含泥鉀礦脫泥分離技術(shù)研究

李 達(dá)，邊紅麗，朱翠琴，程芳琴

（1.山西大學(xué)資源與環(huán)境工程研究所，山西太原030006；2.青海中航資源有限公司）

含泥鉀礦脫泥分離技術(shù)研究

李 達(dá)1，邊紅麗2，朱翠琴2，程芳琴1

（1.山西大學(xué)資源與環(huán)境工程研究所，山西太原030006；2.青海中航資源有限公司）

進(jìn)行了青海馬海鹽湖含泥鉀礦組成和結(jié)構(gòu)以及脫泥技術(shù)研究。研究結(jié)果表明：礦泥主要成分為硅鋁酸鹽，礦泥的顆粒大小主要集中在100～160 μm，礦泥大部分被包裹在鹽類礦物晶體間，或單獨以微薄片層結(jié)構(gòu)分布。采用旋流-篩分組合工藝可將氯化鉀品位在8%～12%的含泥礦富集為氯化鉀品位為16%～20%、含泥量為10%～15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的優(yōu)質(zhì)礦；而氯化鉀品位為4%的高含泥礦，可富集至氯化鉀品位為8%、含泥量為10%～15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的鉀礦，該礦與優(yōu)質(zhì)礦摻兌使用，可進(jìn)入車間進(jìn)行生產(chǎn)。本研究可為含泥鉀礦的高效利用提供一定的技術(shù)支撐。

含泥鉀礦；旋流-篩分；脫泥

中國可溶性鉀資源極度匱乏，隨著鉀肥生產(chǎn)能力的不斷提高，高品位鉀礦資源消耗過快，剩余的氯化鉀品位低于12%、含泥量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）高于10%的鉀礦量遞增，使現(xiàn)有浮選法生產(chǎn)工藝難以為繼。國內(nèi)外礦物脫泥的技術(shù)主要有藥劑脫泥和機械脫泥兩種［1－5］。文獻(xiàn)對含泥量為10%～20%的高含泥鉀礦的脫泥技術(shù)報道很少。筆者通過分析礦泥的賦存形態(tài)，確定并優(yōu)化脫泥工藝，以期為工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 實驗原料、儀器及方法

1.1 實驗原料

實驗原料取自青海省馬海鹽湖的高含泥地表鉀礦。在礦物的脫泥過程中使用的飽和鹵水取自馬海鹽湖的氯化鉀生產(chǎn)線，實驗所用的含泥鉀礦和鹵水的組成如表1所示。

表1 實驗材料的化學(xué)組成 %

1.2 實驗儀器

1）鉀礦組成和結(jié)構(gòu)分析

含泥鉀礦組分分析采用Axios PW 4400型X射線熒光譜儀；采用日本JSM-6360LV型掃描電鏡觀察含泥鉀礦的微觀結(jié)構(gòu)；采用Eyetech系列激光粒度粒形分析儀對粒徑分布進(jìn)行了分析。

2）實驗設(shè)備

篩分系統(tǒng)：實驗過程中使用的復(fù)振篩篩孔大小分別為0.15 mm和0.109 mm，篩面面積為4.2 m2，振動頻率為50 Hz，安裝傾角為25°±3°。

水力旋流器：實驗過程中使用的旋流器規(guī)格型號為JY150，柱體長度為270 mm。

1.3 實驗方法

在對含泥鉀礦組成和結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上采用篩分、旋流、旋流-篩分組合3種工藝進(jìn)行鉀礦脫泥的實驗研究，具體研究步驟如下。

1）篩分脫泥工藝實驗

分別用孔徑為0.109 mm和0.15 mm的復(fù)振篩對地表含泥鉀礦進(jìn)行篩分實驗，工藝流程見圖1，實驗條件見表2。

圖1 篩分脫泥工藝流程圖

表2 篩分設(shè)備參數(shù)及工藝參數(shù)

2）旋流脫泥工藝實驗

使用旋流器進(jìn)行含泥鉀礦的脫泥實驗，實驗工藝流程如圖2所示。在旋流器底流口直徑一定的條件下，通過控制不同的進(jìn)料壓力和進(jìn)料濃度進(jìn)行實驗研究，實驗條件見表3。

圖2 旋流工藝流程圖

表3 旋流實驗工藝參數(shù)

3）旋流-篩分脫泥工藝實驗研究

將旋流和篩分兩個設(shè)備進(jìn)行聯(lián)合用來處理含泥鉀礦，實驗工藝流程如圖3所示，實驗條件見表4。

圖3 旋流-篩分工藝流程示意圖

表4 旋流-篩分實驗工藝參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 含泥鉀礦組成和結(jié)構(gòu)分析

