Производство калийных удобрений

    Сульфат калия  имеет хорошие физические свойства, негигроскопичен, не слеживается.  Может применяться на любых  почвах и под все культуры, но особенно пригоден для культур,  чувствительных к хлору (табак,  виноград, цитрусовые, лен, картофель  и др.) Производство сульфата калия  обходится дорого, поэтому он  занимает незначительный удельный  вес среди калийных удобрений. 

   Калимагнезия - К₂SO₄  - MgSO₄ – содержит 28-30% К₂О  и 8-10% MgО. Получается в небольших количествах из природных сульфатных калийных солей Прикарпатского месторождения путем их перекристаллизации.

   Калимагнезия – хорошее удобрение для культур, чувствительных к хлору и потребляющих наряду с калием много магния (картофель, лен, клевер), особенно на бедных калием и магнием песчаных и супесчаных почвах.

   Хлоркалий-электролит – продукт, получаемый при производстве магния из Соликамского карналлита, содержит от 32 до 45% К₂О, в форме KCl, кроме того, около 30% NaCl и 2-3% MgCl , 16% Na₂O и 0,2 MgO. В качестве основного удобрения может применяться при внесении с осени под все культуры.

 

3. Сырье для калийного производства и способы обогащения руды

 

   В качестве калийных  удобрений применяют сырье природные  вещества (чаще всего сильвинит)  и продукты их переработки  (хлорид и сульфат калия; 40%-ные  калийные соли), а такж5е золу  растений. Основным сырьем для  получения калийных удобрений  является сильвинит, представляющий  собой породу состава mNaCl+NaCl, которая содержит ~14- 18% К₂О. В качестве примесей сильвиниту сопутствуют в небольших количествах соединения, магния, калия, карналлит, глинистый и нерастворимый в воде остаток, а также бром, йод, рубидий, медь, цинк и др. Из сильвинита получают и основное калийное удобрение - хлорид калия. Получение хлорида калия из сильвинита осуществляется методами галургии, флотационным или комбинированным. Обогащением руд называется совокупность процессов первичной обработки минерального сырья, цель которого – отделение всех полезных минералов от пустой породы, а при необходимости – взаимное разделение полезных минералов. В результате обогащения получают один концентрат или (несколько) и отвальные хвосты. Методы галургии основан использовании различной растворимости KCl и NaCl. С повышением температуры растворимость KCl резко возрастает, а NaCl меняется незначительно. При совместном присутствии обеих солей растворимость NaCl с ростом температуры падает, KCl – сильно возрастает. На этих различиях и построены: галургические операции  разделения. Из диаграммы состояния системы KCl – NaCl – Н₂О видно, что избирательная кристаллизация KCl возможна из всех растворов, состав отвечает полю Н₂О – (10⁰С) или Н₂О - (100⁰С). Если исходный раствор имеет температуру 100⁰С, то первым из этого раствора начинает кристаллизоваться KCl. При понижении температуры до 10⁰С состав раствора изменится, и часть KCl кристаллизуется. Когда при последовательных операциях нагревания – охлаждения системы при низкой температуре из этого раствора будет выкристаллизовываться KCl, а при высокой – уже хлорид натрия. Поэтому при получении KCl сильвинит при повышенной температуре обрабатывают насыщенным холодным  раствором обеих солей. При этом раствор обогащается KCl, а часть NaCl переходит в осадок и отделяется фильтрованием. Затем раствор охлаждают; при этом из него выделяют кристаллы KCl, которые отделяют от маточного раствора и высушивают. Маточный раствор снова направляют на растворение сильвинита. Получаемый таким способом технический продукт содержит 52-60% К₂О. Метод флотации основан на использовании различной смачиваемости водой минералов сильвинита (KCl) и галита (NaCl). Флотацию с применением в качестве флотореагентов - октадециламина, карбоновых  кислот ведут из насыщенных растворов сырых калийных солей. KCl, получаемый флотационным разделением сильвинита, имеет гораздо более крупную кристаллическую структуру, чем полученный кристаллизацией, поэтому он меньше слеживается. Из всех известных методов обогащения в производстве KCl из сильвинитовых  руд наиболее широкое распространение у нас в стране и за рубежом получил метод флотации (всплывание). Основываясь на внешних признаках, процесс флотации можно было бы определить как способ разделения, при котором один минерал всплывает на поверхность пульпы и плавает на этой поверхности, а другой тонет и остается внутри пульпы. Однако такое определение исходит только из внешней стороны процесса и не отражает сущности явлений, происходящих при флотации. Кроме того, известные такие флотационные процессы, при которых никакого всплывания или плавания частиц нет. Между тем они обусловлены теми же причинами, что и обычная флотация. Поэтому их совершенно правильно относят к группе флотационных процессов. Поскольку в любом случае процесс связан с наличием поверхностей раздела фаз, то наиболее правильным будет следующее определение понятия «флотация»: флотация - метод обогащения, заключающийся в разделении минералов измельченной руды на основе различной их способности удерживаться на границе раздела фаз в жидкой среде.

