Брагина В.И., Брагин В.И. Технология обогащения полезных ископаемых

Подождите немного. Документ загружается.

231

нейших в мире бассейнов калийных солей расположен на территории

Германии. Калийные соли имеются в Китае (провинция Цинхай), в Ка-

наде (Саскачевань), во Франции (Эльзас), в США (Делаварский бас-

сейн). Основные запасы калийных солей капиталистических и разви-

вающихся стран Азии сосредоточены в Иордании и Израиле.

Как и по большинству неметаллических полезных ископаемых,

ГОСТов и общепринятых технических условий на сырье калийных и

магнезиальных солей нет. Это объясняется, с одной стороны, большим

разнообразием этого сырья по его химическому и минеральному соста-

ву, с другой – различием горнотехнических условий его добычи и мно-

гообразием применяемых методов обогащения и переработки, в сово-

купности определяющих себестоимость готовой продукции, а следова-

тельно, и рентабельность работы предприятия. Могут помочь ГОСТы к

уже готовой продукции, в особенности, когда она представляет собой

сырье, подвергшееся только размолу.

Согласно действующему ГОСТу 4568-95 хлористый калий, полу-

чаемый в результате переработки калийных руд, должен отвечать усло-

виям, приведенным в табл.10.2.

Таблица 10.2

Технические требования к хлористому калию

по ГОСТ 4568-95 (статус: действующий)

Показатель

Норма для марки

мелкий

гранулированный

1-й

сорт

2-й

сорт

1-й сорт 2-й сорт

Внешний вид

Мелкие кристал-

лы серовато-белого

цвета или мелкие зерна

различных оттенков

красно-бурого цвета

Спрессованные гранулы не-

правильной формы серовато-

белого или различных оттенков

красно–бурого цвета или крупные

кристаллы серовато-белого цвета

Массовая доля калия

в пересчете на K

O, %:

не менее

60 58

Массовая доля воды,

%, не более

0,5 0,5 0,5 0,5

Гранулометрический

состав (массовая доля

фракций), %:

более 6 мм

Не нормируется

от 1 до 4 мм, не менее

Не нормируется

232

менее 1 мм, не более

Не нормируется

Динамическая проч-

ность (массовая доля

неразрешенных гра-

нул), %, не менее

Не нормируется 80 80

Рассыпчатость, %

100

П р и м е ч а н и я: 1. Хлористый калий, предназначенный для розничной

торговли, должен изготовляться марки «Мелкий» серовато-белого цвета.

Для производства лечебно-профилактической соли используют указан-

ный хлористый калий, не обработанный реагентами – реагентами антислежива-

телями.

2. Хлористый калий, предназначенный для сельского хозяйства, должен

изготовляться марки «Гранулированный» или в крупнокристаллическом виде.

По согласованию с потребителем хлористый калий может поставляться марки

«Мелкий».

3. Гранулометрический состав должен составлять: свыше 6 мм – не более 2

%, от 1 до 4 мм – не менее 65 %, менее 1 мм – не более 5 %.

10.2. Обогащение калийных руд

При обогащении калийных руд решаются такие основные задачи,

как отделение калийсодержащих минералов от других сопутствующих

минералов (галита, ангидрида, а также от так называемого «нераствори-

мого остатка» – глины, песчаника и т.д.) и разделение калийсодержащих

сульфатов от хлоридов калия.

Отличительной особенностью калийных руд является то, что поч-

ти все входящие в них минералы хорошо растворимы в воде, вследствие

чего механическое обогащение может производиться либо без примене-

ния водной среды (сухое обогащение), либо при использовании насы-

щенных растворов солей.

При обогащении калийных руд могут применяться следующие

методы: радиометрический, термический, гравитация, физико-химический,

флотация, флотогравитация, электросепарация.

10.2.1. Радиометрическая сепарация

Вовлечение в переработку во все больших масштабах бедных по

содержанию калийных руд и зачастую труднообогатимых предопределя-

ет необходимость широкого применения предварительного обогащения,

в частности, радиометрических методов обогащения.

Крупнокусковая сепарация этих руд позволяет решать следующие

технологические задачи:

233

 выделение отвальных хвостов;

 деление руды на технологические типы;

 удаление вредных примесей перед последующей переработкой.

Вещественный состав калийных руд позволяет эффективно обо-

гащать их с применением рентгенолюминесцентного и фотометрическо-

го методов (например, Верхнекамское месторождение).

