含泥钾矿脱泥分离技术研究

李 达，边红丽，朱翠琴，程芳琴

（1.山西大学资源与环境工程研究所，山西太原030006；2.青海中航资源有限公司）

含泥钾矿脱泥分离技术研究

李 达1，边红丽2，朱翠琴2，程芳琴1

（1.山西大学资源与环境工程研究所，山西太原030006；2.青海中航资源有限公司）

进行了青海马海盐湖含泥钾矿组成和结构以及脱泥技术研究。研究结果表明：矿泥主要成分为硅铝酸盐，矿泥的颗粒大小主要集中在100～160 μm，矿泥大部分被包裹在盐类矿物晶体间，或单独以微薄片层结构分布。采用旋流-筛分组合工艺可将氯化钾品位在8%～12%的含泥矿富集为氯化钾品位为16%～20%、含泥量为10%～15%（质量分数）的优质矿；而氯化钾品位为4%的高含泥矿，可富集至氯化钾品位为8%、含泥量为10%～15%（质量分数）的钾矿，该矿与优质矿掺兑使用，可进入车间进行生产。本研究可为含泥钾矿的高效利用提供一定的技术支撑。

含泥钾矿；旋流-筛分；脱泥

中国可溶性钾资源极度匮乏，随着钾肥生产能力的不断提高，高品位钾矿资源消耗过快，剩余的氯化钾品位低于12%、含泥量（质量分数，下同）高于10%的钾矿量递增，使现有浮选法生产工艺难以为继。国内外矿物脱泥的技术主要有药剂脱泥和机械脱泥两种［1－5］。文献对含泥量为10%～20%的高含泥钾矿的脱泥技术报道很少。笔者通过分析矿泥的赋存形态，确定并优化脱泥工艺，以期为工业化生产提供技术支持。

1 实验原料、仪器及方法

1.1 实验原料

实验原料取自青海省马海盐湖的高含泥地表钾矿。在矿物的脱泥过程中使用的饱和卤水取自马海盐湖的氯化钾生产线，实验所用的含泥钾矿和卤水的组成如表1所示。

表1 实验材料的化学组成 %

1.2 实验仪器

1）钾矿组成和结构分析

含泥钾矿组分分析采用Axios PW 4400型X射线荧光谱仪；采用日本JSM-6360LV型扫描电镜观察含泥钾矿的微观结构；采用Eyetech系列激光粒度粒形分析仪对粒径分布进行了分析。

2）实验设备

筛分系统：实验过程中使用的复振筛筛孔大小分别为0.15 mm和0.109 mm，筛面面积为4.2 m2，振动频率为50 Hz，安装倾角为25°±3°。

水力旋流器：实验过程中使用的旋流器规格型号为JY150，柱体长度为270 mm。

1.3 实验方法

在对含泥钾矿组成和结构分析的基础上采用筛分、旋流、旋流-筛分组合3种工艺进行钾矿脱泥的实验研究，具体研究步骤如下。

1）筛分脱泥工艺实验

分别用孔径为0.109 mm和0.15 mm的复振筛对地表含泥钾矿进行筛分实验，工艺流程见图1，实验条件见表2。

图1 筛分脱泥工艺流程图

表2 筛分设备参数及工艺参数

2）旋流脱泥工艺实验

使用旋流器进行含泥钾矿的脱泥实验，实验工艺流程如图2所示。在旋流器底流口直径一定的条件下，通过控制不同的进料压力和进料浓度进行实验研究，实验条件见表3。

图2 旋流工艺流程图

表3 旋流实验工艺参数

3）旋流-筛分脱泥工艺实验研究

将旋流和筛分两个设备进行联合用来处理含泥钾矿，实验工艺流程如图3所示，实验条件见表4。

图3 旋流-筛分工艺流程示意图

表4 旋流-筛分实验工艺参数

2 结果与讨论

2.1 含泥钾矿组成和结构分析

2.1.1 含泥钾矿组分测定及粒径分布

表5是将含泥钾矿进行筛分后各粒径的分布。从表5的筛分结果可看出，实验中所用的含泥钾矿，在大于0.15 mm的粒级中，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的粒级中。

表5 含泥钾矿的粒径分布

2.1.2 矿泥粒度分布

图4 泥粒径分布

图4是用激光粒度粒形分析仪对含泥钾矿中泥的粒度分析结果。从图4可知，泥的平均粒径为138.83 μm，其颗粒大小主要集中在100～160 μm，结合表5的筛分结果可知，当筛子孔径为150 μm左右时，泥和盐可以有效地进行分离。

2.1.3 矿泥组分分析

将矿泥研磨后，使用X射线荧光谱对矿泥元素组成进行定量分析，分析结果可知，矿泥主要组成元素为Al、Si、O、Ca、K、Na、Mg和Fe，根据元素守恒和质量守恒配比计算得知，马海盐湖钾矿物中的矿泥大致组成为：长石质量分数为40%～45%，粘土质量分数为20%～30%，粉砂质量分数为15%～20%，硫酸钙和碳酸钙质量分数为5%～10%。因此，矿泥主要由长石和粘土组成，粘土矿物又包括伊利石、绿泥石、蒙脱石和高岭土等。

2.1.4 泥和盐的赋存形态分析

图5是原矿的SEM图。从图5可以看出，矿泥和钾矿沉积物互层或混层构成沉积旋回，两者相互夹杂处于伴生状态，而且矿泥是以鱼鳞片形态存在于体系中，正因为矿泥与钾矿这种相互伴生的特点，在生产过程中如果不采用合适的工艺进行脱泥，就会导致矿泥随钾盐浮选夹带而出。

