Калыйна промисловысть

Флотаційний спосіб виробництва. Флотаційний метод збагачення калійних руд впроваджений у промисловість в 1963-1964 роках на першому Солігорськ калійному рудоуправлінні комбінату «Белорускалій», вміст корисного компонента до 95%. Цей метод збагачення калійних руд менш складний, ніж галургічний.

Флотаційний спосіб виділення хлориду калію з сильвініту заснований на флотогравітаціоному поділі водорозчинних мінералів калійної руди в середовищі насиченої ними сольового розчину. Це досягається селективною гідрофобізацією поверхні частинок калійних мінералів за допомогою флотореагентов - збирачів.

Технологічні схеми флотаційного виробництва хлориду калію залежать від мінерального і гранулометричного складу флотаційного сильвініту: вмісту в ньому домішок (глинистих шламів), розмірів зерен компонентів і розрізняються методами обробки глинистих шламів. У загальному випадку флотаційний метод виділення хлориду калію з сильвініту включає наступні операції:

- подрібнення сільвінітової руди до розмірів часток 1-3 мм з подальшим мокрим помелом до розміру 0,5 мм;

- відділення глинистого  шламу - тонкодисперсних глинисто-карбонатних  домішок методами флотації, гідравлічної  класифікації, або гравітації;

- флотаційний поділ водорозчинних мінералів руди (сильвіна і Галіт) у присутності збирачів (основна флотація);

- флотація отриманого концентрату для видалення з нього залишених домішок;

- зневоднення концентрату  методами згущення і фільтрування  з поверненням в процес оборотного розчину;

- сушка вологого концентрату.

Процеси мокрого розмелювання і флотації проводять в середовищі сольових розчинів, насичених водорозчинними компонентами руди (сильвін і галіт), що виключає їх втрати при виробництві і дозволяє організувати замкнутий циклічний процес. В якості флотореагентів - збирачів на стадії відділення шламу використовують реагент ФР - 2 (продукт окислення уайт-спіриту), на стадії основної флотації - речовини, що сприяють гідрофобізації частинок сильвіна: Солянокислі солі вищих (С 10 -С 22) первинних амінів, а також високомолекулярні вуглеводні. Після флотації потрібно згущувати глинисті шлами і піддавати їх противоточному промиванні, однак труднощі, пов'язані з руйнуванням піни, що утворюється при шламової флотації, ускладнюють проведення цих операцій, що призводить до значних втрат хлористого калію з рідкою фазою[4].

Для підвищення ступеня вилучення калію виробляють термічну обробку галітових хвостів, що містять деяку кількість сильвіна. Для цього галітову пульпу нагрівають до 60-70 ° С, при цьому твердий KСl розчиняється, так як при підвищенні температури розчин стає ненасиченим KСl. Потім хвости зневоднюють і видаляють у відвал, а матковий розчин охолоджують у вакуум-кристалізаторах для виділення з нього хлористого калію.

На рисунку 1.4 представлена технологічна схема виділення хлориду калію з сильвініту з попередньою флотацією глинистого шламу, застосовувана для переробки руд з невисоким (менше 2,5%) вмістом нерозчинного залишку. Для руд з більш високим вмістом залишку використовуються схеми з відділенням шламу шляхом введення депрессора - карбоксиметилцелюлози, сприяє відділенню шламу на стадії основної флотації.

Рисунок 1.4 - Коротка технологічна схема виділення хлориду калію з сильвініту флотаційним способом: 1- бункер сильвініту; 2 - млин мокрого помелу; 3 - змішувач-розчинник; 4 - сито; 5 - флотаційна машина основний флотації; 6 - флотаційна машина перечістной флотації; 8 - центрифуга для відділення оборотного розчину від концентрату; 9 - збірка оборотного розчину; 10 - згущувач шламу; 11 - сито для відведення хвостів (Галіт)

Флотаційний метод ефективний при витяганні хлориду калію з високоякісних сильвінітових руд, що містять незначну кількість шламу. Ступінь вилучення хлориду калію досягає 0,90-0,92 часткою одиниці, а готовий продукт (концентрат) містить 93-95% солі. Ступінь вилучення може бути підвищена, якщо в технологічній схемі передбачена флотація відокремлюваного глинистого шламу для вилучення з нього хлориду калію.

В даний час більше 80% калійних добрив проводиться флотаційним методом [4].

На більшості сучасних калійних фабрик вилуговування сильвінітових руд здійснюють в шнекових розчинниках зі спіральною мішалкою, що обертається на горизонтальному валу; з її допомогою здійснюються перемішування суспензії і транспорт твердої фази. Витрата теплоти, викликаний ендотермічним ефектом розчинення KСl, введенням холодного сильвініту і тепловіддачею в навколишнє середовище, компенсують подачею гострого пара або попередніми перегрівом лугу під тиском.