2.1.1 含泥鉀礦組分測定及粒徑分布

表5是將含泥鉀礦進(jìn)行篩分后各粒徑的分布。從表5的篩分結(jié)果可看出，實驗中所用的含泥鉀礦，在大于0.15 mm的粒級中，KCl分布占到89.07%，水不溶物占28%，即有72%的水不溶物全部分布在小于0.15 mm的粒級中。

表5 含泥鉀礦的粒徑分布

2.1.2 礦泥粒度分布

圖4 泥粒徑分布

圖4是用激光粒度粒形分析儀對含泥鉀礦中泥的粒度分析結(jié)果。從圖4可知，泥的平均粒徑為138.83 μm，其顆粒大小主要集中在100～160 μm，結(jié)合表5的篩分結(jié)果可知，當(dāng)篩子孔徑為150 μm左右時，泥和鹽可以有效地進(jìn)行分離。

2.1.3 礦泥組分分析

將礦泥研磨后，使用X射線熒光譜對礦泥元素組成進(jìn)行定量分析，分析結(jié)果可知，礦泥主要組成元素為Al、Si、O、Ca、K、Na、Mg和Fe，根據(jù)元素守恒和質(zhì)量守恒配比計算得知，馬海鹽湖鉀礦物中的礦泥大致組成為：長石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%～45%，粘土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～30%，粉砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～20%，硫酸鈣和碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～10%。因此，礦泥主要由長石和粘土組成，粘土礦物又包括伊利石、綠泥石、蒙脫石和高嶺土等。

2.1.4 泥和鹽的賦存形態(tài)分析

圖5是原礦的SEM圖。從圖5可以看出，礦泥和鉀礦沉積物互層或混層構(gòu)成沉積旋回，兩者相互夾雜處于伴生狀態(tài)，而且礦泥是以魚鱗片形態(tài)存在于體系中，正因為礦泥與鉀礦這種相互伴生的特點，在生產(chǎn)過程中如果不采用合適的工藝進(jìn)行脫泥，就會導(dǎo)致礦泥隨鉀鹽浮選夾帶而出。

圖5 含泥鉀礦SEM圖

2.2 篩分脫泥工藝實驗結(jié)果

表6是使用復(fù)振篩對含泥鉀礦的分離結(jié)果。從表6可以看出，實驗所用的地表礦漿經(jīng)篩分后，脫泥率均達(dá)80%以上，得到的氯化鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)均可達(dá)18%以上。篩下物中氯化鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%左右，氯化鉀損失量較小，回收率高于75%。從表6還可看出，最佳工藝條件為復(fù)振篩孔徑為0.15 mm、激振器的偏心塊為100%、進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.3%。但復(fù)振篩的最大篩分能力僅為2.14 t/h，處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

表6 篩分實驗結(jié)果

2.3 旋流脫泥分離實驗結(jié)果

將含泥鉀礦在攪拌槽中混合均勻后進(jìn)入旋流器進(jìn)行旋流實驗，實驗結(jié)果如表7所示。

表7 旋流分離實驗結(jié)果

在進(jìn)行的4組實驗中，采用的進(jìn)料壓力均高于0.10 MPa，且波動很小，進(jìn)料濃度則不同。從表7可看出，進(jìn)料濃度越高，旋流器的處理能力越大。當(dāng)進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30.06%～36.30%時，底流中含泥量不低于25%，但產(chǎn)率卻顯著降低，僅18.43%～34.92%，礦漿中的氯化鉀隨溢流流失，回收率低于60%。當(dāng)進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.93%時，回收率為62.60%，低于進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.20%時的回收率，但同時，在處理量近乎相同的情況下，進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.20%時的鹵水消耗量遠(yuǎn)高于進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.93%時的鹵水消耗量。在實際生產(chǎn)中，鹵水非常緊缺。因此，綜合考慮各指標(biāo)，旋流器的最佳進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在25%左右，此時產(chǎn)能為8.44 t/h，遠(yuǎn)高于復(fù)振篩的篩分能力。

2.4 旋流-篩分組合工藝實驗結(jié)果

由于將含泥鉀礦直接使用復(fù)振篩脫泥時，設(shè)備的處理能力太低，不能滿足生產(chǎn)需要，經(jīng)旋流器脫泥后，產(chǎn)品含泥量仍然偏高，因此在研究過程中考慮使用旋流-篩分組合工藝進(jìn)行脫泥。

