田鵬杰,李 豐,林 杰,陳兆榮,張守祥

(中藍連海設計研究院有限公司,江蘇 連云港 222004)

1 前言

目前,世界上農用KCl的生產主要通過鹽湖鹵水、鉀石鹽礦床、光鹵石礦床獲得,其中以原生鉀石鹽礦為原料,采用浮選法獲得的氯化鉀產品占北美氯化鉀的80%,占歐洲和前蘇聯產量的50%,在農業(yè)鉀肥市場,KCl粒度越粗銷售效果愈好,在俄羅斯、加拿大等鉀肥生產大國都強調生產粗粒鉀肥,粒度可以達到3 mm[1]。烏茲別克斯坦鉀鹽礦床為無硫酸鹽類型,氯化鎂含量和不溶物均較低,礦物組分質量分數為:KCl 27.93%、NaCl 67.46%、MgCl2≥0.35%、CaSO4≥2.26%、不溶物<2%。烏茲別克斯坦鉀石礦是由紅色或者淡紅色的大型晶體組成的鹽,紅色是由于存在極細而分散的某些含鐵礦物所組成的,目前由鉀石鹽礦制取氯化鉀的工業(yè)方法原則上有兩種:浮選法和制鹽法[2]。烏茲別克斯坦鉀石鹽礦中含光鹵石和不溶物均較低,采用浮選法在生產成本上更具有優(yōu)勢。我國作為世界第一的農業(yè)大國,每年都需要進口大量的鉀肥,我國的鉀肥自給率只能滿足鉀肥需求的50%左右,為了緩解供需關系,在中亞、非洲、美洲購買了部分鉀鹽資源。因此,針對在國外開發(fā)鉀鹽時,如何盡可能地提高氯化鉀精礦的品質和回收率,降低選礦成本具有重要的現實意義。文章以烏茲別克鉀石鹽浮選技術工業(yè)化為例,研究了原生鉀石鹽礦從原料破碎磨礦、脫泥工藝、浮選工藝、脫鹵工藝以及干燥工藝的整個工藝過程的設備選型,為以后我國開發(fā)中亞、西亞以及加拿大等固體鉀石鹽礦類似項目提供參考依據。

1 原礦性質

該地區(qū)鉀鹽礦礦石主要為深粉紅色、橘紅色鉀石鹽,偶見光鹵石包裹體,不含硫酸鉀和硫酸鎂,含少量酐和碳酸鹽粘土物質,含水率平均為0.3%,設計開采范圍內平均礦石礦物成分見表1。

表1 礦物成分表Tab.1 Mineral composition table %

2 工藝流程

原礦經破碎、磨礦分級、旋流脫泥后進入浮選作業(yè),浮選入選粒度為-1 mm,采用一粗三精浮選流程[3],精Ⅲ泡沫加適量淡水洗滌即得精制氯化鉀,對其進行脫水、干燥、冷卻后即得氯化鉀產品(圖1)。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram

3 主要工序設備選型

3.1 破碎工序

鉀石鹽礦的特點是硬度不高,很脆,其莫氏硬度為2～4,在破碎階段要盡可能避免過磨,以保持鹽類礦物粗粒結晶,鉀石鹽礦石的破碎大多采用錘式破碎機或反擊式破碎機,特別是錘式破碎機已在世界大多數鉀石鹽加工廠得到廣泛應用,目前一般選擇PFCK型可逆反擊錘式破碎機,該破碎機主要有破碎機主機、電動機、液力耦合器、液壓站、減震系統等組成,該機錘頭呈螺旋線排列,提高了效率,有利于防止物料堵塞,對物料水分適應性增強,排料暢通,破碎細度通過格柵間隙調節(jié)。破碎的緩沖倉的容積不宜過大,一般不超過30 min,存礦太多,時間長了,內壁起拱,嚴重時粉礦結塊架橋,無法下料。