Значна інтенсифікація розчинення калійних руд очікується при проведенні процесу в умовах турбулентного потоку по трубах. Цим способом здійснюють розчинення відвалів галіта на калійних підприємствах Німеччини. Час повного розчинення галіта становить близько 2 хвилин при швидкості потоку в трубі 1 м/с. Перспективно вилуговування KСl з сильвініту в трубопроводі гарячим лугом при гідротранспорті його з шахти наверх. При цьому дроблення сільвініта і змішування його з лугом повинно здійснюватися в шахті.

На сучасних калійних підприємствах кристалізацію KСl виробляють в багатоступеневих вакуумкрісталлізаційних установках з рекуперацією теплоти сокового пара, конденсацію якого здійснюють в поверхневих теплообмінниках, охолоджуваних маточним лугом. Завдяки цьому утилізується 40-70% теплоти, витраченої на нагрівання щолоков. Часткове або повне повернення конденсату сокового пара в розчин дозволяє уникнути забруднення продукту хлоридом натрію в процесі упарки.

Використання багатоступеневих вакуум-кристалізаційних установок дає можливість здійснювати поступове охолодження щелока від 93-97 до 20-30 ° С при невеликих перепадах температур і відповідно при невеликих пересиченнях в кожному ступені і отримувати більш крупні кристали хлориду калію. При укрупненні кристалів, поряд з поліпшенням товарних якостей продукту, підвищується продуктивність центрифуг і сушарок внаслідок зниження вологості осаду.

Зі збільшенням числа ступенів охолодження підвищується ступінь використання теплоти сокового пара, зростає загальна площа дзеркала випаровування і зменшується перепад температур в кожному ступені. З іншого боку, це призводить до збільшення габаритів вакуум-кристалізаційних установок, питомої витрати металу, зростанню обсягу виробничих приміщень. Збільшення числа ступенів понад 14-15 нераціонально, так як майже не дає подальшого підвищення температури нагрівається лугу[4].

Багатоступінчасті вакуум-кристалізаційні установки можуть включати як горизонтальні, так і вертикальні апарати. У вертикальних вакуум-кристалізаторах забезпечується менший, ніж у горизонтальних, виніс бризок лугу з пароповітряної сумішшю, однак останні більше компактні, мають більшу дзеркало випаровування, в них менше втрати вакууму за рахунок гідростатичного тиску. Найбільшого поширення набули 14-ступенчасті агрегати, що включають один вертикальний і 6-7 горизонтальних (поділених на секції) апаратів. У 14-східчастих вакуум-кристалізаційних установках перепад температури в кожній ступені становить в середньому 4-5 K; при цьому виходять кристали, середній розмір яких не перевищує 0,2 мм при значному вмісті фракції менше 0,15 мм (близько 50%). Присутність цієї фракції підвищує запилювання продукту при складуванні та внесення в грунт, збільшує його злежуваність. (При збільшенні числа ступенів до 24 середній розмір кристалів дещо зростає, проте вміст фракції 0,15 мм все-таки становить 15-30%).

В апаратах з регульованою кристалізацією можна отримати кристали з розмірами зерен до 2-3 мм. Однак для утворення зваженого шару кристалів необхідно підтримувати порівняно невелику (1,5-2 см/с) лінійну швидкість розчину, що вимагає установки кристалізаторів вельми великого діаметру і призводить до значного збільшення обсягу установки в порівнянні зі звичайними вакуум-кристалізаторами.

Розчини й суспензії, що переробляються у виробництві хлориду калію з калійних руд, діють руйнівно на апаратуру. Значний корозійний і ерозійний знос спостерігається в трубопроводах, розчинниках, відстійниках для гарячих щолоков, насосах, ковшах елеваторів та ін. Для захисту апаратури застосовують різного роду покриття. Розчинники, покривають діабазовий обмазкою. Металеві трубопроводи захищають порцеляновими вкладишами на спеціальних цементах або гумою[5].

Технологічна процес виробництва калійних добрив галургічним способом. Технологічний процес включає наступні основні стадії:

- дроблення сирої сільвінітовой  руди;

- вилуговування KCl з сильвініту  гарячим оборотним маточним розчином;

- відділення гарячого  щелока від відвалу, його освітлення  і відділення від сольового  і глинистого шламу;

- кристалізація KCl при охолодженні  гарячого осветленного лугу;

- відділення кристалів KCl від маточного розчину і їх  сушка;

- нагрівання маточного  розчину і повернення його  на розчинення сильвініту;

- видалення або утилізація  відходів виробництва.

Перед вилуговуванням сиру руду піддають дробленню. У калійної промисловості в останні роки застосовують дробарки, що працюють за принципом ударної дії. Ударні дробарки володіють високою продуктивністю; за ступенем подрібнення вони перевершують щокові, валкові і звичайні молоткові.

