旋流—浮选耦合生产氯化钾

张有平，李海朝，王广乐，李文珍，李玉梅，王 敏

(1.格尔木藏格钾肥有限公司，青海 格尔木，816000； 2.青海民族大学，青海 西宁 810007； 3.中科院青海盐湖研究所，青海 西宁 810008)

钾资源是重要战略资源，在农业发展的地位举足轻重，是国民经济发展不可或缺的战略性资源[1]。中国钾资源需求大、储量低，仅占全球钾资源总量的2.6%，国内钾肥自给率只能达到钾肥需求的50%～60%，为解决我国农业生产对钾肥需求问题，近年来我国钾肥进口量不断加大。为了提高钾盐自给率，保证国家钾肥资源安全和农业持续发展，在加大钾盐找矿力度的同时，努力提高现有钾盐资源利用率，是科技工作者面临的重大挑战[2-4]。

我国最大的钾肥生产基地察尔汗盐湖，该矿区同时存在液态钾矿、固态钾矿。随着开采的延续，液钾矿采出量与品质逐年下降，严重制约了钾盐的采出与生产[5]。其固体钾资源约占钾资源总量的55%[6]，由于固体钾矿品位低、矿层薄，限制了钾资源的单独开采，藏格钾肥实施了固转液技术，使得矿区内的低品位固体钾矿得以溶解利用，溶采后的卤水经过盐田滩晒得到的钾石盐和光卤矿中氯化钠的含量增加，粒度越来越细，容易夹带在产品中，不易洗涤除去，造成浮选工序钾、钠分离效果极差，使得浮选得到的粗钾品位大大降低(氯化钾含量仅为40%，而氯化钠含量高至40%)，洗涤工序需要加大量的淡水才能使产品质量合格，这大大降低了选矿回收率，造成了资源的极大浪费。因此，研究钾石盐进入浮选工段前的钾、钠细盐分离的控制条件，提高浮选中钾、钠细盐分离效率，改善正浮选工艺生产氯化钾的质量具有重大的科研意义和经济效益[7]。

文章考虑到氯化钠颗粒太小容易在浮选过程中被夹带的情况，用旋流法粗分氯化钠和氯化钾。旋流法利用离心沉降的原理，由于粒径不同的氯化钠和氯化钾之间存在粒度差，其受到不同大小的离心力、向心浮力、流体曳力等，较粗的氯化钾颗粒经旋流器底流口排出并在底流口收集，而较细的氯化钠颗粒及其它悬浮物由溢流管排出，从而达到分离分级的效果，为浮选提高氯化钾品位打好基础[8-10]。

1 工艺技术

1.1 原料

钾石盐原矿化学组成如表1所示；母液化学如表2所示。

表1 钾石盐原矿的化学组成Tab.1 Chemical composition of sylvinite mine %

表2 母液的组成Tab.2 Composition of mother liquor

1.2 工艺方法及流程

在钾石盐浮选前通过旋流简单粗分钠、钾，再进入浮选工序，氯化钾的品位更易于有保障。图1为钾石盐制取氯化钾的工艺流程图。

图1 钾石盐制取氯化钾的工艺流程图Fig.1 Flow chart of the process from sylvinite to potassium chloride

1.2.1 旋流实验

在生产过程中，矿浆浓度会影响分解槽中搅拌桨的搅拌能力，矿浆浓度过大会引发压槽，矿浆浓度过低则会降低生产效率。旋流实验过程中，选取两种浓度的浆料，分别为33.33%(简写为①)和43%(简写为②)。

①100 kg矿(②50 kg矿)，加入由100 kg淡水、7 kg工业级氯化钾和100 kg母液，搅拌均匀后，取样，旋流，旋流过程中，根据不同的给矿柱体直径、底流口直径以及循环泵频率取样。如料浆浓度33.33%，旋流器柱体直径φ110 mm，底流口直径φ18 mm，循环泵频率为35.70 Hz时，标记为①Syl-110-18-35.70；如料浆浓度43%，旋流器柱体直径φ150 mm，底流口直径φ20 mm，循环泵频率为41.70 Hz时，标记为②Syl-150-20-41.70。

1.2.2 浮选实验

在旋流实验中，对不同条件下所得的底流进行固液分离，并将固相进行浮选实验，相互比较。称取不同条件下得到的底流矿物300 g，加900 g母液(液固比3 ∶1)，搅拌溶解20 min后，转入浮选槽，加入盐酸十八胺(ODA)，两滴2号油，浮选持续5 min～7 min后停止，分别测定泡沫和尾矿中固、液成分，泡沫中的固相进入下一步的精选，泡沫中的液相则返回母液循环利用；尾矿返回粗选。

2 结果与讨论

2.1 溢流与底流的粒径分布

钾石盐旋流时，溢流比较少，只对其做了化学分析，粒径分析主要是针对底流矿物的分析。从底流中的固相粒径分布来看，不同旋流条件下得到的底流，其粒径分布各不相同，但基本集中在0.125 mm以上，如图2。

