反浮选—冷结晶生产工艺优化研究与探讨

杜佩英，史忠录，吴亚洲，孟 浩，吴金芳

(青海盐湖工业股份有限公司 青海省盐湖资源综合利用重点实验室，国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心，青海 格尔木 816099)

1 前言

察尔汗盐湖是一个以钾盐为主，伴生有镁、钠、锂、硼、碘等多种矿产的大型内陆综合性盐湖。它有着极为丰富的钾镁盐资源，察尔汗盐湖是中国最大的钾镁盐矿床，各种盐总储量超过600亿t。目前生产光卤石原料主要是以采区开采原卤为原料，通过大面积的自然摊晒蒸发制取。

卤水开采从晶间卤水和孔隙到固液转化，将原来不能开采的低品位固体钾矿溶为液相开采，开采后的原卤从开采到输送，再到盐田摊晒得到含钠光卤石矿需要较长的时间和周期。由于原始卤水的自然滩晒需要较长的蒸发时间且随着盐湖钾资源的开采利用，矿区的卤质也出现逐年下降的趋势，为了充分利用有限的资源，提高资源的利用率达到提质增产的目的，对现有生产工艺进行优化改造，提升加工厂的生产收率，减少资源浪费是目前盐湖地区资源开采过程中的难点和重点。

2 反浮选工艺原理

反浮选工艺和传统的浮选工艺相反，将药剂浮选出的泡沫精矿当做废弃物丢弃，将浮选底流的尾矿低钠光卤石作为有用组分的一种浮选生产工艺。纯光卤石是一种复盐不含氯化钠，而生产钾肥所用的光卤石矿是由纯光卤石和盐田析出一定量小颗粒氯化钠混合而成的。当在饱和的光卤石矿浆中加入浮选药剂后，浮选药剂可以增加小颗粒氯化钠表面的疏水性，而不会影响光卤石的疏水性，因此可以达到只浮选小颗粒氯化钠的目的。浮选机搅拌通过进气口吸入外界的新鲜空气鼓入浮选槽，氯化钠表面的水层迅速破裂与鼓入的气泡恰好结合成泡沫上升，上升到矿浆表面后用浮选槽连续转动的浮选刮板将氯化钠泡沫刮出排除系统。光卤石由于矿物表面润湿能力强，不会粘附于浮选药剂形成的空气气泡而上升，对浮选底流料浆进行固液分离后固相即为低钠光卤石。光卤石冷结晶法的原理是控速分解和控速结晶两个过程，它主要是利用控制低钠光卤石的分解条件和时间，控制溶液中氯化钾的过饱和度，从而减少溶液中氯化钾的数量，利用常温下氯化钾晶体颗粒长大的效果，氯化钠基本转入液相呈现不饱和状态并不会以固相形式析出。

3 工艺控制

3.1 现有工艺

目前钾肥生产工艺共有两套百万吨的生产装置，由于设计思路不同，两套系统对于低钠光卤石和粗钾的脱卤设备采取了不同的思路和方法。A系列装置的低钠光卤石和粗钾的脱卤设备采用带式过滤机，其优点是过滤效果好，穿率量小回收率高，设备运行投入成本低；缺点是过滤水分高母液夹带量大，影响低钠光卤石和粗钾产品质量，在分解结晶过程需要添加大量的淡水除去母液夹带的氯化钠和氯化镁杂质，降低加工过程的总体收率。B系列装置的低钠光卤石和粗钾脱卤设备采用螺旋卸料离心机，其优点是脱卤产品的水分含量低母液夹带量少，产品质量含钾高；缺点是设备穿率量大，造成小颗粒产品损失较大，离心机设备运行和维护费用高。目前B系列低钠离心机和粗钾离心机的穿率液返回A系列回收穿率液的固相，出现了A系列中低钠光卤石和粗钾产品质量的下降情况。回收B系列穿虑的低钠光卤石和粗钾的筛分数据见表1、表2。

表1 低钠光卤石筛分数据Tab.1 Screening data of low sodium carnallite

表2 粗钾筛分数据Tab.2 Screening data of crude potassium

从表1可以看出，A系列浮选后的物料低钠光卤石中氯化钠含量高的集中在粒径小于0.2 mm以下，最高达到15.92%。此次筛分是干法筛分在低钠光卤石晾晒过程中粒级有粘结变大的现象，大于0.4 mm的矿量占85%左右，因此可以看出浮选药剂对于大颗粒的氯化钠的浮现效果不佳，具体的极限粒径有待继续试验研究；同时从浮选尾盐的粒径分析可以看出，药剂对氯化钠的最大浮选粒径≤0.4 mm。

从表2可以看出，粗钾产品的粒径主要集中在0.2 mm～0.4 mm区间，适合产品脱水设备的性能指标；其中16.27%左右的粗钾粒径大于0.6 mm，这部分粗钾中的氯化钠不易通过洗涤除去是影响产品质量的关键,工艺流程简图1。

图1 工艺流程简图Fig.1 Process flow diagram

3.2 改造后工艺

在实际生产过程中为了不断优化工艺，提高加工厂氯化钾综合回收率，对低钠光卤石和粗钾的穿率液进行筛分分析，通过筛分数据分析发现，A系列百万吨加工系统低钠光卤石穿率液和粗钾筛分中的粒径均较回收穿率前小，低钠光卤石和粗钾的质量也有显著的提升。B系统的粒径大，由于穿滤部分的低钠光卤石和粗钾的粒径均比A系统的大，导致大颗粒光卤石在结晶器的分解时间不够，从结晶器底流进入粗钾分离工序，在粗钾洗涤时同样影响洗涤时间和洗涤效果，增加加水量致使粗钾洗涤工序氯化钾收率下降。低钠光卤石和粗钾的筛分数据见表3、表4。改造后工艺流程见图2。

表3 低钠光卤石筛分数据Tab.3 Screening data of low sodium carnallite

表4 粗钾筛分数据Tab.4 Screening data of crude potassium

图2 改造后工艺流程Fig.2 Process flow after transformation

3.3 效果比较

从上述工艺改造前后的低钠光卤石和粗钾的数据对比发现，将B系列的低钠穿滤液和粗钾的穿滤液在B系统回收后，A系列的低钠光卤石质量和粗钾质量明显提升，且低钠光卤石和粗钾中大颗粒的占比明显下降，有利于提高产品质量和回收率。根据相关资料可知，当低钠光卤石或粗钾中氯化钠含量每提高1%，分解结晶工序就会相应的增加4%的水量，回收率下降2%。因此在生产工艺控制中需要在各个环节做到精准控制，在提高产品质量的同时提高产品的回收率。

4 结论

1)钾肥生产工艺控制中，控制原矿中的氯化钠粒径范围在浮选药剂的可选范围之内，药剂才能发挥最佳效果；

2)将原料光卤石矿按照粒径进行区分后进行生产控制，大颗粒和小颗粒采用不同的工艺控制措施和工艺参数控制，可实现回收率和质量的提升；

3)分解结晶过程中，低钠光卤石中氯化钠的含量和氯化钠粒径的大小影响分解结晶的收率和粗钾产品的质量。