К числу основных трудностей, встречающихся при переработке

сильвинитовых руд, относится повышенное содержание нерастворимого

остатка, представленного глинами, снижение содержания ценного ком-

понента. Важной задачей является организация складирования отходов

калийного производства (шламов, галита) с целью охраны окружающей

среды. Предварительная концентрация бедной сильвинитовой руды

рентгенолюминесцентной сепарацией позволяет [47] резко повысить в

ней содержание основного компонента – K

O. Сильвинитовый продукт

представляет собой высококачественное сырье с низким содержанием

нерастворимого остатка. Галитовый продукт может быть использован для

производства технической соли или направлен в хвосты. Свыше 70 % от

сепарируемых классов крупнокусковых хвостов может быть использо-

вано для закладки горных выработок.

Исследования обогатимости сильвиновых руд Верхнекамского и

Старобинского месторождений фотометрическим методом показали [47]

возможность выделения из рядовой руды в крупнокусковом виде (+5 мм)

до 40 % (55 % от продукта, отправляемого на сортировку) галитовых от-

ходов с содержанием хлористого калия от 3 до 10 %. При этом в хвосты

извлекается до 80 % нерастворимого остатка, а содержание хлористого

калия в обогащенном продукте повышается до 40 %.

При использовании двух- и трехоперационной сортировки воз-

можно выделение хлористого калия до 85 % и светлой разновидности

каменной соли с содержанием хлористого натрия до 96 %.

Применение предварительного обогащения сильвинитовых руд

методом фотометрической сортировки позволяет:

 увеличить балансовые запасы сильвинитов за счет вовлечения в

переработку сырья с низким содержанием хлористого калия;

 увеличить мощность рудников за счет применения более произ-

водительной, но менее селективной добычной техники и технологии;

 повысить стабильность качества руды;

 организовать первичное обогащение непосредственно на руд-

нике;

234

 повысить технологические показатели вторичного (последую-

щего) обогащения за счет стабильности качества поступающего на него

сырья;

 повысить комплексность использования сырья за счет выделе-

ния светлой разновидности галита;

 уменьшить вредное влияние отходов на окружающую среду за

счет частичного складирования их в крупнокусковом виде и использова-

нии галита.

10.2.2. Декрипитация (термический метод)

Декрипитация – это способность галитовых кусков растрески-

ваться при нагревании. Она была использована для разработки термиче-

ского метода обогащения калийных руд.

Природные калийные соли (сильвинитовые руды), как было пока-

зано ранее, представлены чередованием сильвинитовых и галитовых

пластов мощностью от нескольких сантиметров до 1 м и прослоями гли-

нисто-карбонатной породы. Полезный минерал преимущественно сосре-

доточен в сильвинитовых пластах и прослоях.

Естественно, что при таком строении сильвинитовых пород из-

влечение полезного минерала путем тонкого измельчения всей руды и

последующего его выделения одним из применяемых в настоящее время

методов не будет наиболее эффективным. С технологической точки зре-

ния было бы целесообразным сосредоточить полезный минерал в одном

из классов крупности путем селективного разрушения или дробления

отдельных пластов или прослоек, содержащих один какой-либо минерал.

Эффективность применяемых в настоящее время мокрых методов

обогащения сильвинитовых руд во многом зависит от содержания по-

лезного вещества в исходной руде и особенно примесей глинистого и

карбонатного вещества. Выделение сильвинитовых прослоев путем се-

лективной добычи из общей солевой массы позволило бы получить руду

с содержанием полезного минерала в ней в 2 и более раза выше его об-

щего содержания в разрабатываемом месторождении.

Вторым возможным методом обогащения хлористым калием пе-

рерабатываемой руды является селективное разрушение или дробление

руды с последующим разделением ее грохочением. При наличии пере-

слаивания сильвинитовых пород важным для технологического процесса

является нахождение условий преимущественного разрушения или

дробления отдельных полиминералов, содержащихся в разрабатываемых

пластах.

235

Еще ИОНХ АН БССР было установлено, что при нагревании кус-

ков крупнокристаллической руды до температуры 300–600 °С наблюда-

ется явление термического самораздробления природной галитовой по-

роды до моно- и полиминеральных зерен крупностью меньше 5 мм, в то

время как богатые хлористым калием сильвинитовые куски изменений

гранулометрического состава практически не претерпевают. Последую-

щее сухое грохочение позволяет сконцентрировать в одном из продуктов

разделения содержащийся в руде хлористый калий.

Время, необходимое для термического разрушения, зависит от

крупности исходной руды и включает время нагревания руды до начала

разрушения и время непосредственного разрушения галита. Опыты по-

казали, что разрушение образцов, если они приняли нужную температу-

ру, происходит быстро и длится несколько секунд, в то время как нагрев

их требует большего времени (несколько минут). При температурах вы-

ше 600 °С время разрушения не зависит от температуры, остается посто-

янным, тогда как время прогрева зависит от величины последней.