   Различают три  основных вида флотации – пленочную,  масляную, и пенную.

   При пленочной флотации, разделение минералов происходит на плоской поверхности раздела фаз вода-воздух. При этом  измельченная руда, подлежащая разделению, насыпается с небольшой высоты на поверхность воды. Несмачиваемые частицы остаются на поверхности и выделяются во флотационный продукт, смачиваемые переходят в водную фазу. Из-за низкой производительности этот процесс не получил широкого применения. Однако эффект пленочной флотации используется при флотогравитационном способе получения крупнозернистого KCl. Масляная флотация заключается в избирательном смачивании частиц минерала диспергированным в воде жидким маслом. Образующиеся при этом агрегаты частиц, заключенные в масляные оболочки, всплывают на поверхность пульпы. Вследствие незначительной подъемной силы капли масла могут нести лишь небольшой груз  частиц, а расход масла при этом очень велик. Поэтому масляная  флотация не получила промышленного распространения.  При пенной флотации пульпа насыщается пузырьками газа, обычно воздуха. Флотирующие частицы (гидрофобные) закрепляются на пузырьках и выносятся ими на поверхности пульпы, образуя слой минерализованной пены. Гидрофильные частицы остаются в пульпе. В зависимости от способа насыщения пульпы пузырьками газа пенная флотация подразделяется  на обычную пенную флотацию, вакуум-флотацию, химическую флотацию, флотацию кипячением и др. обычной пенной флотации в качестве газа используется воздух, причем аэрация пульпы обеспечивается или засасыванием воздуха из атмосферы и диспергированием его в пульпе специальными механическими аэраторами, или же вдуванием в пульпу сжатого воздуха. Аэрация пульпы при вакуум-флотации осуществляется за счет выделения воздуха из раствора (согласно закону Генри),т.к. находящаяся под атмосферным давлением вода содержит некоторое количество растворенного воздуха. При химической или газовой флотации пузырьки газа образуются, а результате химического взаимодействия. Например, к руде, содержащей кальций или магнезит, добавляют серную кислоту или кислую соль. При этом на выделяющихся пузырьках углекислого газа флотирются несмачиваемые  минералы.

   При флотации кипячением  процесс идет за счет образующихся  пузырьков пара и пузырьков  выделяющегося растворенного газа. Этот процесс применялся некоторое  время для обогащения графитовых  руд. Флотационные явления проявляются  также при амальгировании, эмульгировании, гидрообеспыливании др. В калийной промышленности используется обычная пенная флотация. В зависимости от формы разделения компонентов руды различают коллективную и селективную флотацию. Коллективной флотацией называют процесс, при котором получают концентрат, содержащий все полезные компоненты, и пустую породу. Коллективный концентрат затем может быть разделен на отдельные составляющие. Это разделение можно осуществить с помощью избирательной или селективной флотации. При избирательной флотации кроме собирателей и пенообразователей в процесс вносят депрессоры, способные усиливать гидрофильность определенных минералов, препятствуя их всплыванию. Последующим внесением активаторов снимают действие депрессоров и способствуют всплыванию минералов, которое в предыдущей стадии флотации погрузились в жидкость. Эффективность флотации повышается добавкой регуляторов, изменяющих рН среды и усиливающих воздействие флотореагентов. Так, при обогащении медно-никелевых руд получают медный, никелевый и пирротиновый концентраты. Процесс флотации осуществляется во флотационных машинах, где пульпа перемешивается и насыщается воздухом, который диспергируется на мелкие пузырьки. По способу перемешивания и аэрации пульпы флотационные машины разделяются на механические, пневмомеханические и пневматические. Широкое применение имеют пневмомеханические флотационные машины, в которых перемешивание пульпы осуществляется одновременно импеллером и сжатым воздухом.

 

4. Основные методы получения калийных удобрений 

 

   На рис.1 представлена схема пневмомеханической машины ФПМ-6,3 М, разработанная институтом «Механобр». Через полый вал 5, который вращает импеллер 3, подается сжатый воздух, который диспергируется с помощью импеллера и поддерживает во взвешенном состоянии частицы руды флотационной пульпы, находящейся в камере машины 1. Пенный продукт через сливной порог 4 подается на дальнейший передел на флотационный концентрат.