3.2 磨礦工序

浮選技術指標高低,在很大程度上取決于磨礦礦石的單體解離程度。浮選鉀石鹽,要求將鉀石鹽中鉀鹽和石鹽分離成單體,并盡可能使不溶物也解離出,在達到以上要求的前提下,盡量使磨細后的粒度大一些,從而縮短浮選時間,而且能改善產品的粒度和回收率。目前一般選擇棒磨機,棒磨機主要是用金屬棒作為磨件,利用它的沖擊和旋轉時與磨壁間的研磨作用來粉碎礦石。棒磨機對礦石具有一定選擇性磨碎作用,產品粒度均勻,過粉碎礦粒少。

3.3 脫泥工序

在浮選前鉀石鹽礦的脫泥是很重要的一個工序,鉀石鹽礦中伴生的粘土礦物形成的礦泥對浮選過程影響很大,不但能大量地吸附胺鹽捕收劑,對粗粒浮選產生不利影響,而且能混入精礦中,使干燥后增加結塊,影響后續(xù)產品使用。脫泥經常采用機械脫泥的方式,機械脫泥采用兩級水力旋流器脫泥,一級水力旋流器選用FX350,二級旋流脫泥很重要,直徑要小,選擇FX150。

3.4 浮選工序

浮選機是本次設計的關鍵設備,設計采用俄羅斯進口的ФМ6,3-М1型機械攪拌式浮選機,其單槽有效容積為6.3 m3。該浮選機在烏茲別克斯坦某鉀肥廠使用效果很好。該型號浮選機廣泛應用于鉀石鹽粗顆粒浮選,而且既可以用于粗選作業(yè),也可以用于精選作業(yè)。

3.5 脫鹵工序

目前氯化鉀脫鹵主要采用帶式過濾機和雙級活塞推料離心機,帶式過濾機具有處理能力大、設備運行故障率低的優(yōu)點。離心機具有含濕率低的優(yōu)點,但結合烏茲別克斯坦氯化鉀浮選精礦粒度為-1 mm,采用真空帶式過濾機能將氯化鉀洗滌精礦的含濕量控制在6%以下,使用離心機優(yōu)勢不明顯,另外離心機會使氯化鉀顆粒二次破碎,造成產品粒度變小,而且離心機篩網存在穿濾現象,離心機能耗高,綜合比較采用真空帶式過濾機作為浮選精礦和浮選尾礦的脫鹵設備。

3.6 干燥—冷卻工序

目前氯化鉀干燥設備主要有轉筒干燥機和沸騰床干燥機兩種,其中轉筒干燥機具有設備簡單,生產運行平穩(wěn)、操作彈性較大、對入料含水量沒有嚴格要求、單機生產能力大、產品含水量低的優(yōu)點,目前我國青海地方以及老撾的氯化鉀產品的干燥都是以轉筒干燥機為主。氯化鉀產品冷卻采用轉筒冷卻機,在冷卻機入料口添加抑塵劑和防結塊劑,可以降低氯化鉀產品結塊的風險。

4 主要設計優(yōu)化

4.1 原礦上料

原礦定量給料設備在選用中型板式給料機,在試車過程中發(fā)現當原礦料倉滿倉時,中型板式給料機難以啟動,現場通過在原礦倉下料口調小,有效減少了鏈板負荷,并調整了設備轉矩,后板式給料機啟動和運行狀況良好。

導師(通訊作者):郭立新(1968-)，男，教授，博士，主要研究方向為復雜目標與地海環(huán)境電磁散射特性、隨機介質中的電波傳播特性等. Email:lxguo@xidian.edu.cn

4.2 磨礦分級工序

在磨礦作業(yè)前增加預先篩分作業(yè),在生產運行中預先篩篩上物料經常跑偏,經分析原因是皮帶頭部卸料處給水為單點給水,礦石與給水混合不均勻,現場將頭部補水由單點方式調整為線狀補水,物料與補加水得到充分混合,改善了物料布料方式。

