вспенивателем. Адсорбируясь на "примазках" хлористого калия, он флотирует глинистый частицы, образую устойчивую пену. Это затрудняет флотацию крупных частиц сильвинита и транспортировку ценного продукта и увеличивает расход реагента. Указанные причины вызвали необходимость флотационного удаления глин из состава пульпы. Для укрупнения глинистых частиц применяют крахмал.
При применении вспенивателя ФР-2 (продукт окисления уайт-спирита) образуется большое число пузырьков воздуха, которые выносят хлопья глины на поверхность пульпы.
Флотация калийных солей проводится в насыщенных растворах этих солей, так как в воде калийные соли растворяются. Концентрат, полученный в результате флотации обладает лучшими физическими свойствами, чем концентрат, образовавшийся путем охлаждения и кристаллизации насыщенных растворов.
Флотационный концентрат не слеживается, однако сушка его необходима по экономическим причинам.
На опытной флотационной фабрике в 1959 году были получены следующие показатели:
Содержание KCl в концентрате, % ……………… 92.8
Содержание KCl в хвостах, % ……………………. 2.5 – 2.7
Расход на 1m 95%-ного концентрата:
сильвинита в переводе на
сильвинит с содержанием 22% KCl, m ….5.0-5.2
крахмала, кг…………………………………..0.3
соды, кг………………………………………...0.045
реагента ФР-2, кг…………………………….1.17
октодециламина, кг………………………….0.20
Содержание влаги в концентрате после
центрифуг, %…………………………………………..4.8-5.0
11. Расчет по процессу флотации
11.1.Расчет количественно-шламовой схемы
Основные выходы и отношения взяты по данным работы опытно-промышленной флотационной фабрики. Расчет ведется на 1 тонну сильвинитовой руды, согласно рис. 3.
рис.3. Количественно-шламовая схема обогащения сильвинитовой руды
табл.5.
| Наименование операции и продуктов | Направление | Выход, % | Количество, m | Отношение Т:Ж | |
| твердого | жидкого | ||||
| 1. Предварительное обесшламливание и классификация | |||||
| Руда | Поступает | - | - | ||
| Слив мельницы | >> | 2,65 | 1,06 | 1:0,4 | |
| Маточники | >> | 3,31 | 1:1,2 | ||
| Итого | - | 3,65 | 4,37 | 1:1,2 | |
| Слив классификатора №1 | Уходит | 0,21 | 1,34 | 1:6,4 | |
| То же, №2 | >> | 0,79 | 1,97 | 1:2,5 | |
| Пески классификатора №1 и №2 | Уходят | 2,65 | 1,06 | 1:0,4 | |
| Итого | - | 3,65 | 4,37 | 1:1,2 | |
| II. Измельчение | |||||
| Пески классификатора | Поступают | 2,65 | 1,06 | 1:0,4 | |
| Итого | - | 2,65 | 1,06 | 1:0,4 | |
| Слив мельницы | Уходит | 2,65 | 1,06 | 1:0,4 | |
| Итого | - | 2,65 | 1,06 | 1:0,4 | |
| III. Сгущение в конусе | |||||
| Слив классификатора №1 | Поступает | 0,21 | 1,34 | 1:6,4 | |
| Пром. продукт перечистной шламовой флотации | >> | 0,01 | 0,09 | 1:9 | |
| Итого | - | 0,22 | 1,43 | 1:6,5 | |
| Пески конуса | Уходят | 0,21 | 0,53 | 1:2,5 | |
| Слив конуса | Уходит | 0,01 | 0,9 | 1:90 | |
| Итого | - | 0,22 | 1,43 | 1:6,5 | |
| IV. Флотация шламов | |||||
| Пески конуса | Поступают | 0,21 | 0,53 | 1:2,5 | |
| Слив классификатора №2 | Поступает | 0,79 | 1,97 | 1:2,5 | |
| Пром. продукт перечистки концентрата | >> | 0,01 | 0,11 | 1:11 | |