При термическом разрушении галитовых кусков происходит так-

же перераспределение между классами крупности содержащегося в руде

нерастворимого остатка. Тонковкрапленный нерастворимый остаток рас-

пределяется одинаково между всеми классами крупности, тогда как про-

слойки нерастворимого остатка попадают в крупные классы. Использо-

вание более крупной галитовой породы позволяет при низких темпера-

турах осуществить более полно их термическое разрушение.

При небольшой мощности сильвинитовых прослоек порядка 10 мм

последние при термической обработке переходят в крупные классы с не-

высоким содержанием хлористого калия. В образцах с более мощными

сильвинитовыми прослойками содержание хлористого калия в крупных

классах значительно повышается.

Опыты по термическому разрушению сильвинитовых пород пока-

зали, что строение оказывает существенное влияние на степень разру-

шения. Тонковкрапленный сильвинит с высоким содержанием хлористо-

го калия практически не разрушается. Сильвинит, вкрапленный в галит в

виде отдельных редких зерен, при термической обработке породы раз-

рушается и попадает в мелкий класс. Значительное содержание в галите

примесей карбонатно-глинистого вещества препятствует разрушению

галитовой породы.

После нагревания сильвинитовой руды Верхнекамского месторо-

ждения при температуре 450 °С во вращающейся барабанной печи со-

держание KCl в крупном классе (> 50 мм) увеличивается по сравнению с

исходной рудой в 2 раза при извлечении KCl в этот класс более 70%.

236

В мелких классах (< 30 мм) содержание KCl уменьшается до 5–6 % при

извлечении 8 %. Увеличение температуры до 550 °С ведет к повышению

содержания KCl в крупном классе (> 50 мм) до 57,34 % без ухудшения

качества мелких классов. Использование для термической обработки ру-

ды крупнее 200 мм приводит к уменьшению количества KCl в классе >

50 мм до 50 % при одновременном снижении его содержания в мелких

классах (2 мм) до 4,4 %, следовательно, извлечение KCl в крупные клас-

сы при этом возрастает. Извлечение хлористого калия в крупный класс в

зависимости от температуры и времени прогрева колеблется в пределах

80–88 %.

Особенно перспективным этот метод представляется в сочетании

с электростатическим методом обогащения сильвинитовых руд, тре-

бующим для успешной сепарации предварительного нагрева руды.

10.2.3. Гравитация

Возможность эффективного обогащения калийных руд гравита-

ционными методами обусловливается двумя факторами: различием

удельного веса галита (2,12–2,14 г/см

) и сильвина (1,98–2,0 г/см

) и от-

носительно крупной вкрапленностью последнего, что позволяет достичь

достаточно полного раскрытия сростков при крупном измельчении ру-

ды. Небольшая разница в удельных весах предопределяет необходи-

мость применения обогащения в тяжелых суспензиях.

В работе [46] предлагается проводить многоступенчатое разделе-

ние в тяжелых стабильных органических жидкостях продуктов, содер-

жащих калийные соли. В качестве таких жидкостей применяются смеси

тетрабромэтана и жидких углеводородов (легкий и тяжелый бензин, ке-

росин, газойль, толуол, бензол, декалин, тетралин, метанол, хлороформ,

четыреххлористый углеводород).

Некоторые калийные руды при дроблении до 30–50 мм могут

быть разделены в тяжелых суспензиях с выводом около 40 % породы из

последующего процесса обогащения. Перспективным в ряде случаев яв-

ляется обогащение руд, измельченных до 1–5 мм, в гидроциклонах при

применении магнетитовой суспензии в насыщенном водном растворе

солей, позволяющих отделить сильвин (плотность 1,98), лангбейнит и

полигалит (плотность 2,8) от галита (плотность 2,14).

Опыты Х.М. Александровича, М.М. Павлюченко и др. по разде-

лению проб калийной руды Старобинского месторождения показали

принципиальную возможность ее обогащения в тяжелых суспензиях.

Разделение этой руды, дробленой до 5–0 мм, в магнетитовой суспензии в

237

гидроцилонах показало возможность выделение около 30 % отвальных хво-

стов, содержащих около 2 % KCl и концентрата, содержащего 86 % KCl,

а также промпродукта. Промпродукт и класс –0,5+0 мм могут дообога-

щаться флотацией.