4.3 尾鹽濃密機

尾鹽濃密機給料由脫氣槽自流至濃密機中心布料桶內,在生產運行中脫氣槽經常冒,通過分析發(fā)現是濃密機進料管沒入水中段坡度較小導致,增大坡度后,消除了濃密機進料管經常堵的問題。

4.4 浮選作業(yè)

精Ⅲ浮選作業(yè)浮選泡沫層較厚,經常出現冒槽現象,后將浮選機的增加一組刮板及將刮板電機由定頻電機調整為變頻電機后解決該問題。精Ⅲ浮選泡沫濃度較高,達到50%,且含有大量泡沫,采用臥式渣漿泵很難輸送,后增加一個消泡槽,消泡槽在圓錐形結構,礦漿沿切向給入,在消泡槽周邊設置高壓消泡管,輸送采用立式泵輸送,解決了該問題。

4.5 精鉀洗滌

氯化鉀洗滌作業(yè)由兩個洗滌槽組成,現場運行過程中發(fā)現精Ⅲ泡沫經洗滌后氯化鉀品位只能提高0.5%,通過分析洗滌效果差的原因主要有礦漿短路和洗滌時間不夠,現場通過在第一個洗滌槽中增加折流板以及在精Ⅲ泡沫槽中增加洗滌水后,洗滌效果大大提高。

4.6 精鉀干燥

現場實際運行中干燥窯給料口經常會結鹽堵塞,是由于窯頭溫度較高,過濾濾餅水分迅速閃蒸,現場將干燥后的一部分干料用埋括板輸送機返回干燥前入料,和過濾后的濕精礦混合在一起,再給入轉筒干燥機。

4.7 精鉀冷卻

現場成品料倉內出現較多的結塊,這主要是濾餅冷卻時產生了結塊,現場一方面調整了冷卻窯窯頭防結塊劑的添加方式,另一方面在冷卻窯窯尾增加固定格篩網,篩上的物料給入破碎機,破碎后的物料再由斗式提升機返回至成品膠帶。

5 對新建鉀石鹽礦浮選加工廠的建議

(1)氯化鉀飽和母液在晝夜溫度差大時,容易再管內壁結晶,尤其在管速流動慢時,結晶現象更為嚴重,建議攪拌槽出料管和渣漿泵出料管分支處的閥門離接口越近越好,且泵出料管道要配管道沖洗水。

(2)氯化鉀料倉不宜過大,如果長時間堆放,容易板結影響整個流程通暢,建議料倉的容積儲存時間不宜超過0.5 h,且料斗角度不宜小于60°,氯化鉀破碎工作制度宜與后續(xù)磨礦作業(yè)保持一致,設備按一開一備設計。

(3)在干燥條件下,氯化鉀保護母液對混凝土的腐蝕比鋼結構大,有母液流動的地槽、地溝要全部內襯鋼板。

(4)尾鹽過濾采用旋流器+濃密機組合對正浮選粗選槽內晶漿提前進行濃縮,適當增大過濾機給料的濃度,可以提高尾鹽過濾設備的處理能力。

(5)浮選前礦漿的脫泥對于鉀石鹽選礦來說是很關鍵的問題,針對含不溶物較高的鉀石鹽,可以考慮采用機械脫泥+浮選脫泥兩種組合脫泥的方式,但是浮選脫泥的泡沫在后續(xù)濃密方面較為困難,需要考慮增設機械消泡和化學消泡。

(6)氯化鉀干燥和冷卻出料為間斷出料,瞬時最大出料量為流程量的2倍左右,下料膠帶的寬度和功率要按此進行選型,干燥的膠帶輸送機選型要選擇耐高溫膠帶,冷卻的膠帶輸送機選型要選擇耐油型膠帶。

(7)脫泥的過程也會損失一定量的氯化鉀,為了盡可能地降低脫泥作業(yè)損失的氯化鉀,在礦泥濃密過程中可以采用三級逆流洗滌。