| Итого | - | 1,01 | 2,61 | 1:2,5 | |
| Шламы | Уходят | 0,04 | 0,22 | 1:5,5 | |
| Пром. продукт | Уходит | 0,97 | 2,39 | 1:2,46 | |
| Итого | - | 1,04 | 2,61 | 1:2,6 | |
| V. Перечистка шламов | |||||
| Шламы | Поступают | 0,04 | 0,22 | 1:5,5 | |
| Итого | - | 0,04 | 0,22 | 1:5,5 | |
| Шламы окончательные | Уходят | 0,03 | 0,13 | 1:4,4 | |
| Пром. продукт | Уходит | 0,01 | 0,09 | 1:9 | |
| Итого | - | 0,04 | 0,22 | 1:5,5 | |
| VI. Сгущение шламов | |||||
| Шламы окончательные | Поступают | 0,03 | 0,13 | 1:4,4 | |
| Слив конуса | Поступает | 0,01 | 0,9 | 1:90 | |
| Итого | - | 0,04 | 1,03 | 1:26 | |
| Слив сгустителя | Уходит | - | - | 0,87 | - |
| Сгущенный продукт | >> | 0,04 | 0,16 | 1:4 | |
| Итого | - | 0,04 | 1,03 | 1:26 | |
| VII. Основная флотация сильвина | |||||
| Пром. продукт | Поступает | 0,97 | 1,75 | 1:1.8 | |
| Итого | - | 0,97 | 1,75 | 1:1.8 | |
| Концентрат | Уходит | 0,3 | 0,45 | 1:1,5 | |
| Хвосты | Уходят | 0,67 | 1,21 | 1:1,8 | |
| Итого | - | 0,97 | 1,66 | 1:1,71 | |
| VIII. Перечистка концентрата | |||||
| Концентрат | Поступает | 0,3 | 0,45 | 1:1,5 | |
| Итого | - | 0,3 | 0,45 | 1:1,5 | |
| Концентрат окончательный | Уходит | 0,29 | 0,34 | 1:1,2 | |
| Пром. продукт перечистки | >> | 0,01 | 0,11 | 1:11 | |
| Итого | - | 0,3 | 0,45 | 1:1,5 | |
| IX. Фильтрация концентрата | |||||
| Концентрат окончательный | Поступает | 0,29 | 0,34 | 1:1,2 | |
| Итого | - | 0,29 | 0,34 | 1:1,2 | |
| Концентрат | Уходит | 28,7 | 0,287 | 0,0017 | 6% влаги |
| Фильтрат | >> | 0,3 | 0,003 | 0,3 | 1:100 |
| Итого | - | 0,29 | 0,34 | 1:1,2 | |
| X. Cгущение хвостов | |||||
| Хвосты | Поступают | 0,67 | 1,94 | 1:2,9 | |
| Итого | - | 0,67 | 1,94 | 1:2,9 | |
| Хвосты | Уходят | 0,67 | 0,67 | 1:1 | |
| Слив | Уходит | 1,27 | |||
| Итого | - | 0,67 | 1,94 | 1:2,9 | |
| XI. Фильтрация хвостов с промывкой | |||||
| Хвосты | Поступают | 0,67 | 0,67 | 1:1 | |
| Вода | Поступает | 0,875 | |||
| Итого | - | 0,67 | 1,545 | 1:2.3 | |
| Хвосты окончательные | Уходят | 0,67 | 0,066 | Влаги 9% | |
| Фильтрат и пром. воды | >> | 1,129 | |||
| Итого | - | 0,67 | 1,545 |
Таким образом после стадии основной флотации сильвинита и перечистки концентрата получаем пульпу состава 290 килограмм KCl и 340 килограмм маточного раствора. Итого 630 килограмм.
12. Аппаратура для сгущения и фильтрации
Для процессов сгущения и фильтрации применяются аппараты непрерывного действия.
Установки сгущения состоят из отстойников типа Брандес, шестиконусных отстойников или механических сгустителей.
Фильтрация пульпы производится в центрифугах.
В калийной промышленности работают центрифуги различных конструкций, начиная от подвесных с ручной выгрузкой, до автоматических центрифуг типа АГ-1800.
Фильтрация происходит в центрифуге под действием центробежной силы, развивающейся при вращении ротора. Центробежной силой раствор продавливается через сетки и отверстия в роторе, а кристаллы остаются на сетке. Образовавшийся слой кристаллов также служит фильтром.