图5 含泥钾矿SEM图

2.2 筛分脱泥工艺实验结果

表6是使用复振筛对含泥钾矿的分离结果。从表6可以看出，实验所用的地表矿浆经筛分后，脱泥率均达80%以上，得到的氯化钾质量分数均可达18%以上。筛下物中氯化钾的质量分数为2%左右，氯化钾损失量较小，回收率高于75%。从表6还可看出，最佳工艺条件为复振筛孔径为0.15 mm、激振器的偏心块为100%、进料质量分数为25.3%。但复振筛的最大筛分能力仅为2.14 t/h，处理能力远远不够。

表6 筛分实验结果

2.3 旋流脱泥分离实验结果

将含泥钾矿在搅拌槽中混合均匀后进入旋流器进行旋流实验，实验结果如表7所示。

表7 旋流分离实验结果

在进行的4组实验中，采用的进料压力均高于0.10 MPa，且波动很小，进料浓度则不同。从表7可看出，进料浓度越高，旋流器的处理能力越大。当进料质量分数为30.06%～36.30%时，底流中含泥量不低于25%，但产率却显著降低，仅18.43%～34.92%，矿浆中的氯化钾随溢流流失，回收率低于60%。当进料质量分数为26.93%时，回收率为62.60%，低于进料质量分数为21.20%时的回收率，但同时，在处理量近乎相同的情况下，进料质量分数为21.20%时的卤水消耗量远高于进料质量分数为26.93%时的卤水消耗量。在实际生产中，卤水非常紧缺。因此，综合考虑各指标，旋流器的最佳进料质量分数应控制在25%左右，此时产能为8.44 t/h，远高于复振筛的筛分能力。

2.4 旋流-筛分组合工艺实验结果

由于将含泥钾矿直接使用复振筛脱泥时，设备的处理能力太低，不能满足生产需要，经旋流器脱泥后，产品含泥量仍然偏高，因此在研究过程中考虑使用旋流-筛分组合工艺进行脱泥。

2.4.1 入筛浓度对旋流-筛分工艺脱泥的影响

将一定浓度的含泥钾矿经过旋流分离后，底流调整浓度后进入筛分系统，实验结果如表8所示。

表8 旋流-筛分工艺实验结果

从表8可看出，含泥钾矿经过旋流分离后，底流采用不同的浓度进入复振筛，比较两组实验可知，保持底流浓度不变，尽管脱泥率及品位富集比均稍低，但氯化钾的回收率达92.03%，且处理能力很大，远高于旋流器最佳工艺条件下的处理能力，同时在生产过程中，筛分工序不会对整体工艺的处理能力造成影响。因此，采用旋流-筛分工艺处理含泥钾矿时，经过旋流分离后的底流不用调整可直接进入筛分系统进行分离。

2.4.2 不同品位地表矿的脱泥实验研究

经过上述研究，确定了含泥钾矿可经过旋流-筛分工艺进行脱泥，为了验证该工艺的有效范围，选用不同的地表矿进行实验研究。实验结果如表9所示。

表9 旋流-筛分实验结果

从表9可以看出，含泥钾矿经旋流-筛分工艺处理后，不同品位的地表矿中的泥均在一定程度上进行了脱除。氯化钾品位为8.39%的含泥钾矿经旋流-筛分分离后，可成为氯化钾品位为19.21%、含泥量为14.84%的优质钾矿；氯化钾品位为4%的含泥钾矿经旋流-筛分工艺处理后，氯化钾品位高于7%、含泥量为10%～15%。因此，该工艺的适用范围较广，可以有效脱除矿泥。

3 结论

1）含泥钾矿中矿泥的颗粒大小主要集中在100～160 μm，矿泥和钾矿沉积物互层或混层构成沉积旋回，两者相互夹杂处于伴生状态，而且矿泥是以鱼鳞片形态存在于体系中。2）确定选用旋流-筛分工艺脱泥，含泥地表钾矿经过该工艺处理后氯化钾的品位都出现了提高，氯化钾品位在8%～12%的含泥矿可富集为氯化钾品位为16%～20%、含泥量为10%～15%的优质矿；而氯化钾品位为4%左右无法进入生产工艺的高含泥矿，可富集至氯化钾品位为8%、含泥量为10%～15%的矿，该矿与优质地表矿掺兑使用，可进入车间进行生产。因此选用旋流-筛分组合工艺对含泥钾矿进行脱泥可以稳定高效地实现脱泥目标。

［1］ Е·И·阿列克谢娃，李长根，雨田.高黏土钾矿石浮选脱泥工艺的完善［J］.国外金属矿选矿，2007，44（10）：17-20.

［2］ М·Г·谢缅金娜，汪镜亮，林森.用磁选从钾石盐矿石和岩盐中除去黏土矿泥［J］.国外金属矿选矿，2007，44（11）：34-35.

［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］ 邓天龙，唐明林，杨建元，等.青海某地钙芒硝脱泥脱色工艺试验研究［J］.化学世界，1997（11）：570-571.

［5］ 常晓荣.西宁盆地钙芒硝矿脱泥试验研究［J］.海湖盐与化工，1995，24（5）：18-23.

联 系 人：程芳琴

联系方式：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

李达（1982—），男，在读博士，讲师，研究方向为盐湖资源综合利用，已发表论文4篇。