Производство хлористого калия флотационным методом. Стадии шламовой флотации

 

 

Министерство  образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Березниковский филиал

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по курсу «Обогащение полезных ископаемых»

 

на тему

« Производство хлористого калия флотационным методом. Стадии шламовой флотации»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       

 

 

Березники   2012 год

Содержание

Введение………………………………………………………………………….3

1. Физико-химические основы процесса…………………………………4-9
2. Описание технологической схемы……………………………………..10
3. Описание технологического процесса……………………………….10-13
4. Описание основного аппарата……………………………………….13-15
5. Отходы производства и способы их утилизации………………….17-18
6. Экономическая целесообразность проекта

Рынки сбыта………………………………….………………………..18-21

Литература……………………………………………………………………..22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Хлори́д ка́лия — химическое соединение KCl, калиевая соль соляной кислоты. Белое кристаллическое вещество без запаха. Относится к структурному типу NaCl. В природе встречается в виде минералов сильвина и карналлита, а также входит в состав сильвинита. В лабораторных условиях хлорид калия можно получить взаимодействием гидроксида калия с соляной кислотой: KOH + HCl → KCl + H2O.

Хлорид калия получают из сильвинита методами галургии и флотации. Галургический метод основан на различной растворимости KCl и NaCl в воде при повышенных температурах. При нормальной температуре растворимость хлоридов калия и натрия почти одинакова. С повышением температуры растворимость хлорида натрия почти не меняется, а растворимость хлорида калия резко возрастает. На холоде готовится насыщенный раствор обеих солей, затем он нагревается, и сильвинит обрабатывается полученным раствором. В процессе обработки раствор дополнительно насыщается хлоридом калия, а часть хлорида натрия вытесняется из раствора, выпадает в осадок и отделяется фильтрованием. Кристаллы отделятся на центрифугах и сушатся, а маточный раствор идет на обработку новой порции сильвинита.

Флотационный метод заключается в разделении минералов измельченной руды на основе различной их способности удерживаться на границе раздела фаз в жидкой среде.

 

 

 

 

 

 

 

1. Физико-химические основы процесса

Хлористый калий является концентрированным калийным удобрением. Представляет собой белое кристаллическое вещество и легко растворяется в воде. Содержание питательного вещества K2O находится на уровне 52-62%. Хлористый калий применяют на любых почвах как основное удобрение. Особенно эффективно при использовании под корнеплоды, картофель, подсолнечник, плодовые и др. культуры. На бедных калием легких почвах и торфяниках все без исключения сельскохозяйственные культуры нуждаются в калийных удобрениях. Калийные удобрения, как правило, применяются в комплексе с азотными и фосфорными удобрениями.

Помимо увеличения урожайности, калийные удобрения повышают качественные характеристики выращиваемой продукции: это проявляется в повышении сопротивляемости растений к заболеваниям, повышении стойкости плодов при хранении и транспортировке, а также улучшении их вкусовых и эстетических качеств.

Многие калийные удобрения представляют собой природные калийные соли, используемые в сельском хозяйстве в размолотом виде. Значительное количество хлора во многих калийных удобрениях отрицательно влияет на рост и развитие растений, а содержание натрия (в калийной соли и сильвините) ухудшает физико-химические свойства многих почв, особенно черноземных, каштановых и солонцовых.

Плотность 1.984 г/см³, Температура плавления 776 °C, Температура кипения 1407 °C, Растворимость в воде при 0 °C 28.1 г/100 мл, Растворимость в воде при 20 °C 34.0 г/100 мл

Хлорид калия является наиболее распространённым калийным удобрением. Согласно ГОСТ 4568-95[1] 1-й сорт содержит не менее 60% К2О, 2-й сорт - не менее 58% К2О и воды не более 0,5%.

 

[1]Калий хлористый. Технические условия

Применяется для производства гидроксида калия методом электролиза. Иногда применяется в качестве добавки (E508) к поваренной соли (так называемая «соль с пониженным содержанием натрия»).