При заполнении ротора толщина слоя кристаллов также может составлять в пределах 216-240 мм. Нормальный цикл центрифуги длится 5 мин., загрузка 1.5 мин., фильтрация 2 мин. и выгрузка 1.5 мин.
Основным условием интенсивной работы центрифуги является чистота сеток. С течением времени сетки центрифуги забиваются кристаллами соли, что ведет к увеличению влажности соли. Иногда из-за недостаточного осветления раствора в пульпу попадает мелкий глинистый шлам, который замазывает сетку центрифуги. Для очистки сеток центрифугу необходимо периодически промывать водой; при большом количестве глинистого шлама его приходится удалять механическим пуем. Важно также подавать пульпу заданного состава. Чем выше содержание кристаллов соли в пульпе, тем производителнее работает центрифуга. На одной из фабрик принято отношение Т:Ж=2:1 и 2.5:1.
Влажность хлористого калия после центрифуг должна составлять 5-7%.
При подаче пульпы может образоваться конус, тогда "центрифуга бьет". В этом случае необходимо, не заканчивая цикл, срезать конус ножом. Засорение путем периодического открывания и закрывания питателя.
В сгустителе осаждается 290 килограмм соли, вместе с которой уходит маточный раствор в соотношении Т:Ж=2:1, то есть
килограмм раствора.
Таким образом из сгустителя уходит в слив маточного раствора
кг.
На центрифуги поступает пульпа состава (в кг):
Соль…………………… 290
Маточный раствор… 195
Всего…………………….485
По данным практики работы предприятий, принимаем влажность соли после центрифуги 6%, или раствора 6×1.463=8.78%
После центрифуг получается раствор с солью:
кг
В том числе раствора:
кг.
Количество фильтрата:
кг
Таким образом на сушку поступает (в кг)
Соль………………………290
Раствор…………………..27.9
Всего……………………..317.9
Состав раствора (в кг):
KCl…………………27.9×0.1114=3.11
NaCl………………..27.9×0.2042=5.7
H2O……………… 27.9×0.6844=19.09
Всего……………………………...27.9
13. Сушка
Следующим и заключительным этапом обработки хлорида калия перед отправкой его в потребителю, станет сушка концентрата, прошедшего центрифугирование. Сушка необходима для того, чтобы концентрат в процессе транспортировки его потребителю не слеживался и не образовывал монолитных кристаллов. В технологическом процессе особое внимание уделяется получению крупных кристаллов хлорида калия, которые обладают большей стойкостью к влаге и их удобно транспортировать, также они менее подвержены слеживанию.
Благодаря сушке в "кипящем слое" максимально увеличивается активная поверхность соприкосновения высушиваемого материала в тепловым агентом.
Сущность процесса сушки в кипящем слое заключается в следующем. Горячие газы выдуваются через зернистый материал снизу вверх с определенной скоростью, при которой давление газового потока становится равным весу сыпучего материала.
При малом трении слоя о стенки слой приподнимается. С увеличением скорости газа высота слоя повышается и объем увеличивается настолько, что зерна в слое становятся подвижными; при дальнейшем возрастании скорости слой напоминает кипящую жидкость. При этом происходит интенсивное перемешивание частиц и увеличивается коэффициент теплопередачи.
Режим сушки в "кипящем слое" следующий. Топочные газы поступают под решетку с температуров 700-800 градусов. Провальная решетка устанавливается под углом от 1 до 4 градусов и имеет приспособление для регулирования наклона к выгрузочному отверстию. Диаметр отверстий – 10 мм, живое сечение решетки составляет 3-4% от общей площади. Материал загружается на решетку равномерно.
Скорость газа в аппарате 0.55 м/сек. Критическая скорость для хлористого калия 0.28 м/сек. Высота кипящего слоя – 600 мм, а высота факелообразования 30% от высоты слоя.
Конечная влажность высушенного продукта менее 0.2%, его температура – 130-150 градусов.
При сушке происходит вынос материала, который составляет 10-15%. Влагосъем при сушке в "кипящем слое" составляет 160-250 кг влаги на м2 в час.
Сушка в "кипящем слое" в несколько раз интенсивнее по сравнению с сушкой во вращающихся барабанах. При этом сокращается расход топлива и и для установки требуется меньше производственной площади.
13.1. Расчеты по процессу сушки