 

 

 

 

            Рис.1. Схема пневматической машины ФПМ- 6,3 М

 

 

   Производительность таких машин по потоку может достигать 6 т/ч.

Для многих процессов обогащения применяют  пневматические машины. На рис.1.2 представлена схема флотационной пневматической машины ФП-100. Машины такого типа применяют для обогащения некоторых руд цветных металлов, угля, солей и других полезных ископаемых. Машина представляет собой вертикальную цилиндрическую камеру 1 с коническим основанием, имеющим угол наклона до 50°. В нижней конической части по оси машины устанавливается аэратор 6 из листовой резины, а сверху крепится основной трубчатый аэратор 5. Он представляет собой набор перфорированных эластичных трубок, через которые подается аэрационный воздух. Аэратор этой конструкции обеспечивает хорошее диспергирование воздуха в пульпе и поддержание твердой фазы во взвешенном состоянии при одновременном энергичном перемешивании фаз. Загрузка машины осуществляется в верхней ее части через штуцер 2. Пенный продукт (концентрат) выгружается самотеком через кольцевой желоб 4 и пенный сливной порог. Камерный продукт (хвосты обогащения) выгружается через шиберный карман и разгрузочное устройство 7, с помощью которых поддерживается определенный уровень пульпы в машине. В верхней части установлен пеноотбойник 3, направляющий пену от центра к периферии. Регулированием расхода и давления воздуха, подаваемого на аэрацию, можно управлять процессами минерализации пены, качеством и выходом концентрата. Применяемые машины этого типа имеют объем камеры' 100 м³ и производительность по пульпе до 20 м³/мин.

При расчете флотационных машин  определяют время флотации т, необходимое  для обеспечения заданной степени  извлечения х флотируемого минерала. Величину t получают опытным путем или интегрированием кинетического уравнения флотации:

                                             U =dx/dv= kNj_закр                                          (1.1)                             

где U—скорость флотации; N—число пузырьков воздуха, проходящих через пульпу в единицу времени; j_закр вероятность устойчивого закрепления частиц минерала на пузырьках; k—константа скорости процесса, зависящая от свойств флотируемого материала. Производительность пневматических машин Q (м³/ч) определяют по формуле:

                                             Q=60LSk/t(R+1/r),                                         (1.2)

где L — длина машины, м; S — площадь живого сечения камеры машины, м²; k — коэффициент, учитывающий изменение объема пульпы вследствие насыщения ее воздухом и снижения уровня пульпы в машине (k=0,7¸0,8); t—продолжительность флотации, мин; R—отношение жидкого к твердому в пульпе; r—плотность твердой фазы, т/м³.

Производительность механических и пневмомеханических машин находят  по формуле:

                                           Q=60v_knk/t(R+l/r),                                             (1.3)

где v_k—объем флотационной камеры, м³; п—число камер в машине.

Число камер в  машине определяют по следующему соотношению:

n= vt/(1440t^),

где v — суточный объем флотируемой пульпы, м³.

Основными показателями процесса обогащения являются: 1) извлечение полезного компонента в концентрат; 2) выход концентрата; 3) качество концентрата; 4) эффективность  флотации.

Эффективность h процесса флотации характеризуется отношением содержания полезного компонента в концентрате к содержанию его в исходной руде:

                                                    h = gb/a.                                                       (1.5)

 

 

 

Вывод по  разделу №1

   В данном разделе была представлена общая характеристика калийных удобрений. Стало известно, что многие калийные удобрения представляют собой природные калийные соли, используемые в сельском хозяйстве в размолотом виде. Были рассмотрены два основных метода обогащения руды: метод галургии и метод флотации.

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗДЕЛ2 Общая характеристика технологии калийного производства флотационным и галургическим методами.

2.1 Описание технологических схем

   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 первичных аминов, а также высокомолекулярные углеводороды.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2 Технологическая схема выделения хлорида калия из сильвинита флотационным методом:

1 — бункер сильвинита, 2 — мельница мокрого размола, 3 — смеситель-растворитель, 4 — сито, 5 — флотационная машина шламовой флотации, 6 — флотационная машина основной флотации, 7— флотационная машина перечистной флотации, 8 — центрифуга для отделения оборотного раствора от концентрата, 9 — сборник оборотного раствора, 10 — сгуститель шлама, 11 — сито для отделения хвостов (галита)

   На рис. 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 пользуются схемы с предварительным механическим обезшламованием 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.