На вилуговування надходить сильвінітна руда з розмірами частинок 1-4 мм. Хлорид калію витягують з сильвініту гарячим (105-115 ° С) лугом у двох шнекових розчинниках. У першому з них руда і розчин рухаються прямотоком, у другому - протитечією. Відвал, що виходить з розчинника, додатково обробляють в шнекової мішалці  лугом при температурі 70 ° С для більш повного вилучення з нього KCl і рекуперації тепла відвалу. Матковий розчин, що міститься у відвалі після шнекової мішалки, видаляють. Для цього відвал промивають гарячою водою на вакуум-план-фільтрі. Промитий відвал з вмістом 5-6% вологи і 2,5% KCl видаляють.

Насичений гарячий (97-107 ° С) щелок, отриманий у відділенні розчинення, містить 245-265 р/л KCl, 270 р/л NaCl і зважені сольові і глинисті частинки. Освітлення лугу проводять в шестиконусному відстійнику-згущувачу. При цьому в перших двох конусах згущувача осідають переважно сольові частинки, а в наступних - глинисті. З метою прискорення осадження тонких мулистих часток до Щолоков додають лужний розчин крохмалю або водний розчин поліакриламіду. Сольовий шлам безперервно повертають у другій розчинник, а глинистий шлам періодично спускають в мішалку. Тут його обробляють гарячою водою у співвідношенні ж: т=4: 1 і передають далі на противоточну промивку, здійснювану в 2 - 4 згущувачах Дорра. Промитий глинистий шлам викидають у відвал, а промивні води повертають на розчинення в шнекову мішалку. Застосування противоточної промивки знижує втрати хлориду калію з глинистим шламом в 4-5 разів.

Кристали KCl виділяються при охолодженні гарячого насиченого розчину в багатоступінчастій вакуум-кристалізаційній установці.

Для отримання великих кристалів KCl температуру охолоджуваного розчину знижують поступово. На вітчизняних підприємствах застосовують зазвичай 14-ступінчасті вакуум-кристалізаційні установки (ВКУ) з поступовим збільшенням вакууму від щабля до щабля. Перепад температур в кожному ступені становить 4-5 ° С, швидкість охолодження близько 2 ° С в 1 хв. Гарячий насичений розчин послідовно перетікає з однієї ступені в іншу.

У першому вакуум-кристалізаторі  розрідження становить близько 64 кПа, а в останньому  - приблизно 100 кПа. Вакуум в системі створюється за допомогою пароструминних ежекторів, відсмоктувальних з кристалізаторів  і  паровоздушную суміш. Ця суміш утворюється при випаровуванні розчину. Ежектори встановлені на поверхневих конденсаторах. У них подають пар тиском 600-700 кПа. Пара з пароповітряної суміші конденсується в поверхневих конденсаторах 20 в результаті теплообміну з оборотним маточним розчином. Розчин при цьому нагрівається до 65-72 ° С. Його направляють на розчинення сильвініту після попереднього підігріву до 113-115 ° С в трубчастому підігрівачі, обігрівається парою. У результаті теплообміну між розчином і соковим паром рекуперується від 40 до 70% тепла витрачається на нагрівання розчину.

Соковий пар з останніх п'яти ступенів ВКУ не використовується для нагрівання маточного розчину, а конденсується в п'яти конденсаторах змішання, зрошуваних водою. Обидві лінії конденсаторів об'єднані додатковими конденсаторами змішання  з пароструйним ежекторами, з'єднаними з вакуум-насосом [5].

Конденсат, що утворюється в конденсаторах змішування і додаткових конденсаторах, використовують для промивання відвалу з розчинників і глинистого шламу. З останнього вакуум-кристалізатора пульпу безперервно видаляють по барометричної трубі в бак, а звідси її подають на згущення в шестиконусний відстійник. Освітлений маточний розчин повертають у цикл розчинення.

Згущену пульпу хлориду калію із співвідношенням ж: т=1: 2 з конусів згущувача  перекачують насосом в бак з мішалкою, звідки вона самопливом перетікає для фільтрації в центрифуги. У калійної промисловості працюють автоматичні центрифуги неперервної дії. Для фільтрування пульпи хлориду калію відчувають пульсуючі центрифуги безперервної дії, в порівнянні з центрифугами полунепреривного дії вони відрізняються більшою ефективністю. З метою зниження KCl перед фільтруванням в пульпу вводять 1% -ний водний розчин гідрохлоридів первинних жирних амінів C 16 - З 20.

Вологість кристалів після центрифугування становить 5-7%. Кристали KCl сушать у прямоточних барабанних сушарках 33 до вмісту вологи 0,5-1%. Температура топкових газів на вході в сушарку 650-800 ° С, на виході - 140-160 ° С. Температура висушеного продукту приблизно 100 ° С. Найбільше застосування для сушіння хлориду калію в останні роки отримали сушарки киплячого шару.На 1 т 95% -ного KCl утворюється 2,5-3 т відвалу.