含量/%706050403020100粒径/mmSyl-150-20-41.70底流Syl-150-20-35.70底流料浆一00.420.1770.1250.0880.0740.0620.0530.044706050403020100含量/%Syl-110-18-41.70底流Syl-110-18-35.70底流料浆一粒径/mm00.420.1770.1250.0880.0740.0620.0530.044料浆二Syl-150-20-41.70溢流底流含量/%706050403020100粒径/mm00.420.1770.1250.0880.0740.0620.0530.044Syl-110-18-41.70底流料浆二706050403020100含量/%粒径/mm00.420.1770.1250.0880.0740.0620.0530.044图2 钾石盐旋流后的粒径分布Fig.2 Grain size distribution of sylvinite after swirled

从图2来看，粒径分布随着底流口和溢流口的直径增大而趋于大颗粒分布，循环泵频率越大，大颗粒物质占的比重就越大，料浆浓度增大，也有利于底流大颗粒物质的集中，这是因为孔径越大，越有利于大颗粒物质的通行；压力越大，分离动力就越大，浓度越大，反应的推动力越大，所以容易在底流中富集大颗粒。但并不是说这三个旋流因子越大越好，压力越大，耗电越大，对机器本身损害也大；料浆浓度越大，对仪器管路的要求就越高，所以在实际生产上，应该根据具体情况选择合适的料浆浓度、循环泵频率和合适的底流口溢流口的口径。实验中，结合粒径分布与化学分析的结果，选择旋流器柱体直径φ110 mm，底流口φ18 mm，循环泵频率为35.70 Hz时，料浆浓度为33.3%即可。

2.2 溢流与底流的粒径分布

分别对溢流和底流进行固液分离，其化学分析见表3及图3。

表3 钾石盐旋流前后的化学分析Tab.3 Chemical analysis before and after sylvinite swirled

从旋流结果的化学分析来看，底流中的钾含量远远大于溢流中的钾含量，相差最大时能达到7倍左右，可以说旋流有利于钾的富集。在不同旋流条件下，相对于未进行旋流实验的钾石盐原矿，旋流得到的底流固相中钾含量均升高，相应的溢流固相中的钾含量均降低；旋流后的底流固相中钠含量明显下降，镁含量则无明显变化。在钾石盐浮选时，主要也是考虑钾钠比值，相比于未旋流时钾石盐原矿中的钾钠比值，底流中钾钠比值均有增大。钾钠比值的增加有利于后续的浮选，结合之前的粒径分析，底流中的大颗粒份额大于钾石盐原矿，而大颗粒氯化钾对于氯化钠的粘附要远远小于小颗粒氯化钾对于氯化钠的粘附。综上，在浮选前加入旋流工序，一方面提高了钾钠比值，一方面增大了氯化钾粒径，从而为后续的浮选工作创造了很好的前提条件。

底流组分含量/%KClMgCl2NaCl100806040200②Syl-110-18-41.70①Syl-110-18-41.70①Syl-110-18-35.70①Syl-150-20-41.70①Syl-150-20-35.70①Syl-旋流前②Syl-150-20-41.70图3 钾石盐旋流前后的化学分析Fig.3 Chemical analysis before and after sylvinite swirled

2.3 旋流后底流的浮选

对不同条件旋流后的底流固相进行浮选，其比较结果见表4与图4。

表4 不同底流下浮选的产品分析Tab.4 Analysis of the floatation products with different bottom flow

与未经旋流就直接进入浮选工序的结果相比，经过旋流再进入浮选工序的效果优势明显，并且因旋流条件的不同，其效率增加不等。由于氯化钠和氯化镁在产品中的含量基本一致，浮选效果主要考虑钾品位、钾收率以及钾钠比值。当旋流条件为旋流器底流口直径φ150 mm，溢流口φ20 mm，循环泵频率为47.70 Hz时，浮选效果最佳。此时，氯化钾产品品位提高将近10%，达到72%；氯化钾的产品收率提高至75%，增加了15%；钾钠比也由原来的2.6提高到3.5。由此可知，旋流工序的耦合，能够帮助提高钾石盐浮选生产氯化钾的效率。

①Syl-150-20-35.70①Syl-150-20-41.70①Syl-110-18-41.70①Syl-110-18-35.70②Syl-150-20-41.70②Syl-110-18-41.70未经旋流KCl的含量/%757065KCl收率/%8075706560未经旋流①Syl-150-20-35.70①Syl-150-20-41.70①Syl-110-18-41.70①Syl-110-18-35.70②Syl-150-20-41.70②Syl-110-18-41.70未经旋流①Syl-150-20-35.70①Syl-150-20-41.70①Syl-110-18-41.70①Syl-110-18-35.70②Syl-150-20-41.70②Syl-110-18-41.70含量/%3020100NaClMgCl2①Syl-150-20-35.70①Syl-150-20-41.70①Syl-110-18-41.70①Syl-110-18-35.70②Syl-150-20-41.70②Syl-110-18-41.704.03.53.02.5未经旋流KCl含量与NaCl含量的比值图4 不同底流下浮选的产品分析Fig.4 Analysis of the floatation products with different bottom flow

3 结论

旋流对钾石盐中的细颗粒氯化钠有着很好的脱除效果。底流中的钾含量远远大于溢流中的钾含量，相差最大时能达到7倍左右，在进入浮选前初步实现了钾钠的分离，为后续旋流打下了良好的基础。与未经旋流就直接进入浮选工序的结果相比，经过旋流再进入浮选工序的效果优势明显，氯化钾品位提高将近10%；氯化钾收率提高将近15%；钾钠比也由原来的2.6提高到3.5。