Калий хлористый применяют как удобрение в сельском хозяйстве и в розничной торговле, а также для промышленности при производстве химических продуктов и других целей: производства заменителей кожи, синтетического каучука, хлебопекарных и кормовых дрожжей, лечебно-профилактической соли.

 

Теория флотации

Флотация — процесс разделения мелких твёрдых частиц, основанный на различии их в смачиваемости водой. Гидрофобные частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных частиц. При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности.

Флотация - один из методов обогащения, основанный на различии способности минералов удерживаться на межфазовой поверхности, обусловленный различием удельных поверхностных энергиях.

Флотация — один из основных методов обогащения полезных ископаемых, применяется также для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения отстаивания в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и др. отраслях промышленности. В зависимости от характера и способа образования межфазных границ, на которых происходит закрепление разделяемых компонентов различают несколько видов флотации.

Первой была предложена масляная флотация, на которую В. Хайнсу в 1860 году был выдан патент. При перемешивании измельченной руды с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом и всплывают вместе с ним на поверхность воды, а порода осаждается. В России масляная флотация графита была осуществлена в 1904 году в Мариуполе.

Способность гидрофобных минеральных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней, была использована А. Нибелиусом и Маквистеном для создания аппаратов плёночной флотации, в процессе которой из тонкого слоя измельченной руды, находящегося на поверхности потока воды, выпадают гидрофильные частицы.

Увеличение объёмов и расширение области применения флотации связано с пенной флотацией, при которой обработанные реагентами частицы выносятся на поверхность воды пузырьками воздуха, образуя пенный слой, устойчивость которого регулируется добавлением пенообразователей. Для образования пузырьков предлагались различные методы: образование углекислого газа за счёт химической реакции, выделение газа из раствора при понижении давления — вакуумная флотация, энергичное перемешивание пульпы, пропускание воздуха сквозь мелкие отверстия.

Для проведения пенной флотации производят измельчение руды до крупности 0,5-1,0 мм в случае природногидрофобных неметаллических полезных ископаемых с небольшой плотностью и до 0,1-0,2 мм для руд металлов. Для создания и усиления разницы в гидратированности разделяемых минералов и придания пене достаточной устойчивости к пульпе добавляются флотационные реагенты. Затем пульпа поступает во флотационные машины. Образование флотационных агрегатов происходит при столкновении минералов с пузырьками воздуха, вводимого в пульпу, а также при возникновении на частицах пузырьков газов, выделяющихся из раствора. На флотацию влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы, температура, плотность пульпы. На основе изучения минералого-петрографического состава обогащаемого полезного ископаемого выбирают схему флотации, реагентный режим и степень измельчения, которые обеспечивают достаточно полное разделение минералов. Лучше всего флотацией разделяются зёрна размером 0,1-0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, а частицы мельче 5 мкм ухудшают флотацию более крупных частиц. Отрицательное действие частиц микронных размеров уменьшается специфическими реагентами. Крупные частицы при флотации отрываются от пузырьков и не флотируются. Поэтому для флотации крупных частиц в СССР были разработаны способы пенной сепарации, при которых пульпа подаётся на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные частицы. С той же целью созданы флотационные машины кипящего слоя с восходящими потоками аэрированной жидкости. Это — гораздо более производительные процессы, чем масляная и плёночная флотации.

Для очистки воды, а также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 1950-х годах был разработан метод ионной флотации, перспективный для переработки промышленных стоков, минерализованных подземных термальных и шахтных вод, а также морской воды. При ионной флотации отдельные ионы, молекулы, тонкодисперсные осадки и коллоидные частицы взаимодействуют с флотационными реагентами-собирателями, чаще всего катионного типа, и извлекаются пузырьками в пену или плёнку на поверхности раствора. Тонкодисперсные пузырьки для флотации из растворов получают также при электролитическом разложении воды с образованием газообразных кислорода и водорода. При электрофлотации расход реагентов существенно меньше, а в некоторых случаях они не требуются.