Таким образом, применение комбинированной гравитационно-

флотационной схемы может дать существенный технико-экономический

эффект.

На отечественных фабриках гравитационное обогащение пока не

применяется. Но в мировой практике есть промышленные установки для

обогащения сильвинитовых руд. Так, например, во Франции обогаще-

нию руд Эльзасского месторождения в тяжелых суспензиях подвергают

класс крупностью от 30 до 4 мм, а фракцию меньше 4 мм и промпродукт

обогащают флотацией. Тяжелая суспензия имеет плотность 2,2 г/см

. В

Канаде руды месторождения Саскачевань дробятся в 1–2 стадии и обо-

гащаются в тяжелых суспензиях с использованием магнетита [46].

Обогащение в тяжелых средах крупнодробленых руд может ока-

заться целесообразным в сочетании с другими методами обогащения.

В тех случаях, когда вскрытие минералов руды происходит при

крупном измельчении, целесообразно применение флотогравитации.

Например, для отдельных типов руд на Березниковском комбинате уста-

новлена возможность вскрытия минералов при измельчении до 2–3 мм и

эффективность применения флотогравитации.

Лекция 21

План лекции: 1.Обогащение. Химический метод [10 с270,46 с 145-146]

2. Флотация [46 с146-155]

3. Электрическая сепарация [46 с 155-157]

4. Схемы обогащения и фабрики [10 с 272-276,46 с 157-164]

5. Вопросы охраны окружающей среды [46 с 165-167 ]

10.2.4. Химический метод

Химический метод переработки калийных солей, впервые освоен-

ный в немецкой калийной промышленности (1861 г.), до настоящего

времени широко применяется на калийных предприятиях различных

стран.

Этот метод основан на повышении растворимости хлористого ка-

лия в воде по мере увеличения температуры (при 0 °С - 21,2 %; при 50

°С - 30,1 %; при 100 °С - 35,9 %) при практически не изменяющейся рас-

творимости хлористого натрия (26,3–28,2 %). В процессе обработки

238

сильвинита оборотным маточным раствором при температуре, близкой к

100 °С, в раствор переводится главным образом хлористый калий, боль-

шая часть хлористого натрия в раствор не переходит. При охлаждении

полученного горячего раствора хлористый калий выпадает в осадок, ко-

торый отделяется от жидкой фазы и направляется на сушку. Маточный

раствор разбавляется водой и возвращается на растворение. Хлористый

калий, полученный из сильвинита химическим методом на новых заво-

дах,содержит около 96–97 % KCl и 3–4 % NaCl. Промывкой продукта

водой на центрифуге удается получить хлористый калий с содержани-

ем 97–98 % KCl.

Для сильвинито-карналлитовых руд может применяться «холод-

ное разложение карналлита». При обработке небольшим количеством

воды карналлит разлагается на твердый хлористый калий и раствор, со-

держащий преимущественно хлористый магний. Последний переходит в

жидкую фазу, в то время как хлориды калия и натрия остаются в осадке,

образуя своего рода искусственный сильвинит, перерабатываемый в

хлористый калий одним из методов обогащения. После холодного раз-

ложения щелок делится на 2 части, одна из которых разбавляется водой

и возвращается в процесс, а вторая используется для получения хлори-

стого магния или направляется в сброс.

Лангбейнитовую руду обрабатывают холодной водой. Так как

NaCl при этом растворяется во много раз быстрее, чем лангбейнит и ки-

зерит, то он переходит в раствор, отделяясь от нерастворимого остатка,

который после сушки является готовым удобрением.

Для повышения эффективности химического метода обогащения

применяют обработку ультразвуком. Применение импульсного ультра-

звука [46] в 4–5 раз увеличивает скорость растворения сильвинита,

в 2 раза – скорость выщелачивания KCl при химическом обогащении ка-

лийных руд.

В работе [46] рассмотрено применение метода растворения и кри-

сталлизации для переработки обогащенного по хлористому калию про-

дукта. Это позволит снизить энергетические затраты, уменьшить фронт

сгущения шламов и обезвоживания галитового отвала.

10.2.5. Флотация

Большая часть калийных руд в настоящее время обогащается фло-

тацией. Такое преимущество флотации сохранится, по-видимому, и в

последующее время, несмотря на прогрессирующую роль химического и

радиометрического методов обогащения.

239

Применение флотации для разделения солей, в частности, чилий-

ской селитры, было впервые осуществлено Жанпрустом, а солей океани-

ческого происхождения – Пылаевым, исследовавшим очистку поваренной

соли от нерастворимых в воде минеральных загрязнений, и М.А. Эйгелесом,

применившим этот метод для извлечения фтористого натрия из плава

[46]. В 1934 г. были построены первые предприятия по переработке при-

родных солей и промышленная фабрика по получению калийной соли в

Карлсбаде (США).