2.4.1 入篩濃度對旋流-篩分工藝脫泥的影響

將一定濃度的含泥鉀礦經(jīng)過旋流分離后，底流調(diào)整濃度后進(jìn)入篩分系統(tǒng)，實驗結(jié)果如表8所示。

表8 旋流-篩分工藝實驗結(jié)果

從表8可看出，含泥鉀礦經(jīng)過旋流分離后，底流采用不同的濃度進(jìn)入復(fù)振篩，比較兩組實驗可知，保持底流濃度不變，盡管脫泥率及品位富集比均稍低，但氯化鉀的回收率達(dá)92.03%，且處理能力很大，遠(yuǎn)高于旋流器最佳工藝條件下的處理能力，同時在生產(chǎn)過程中，篩分工序不會對整體工藝的處理能力造成影響。因此，采用旋流-篩分工藝處理含泥鉀礦時，經(jīng)過旋流分離后的底流不用調(diào)整可直接進(jìn)入篩分系統(tǒng)進(jìn)行分離。

2.4.2 不同品位地表礦的脫泥實驗研究

經(jīng)過上述研究，確定了含泥鉀礦可經(jīng)過旋流-篩分工藝進(jìn)行脫泥，為了驗證該工藝的有效范圍，選用不同的地表礦進(jìn)行實驗研究。實驗結(jié)果如表9所示。

表9 旋流-篩分實驗結(jié)果

從表9可以看出，含泥鉀礦經(jīng)旋流-篩分工藝處理后，不同品位的地表礦中的泥均在一定程度上進(jìn)行了脫除。氯化鉀品位為8.39%的含泥鉀礦經(jīng)旋流-篩分分離后，可成為氯化鉀品位為19.21%、含泥量為14.84%的優(yōu)質(zhì)鉀礦；氯化鉀品位為4%的含泥鉀礦經(jīng)旋流-篩分工藝處理后，氯化鉀品位高于7%、含泥量為10%～15%。因此，該工藝的適用范圍較廣，可以有效脫除礦泥。

3 結(jié)論

1）含泥鉀礦中礦泥的顆粒大小主要集中在100～160 μm，礦泥和鉀礦沉積物互層或混層構(gòu)成沉積旋回，兩者相互夾雜處于伴生狀態(tài)，而且礦泥是以魚鱗片形態(tài)存在于體系中。2）確定選用旋流-篩分工藝脫泥，含泥地表鉀礦經(jīng)過該工藝處理后氯化鉀的品位都出現(xiàn)了提高，氯化鉀品位在8%～12%的含泥礦可富集為氯化鉀品位為16%～20%、含泥量為10%～15%的優(yōu)質(zhì)礦；而氯化鉀品位為4%左右無法進(jìn)入生產(chǎn)工藝的高含泥礦，可富集至氯化鉀品位為8%、含泥量為10%～15%的礦，該礦與優(yōu)質(zhì)地表礦摻兌使用，可進(jìn)入車間進(jìn)行生產(chǎn)。因此選用旋流-篩分組合工藝對含泥鉀礦進(jìn)行脫泥可以穩(wěn)定高效地實現(xiàn)脫泥目標(biāo)。

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［3］ Yalamanchili M R，Miller J D.Removal of insoluble slimes from potash ore by air-sparged hydrocyclone flotation［J］.Minerals Engineering，1995，32（8）：169-177.

［4］ 鄧天龍，唐明林，楊建元，等.青海某地鈣芒硝脫泥脫色工藝試驗研究［J］.化學(xué)世界，1997（11）：570-571.

［5］ 常曉榮.西寧盆地鈣芒硝礦脫泥試驗研究［J］.海湖鹽與化工，1995，24（5）：18-23.

聯(lián) 系 人：程芳琴

聯(lián)系方式：cfangqin@sxu.edu.cn

Study on desliming technology for slime-containing potash ores

Li Da1，Bian Hongli2，Zhu Cuiqin2，Cheng Fangqin1
（1.Institute of Resources and Environment Engineering，Shanxi Universtiy，Taiyuan 030006,China；2.Qinghai AVIC Resources Co.，Ltd.）

Chemical compositions，structural characteristics，and desliming technology of the slime-containing potash ores in Mahai Salt Lake of Qinghai were studied.Results showed that main constituent of slime was aluminum silicates，the particle size of slime was mainly in 100～160 μm and most of slimes filled among the crystal particles of salt minerals or existed in micro-film structure.Grade of potassium chloride could be increased to 16%～20%and the content of slime was at 10%～15%（mass fraction）when the grade of potassium chloride was at 8%～12%by using hydroclone-sieving combined technology.Grade of potassium chloride could be increased to 8%and the content of slime was at 10%～15%when its grade was 4%，and then it can be mixed with high grade potash ores to produce potassium chloride in plant.This study can provide a powerful technical support for the utilization of slime-containing potash ores.

slime-containing potash ores；hydroclone-sieving；desliming

TQ131.13

：A

：1006-4990（2012）07-0049-04

2012-02-03

李達(dá)（1982—），男，在讀博士，講師，研究方向為鹽湖資源綜合利用，已發(fā)表論文4篇。