Широкое использование флотации для обогащения полезных ископаемых привело к созданию различных конструкций флотационных машин с камерами большого размера, обладающих высокой производительностью. Флотационная машина состоит из ряда последовательно расположенных камер с приёмными и разгрузочными устройствами для пульпы. Каждая камера снабжена аэрирующим устройством и пеносъёмником.

В СССР и за рубежом благодаря флотации вовлекаются в промышленное производство месторождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых. Фабрики выпускают до пяти видов концентратов. В ряде случаев хвосты флотации не являются отходами, а используются в качестве стройматериалов, удобрений для сельского хозяйства и в др. целях. Флотация является ведущим процессом при обогащении руд цветных металлов. Внедряется использование оборотной воды, что снижает загрязнение водоёмов.

В развитии теории флотации сыграли важную роль работы рус. физикохимиков — И. С. Громека, впервые сформулировавшего в конце XIX века основные положения процесса смачивания, и Л. Г. Гурвича, разработавшего в начале XX века положения о гидрофобности и гидрофильности. Существенное влияние на развитие современной теории флотации оказали труды А. Годена, А. Таггарта, И. Уорка, сов. учёных П. А. Ребиндера, А. Н. Фрумкина, И. Н. Плаксина, Б. В. Дерягина проф. Кривошеин В.Р., и др.

Флотация шламов

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Описание технологической  схемы

Рис. 2.1. Принципиальная схема получения хлористого калия флотационным способом.

3. Описание технологического  процесса

Флотационный способ выделения хлорида калия из сильвинита основан на флотогравитационном разделении водорастворимых минералов калийной руды в среде насыщенного ими солевого раствора. Это достигается селективной гидрофобизацией поверхности частиц калийных минералов с помощью флотореагентов – собирателей. 
 
Технологические схемы флотационного производства хлорида калия зависят от минерального и гранулометрического состава флотируемого сильвинита: содержания в нем примесей (глинистых шламов), размеров зерен компонентов и различаются методами обработки глинистых шламов. В общем случае флотационный метод выделения хлорида калия из сильвинита включает следующие операции:

1. Измельчение сильвинитовой руды до размеров частиц 1 – 3 мм с последующим мокрым размолом до размера 0,5 мм.
2. Отделение глинистого шлама – тонкодисперсных глинисто-карбонатных примесей методами флотации, гидравлической классификации, или гравитации.
3. Флотационное разделение водорастворимых минералов руды (сильвина и галита) в присутствии собирателей (основная флотация).
4. Перечистная флотация полученного концентрата для удаления из него оставшихся примесей.
5. Обезвоживание концентрата методами сгущения и фильтрования с возвратом в процесс оборотного раствора.
6. Сушка влажного концентрата.

 

Процессы мокрого размола и флотации проводят в среде солевых растворов, насыщенных водорастворимыми компонентами руды (сильвин и галит), что исключает их потери при производстве и позволяет организовать замкнутый циклический процесс. В качестве флотореагентов – собирателей на стадии отделения шлама используют реагент ФР-2 (продукт окисления уайт-спирита), на стадии основной флотации – вещества, способствующие гидрофобизации частиц сильвина: солянокислые соли высших (С10 – С22) первичных аминов, а также высокомолекулярные углеводороды.  
 
На рис. 3.2. представлена технологическая схема выделения хлорида калия из сильвинита с предварительной флотацией глинистого шлама, применяемая для переработки руд с невысоким (менее 2,5%) содержанием нерастворимого остатка. Для руд с более высоким содержанием его используются схемы с предварительным механическим обесшламиванием или с отделением шлама путем введения депрессора – карбоксиметилцеллюлозы, способствующего отделению шлама на стадии основной флотации. 
 
Флотационный метод эффективен при извлечении хлорида калия из высококачественных сильвинитовых руд, содержащих незначительное количество шлама. Степень извлечения хлорида калия достигает 0,90 – 0,92 дол. ед., а готовый продукт (концентрат) содержит 93 – 95% соли. Степень извлечения может быть повышена, если в технологической схеме предусмотрена перечистная флотация отделяемого глинистого шлама для извлечения из него хлорида калия.