Обширные исследования по флотации водорастворимых солей,

послужившие началом развития флотационного процесса в СССР и за

рубежом, были выполнены в Механобре. Большое внимание исследова-

телями уделялось изучению ионного состава жидкой фазы. Было уста-

новлено, что из двух солей, каждая из которых флотируется в своем рас-

творе, одна соль не флотируется в присутствии другой [46]. Хлористый

калий успешно флотируется в растворе, насыщенном хлористым калием.

В растворе, насыщенном хлористым калием и натрием, его флотируе-

мость уменьшается и полностью прекращается в растворе, насыщенном

хлористым натрием. В этом случае ионы жидкой фазы оказывают де-

прессирующее действие на флотацию минералов.

Флотация солей основана на определенных теоретических поло-

жениях. Работ в этой области много. Это обусловлено как промышлен-

ной значимостью, так и специфичностью их как объекта флотации.

Минералы калийных солей имеют четкую кристаллическую ионную

структуру.

Флотация калийных солей имеет ряд особенностей. Основной

особенностью является то, что флотация осуществляется в насыщенном

растворе солей, присутствующих в руде.

Некоторые специфические особенности флотации солей в насы-

щенных растворах, выражающиеся в изменении флотируемости соли

при изменении состава солевого раствора, в наличии у ряда солей изби-

рательной флокуляции, в сильном пенообразовании, в повышении вяз-

кости и поверхностного натяжения раствора, в высаливании большинст-

ва реагентов и пр., приводят к ослаблению или даже полной потере со-

бирательных и пенящих свойств значительного количества флотореаген-

тов. Не менее необычна крупность флотируемого материала. Возможно

эффективное извлечение частиц размером до 4–5 мм. Часто приходится

переводить в пену тонкодисперсные микронных размеров шламы. Этим

обусловлено появление и применение нескольких конкурирующих кон-

струкций флотационных машин, призванных осуществлять грубозерни-

стую и шламовую флотацию [17,62].

240

Несмотря на отмеченную специфичность флотации калийных со-

лей, на флотацию растворимых солей распространяются основные тео-

ретические положения, разработанные общей теорией флотации. Для

флотации солей применяют те же реагенты, что и для флотации других

полезных ископаемых: собиратели, регуляторы, пенообразователи. Надо

сказать, что многие принципы этой общей теории подтверждаются и

развиваются.

При флотации калийных руд сохраняется принцип гидрофобизи-

рующего действия собирателей на поверхность минералов и т. д.

Для повышения эффективности флотационного метода обогаще-

ния калийных солей в настоящее время проводятся интенсивные иссле-

дования по изысканию природных флотореагентов и накоплению экспе-

риментальных данных по флотации солей, по выяснению влияния раз-

личных факторов на скорость и механизм флотации, а также по улучше-

нию технологических показателей .

По С.А. Кузину и Л.И. Стремовскому, флотируемость отдельных

минералов зависит от их растворимости в данной среде. При флотации

собирателями, не образующими труднорастворимых соединений с ка-

тионами флотируемого минерала, флотируемость увеличивается в среде,

увеличивающей растворимость этого минерала. При использовании со-

бирателей, которые могут образовать с катионами минерала труднорас-

творимые соединения, флотируемость минерала увеличивается при

уменьшении его растворимости в среде.

Поскольку основными компонентами сильвинитовых руд являют-

ся сильвин и галит с примесями глинисто-карбонатных минералов, а

жидкой фазой – насыщенный солевой раствор, то наиболее важны ис-

следования гидрофобизации этих минералов селективно адсорбирую-

щимися ПАВ, процесса мицеллообразования их в растворах, а также во-

просы флотационного поведения глинистых минералов и взаимодейст-

вия их с реагентами модификаторами.

Более полно селективная гидрофобизация сильвина осуществля-

ется ионогенными ПАВ, преимущественно катионоактивными – первич-

ными алифатическими аминами с длиной углеводородной цепи от С

до

. Применяется также смесь первичных насыщенных аминов

, С

или С

, С

в соотношении 1:1:1; особенно пригодна смесь, со-

стоящая из 30 % гексадециламинацетата, 25 % октадециламинацетата и

45 % октадецениламинацетата. При низкой температуре применяются

аминосмеси с короткими цепями, при высокой температуре – с более

длинными.

Рекомендуется использовать смесь аминов с насыщенной и нена-