氯化钠粒径对钾肥生产工艺的影响

刘喜业

(青海盐湖工业股份有限公司，青海省盐湖资源综合利用重点实验室，国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心，青海格尔木 816099)

1 前言

反浮选—冷结晶法是以光卤石为原料制取氯化钾的一条先进工艺路线，生产的氯化钾产品含量高、粒径大、水分低。其主要原理是先用反浮选法分离光卤石矿中的氯化钠，得到高品位的精光卤石,然后用结晶法制取氯化钾产品。低钠光卤石中的氯化钠含量及冷结晶工序中加入母液量搅拌速度，时间对氯化钾质量、粒径有很大影响。

2 工艺原理及流程

2.1 反浮选—冷结晶法生产工艺原理

反浮选生产氯化钾工艺是根据氯化钾、氯化钠所具有的表面物理化学特性，在光卤石矿浆中加入氯化钠浮选药剂，使其表面具有疏水性，伴随搅拌、充气，矿浆中的氯化钠选择性地向气泡附着呈悬浮状态，氯化钠泡沫刮出排放，将所需的低钠光卤石矿浆留在浮选槽内，以达到分离氯化钠的目的。此生产工艺使用拥有自主知识产权的“反浮选——冷结晶”工艺，该工艺具有技术可靠、能耗低、产品粒度大、品位高等一系列优点。光卤石冷结晶的理论基础是控速分解和控速结晶，光卤石分解时存在两个串联过程，先是光卤石溶解到溶液中，形成氯化钾饱和溶液，从而使氯化钾自溶液中析出结晶，而要得到颗粒较好的氯化钾晶粒，必须控制第一过程，即光卤石的溶解速度不能太快，否则就会形成过高的氯化钾过饱和度，产生大量的氯化钾细晶。降低光卤石的溶解速度，就是利用具有一定组成的循环母液对其进行冷分解结晶，降低光卤石的溶解推动力。

光卤石是通过盐湖盐田卤水摊晒蒸发形成，卤水的主要组分是KCl、MgCl2、NaCl组成，根据Na+、K+、Mg2+/Cl-—H2O四元水盐体系等温相图(图1)，在卤水蒸发时首先析出氯化钠，然后在形成光卤石，在原卤进入光卤石蒸发池(盐田)后首先进入钠盐池，再进入光调池，最后进入成矿池，由于卤水的快进快出，最后进入成矿池的卤水实际不到光卤石成矿点，即在光卤石池中会后光卤石析出的同时会伴随氯化钠颗粒析出，氯化钠颗粒在加工系统中进行分解结晶后到达精制工序，导致产量和品位出现波动，产量下降，品位下滑。

图1 Na+、K+、Mg2+∥Cl-—H2O 25 ℃等温蒸发过程分析Fig.1 Analysis of 25 ℃ isothermal evaporation process of Na+、K+、Mg2+∥Cl-—H2O

2.2 反浮选—冷结晶法生产工艺流程(如图2)

光卤石在盐田蒸发析出时形成大量的氯化钠盐颗粒(氯化钠粒径d≥0.4 mm)，而氯化钠盐颗粒在加工系统后反浮选工序无法排出，在加工系统“反浮选——冷结晶”生产工艺中，经过反浮选和冷结晶工序，形成的粗钾中氯化钠含量较高，在精制工序中加入大量淡水进行洗涤，而加入大量的淡水洗涤时往往KCl的损失远远大于氯化钠的损失，故整个系统出现品位高时产量低，产量高时品位低的矛盾。

图2 反浮选—冷结晶法生产工艺流程简图Fig.2 Process flow chart of reverse flotation-cold crystallization

3 氯化钠颗粒与原矿、低钠光卤石、粗钾和精钾的组分分析

首先进行原矿、低钠光卤石、粗钾和精钾的粒度和组份分析等基础的采集(即分析品位中的NaCl、KCl、MgCl2)，分别用0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm筛分仪进行筛分，然后每级做全分析。结果如表1。

表1 不同样品数据分析统计表Tab.1 Statistical table of data analysis for different samples

原矿分析。在新老百万吨两套装置原矿分配罐中单取所有水采机供矿管线矿浆，进行混合、沉淀、离心机固液分离，对固相光卤石矿用无水乙醇进行置换洗涤，然后用试验真空泵进行抽滤、晾干、筛分。

低钠分析。在新百万吨装置低钠离心机和老百万吨装置粗钾带机取样，用无水乙醇进行置换洗涤，然后用试验真空泵进行抽滤，晾干。粗钾、精钾分析：在新百万吨装置粗钾、精钾离心机和老百万吨装置粗钾带机取样，用无水乙醇进行置换洗涤，然后用试验真空泵进行抽滤，晾干，筛分。

从表1物料组分粒径分布分析可知：(1)原矿综合样中氯化钠含量较高为23.7%，而且粒径d≥0.4 mm的占56.9% (氯化钠含量为20.96%)，说明原矿中含氯化钠的大颗粒光卤石占的比例较大，即存在大颗粒高钠光卤石矿，d≥0.4 mm的光卤石矿在浮选工序中的浮选效果会降低(浮选的最佳粒度的粒径为d≤0.4 mm)。目前原矿光卤石中d≥0.4 mm的比例占55%以上，浮选效率很低，这是导致后系统中氯化钠含量较高的原因之一。

(2)经浮选工序后，低钠光卤石综合样中氯化钠含量也都较高为17.42%，而且粒径d≥0.4 mm占51.14% (氯化钠含量为17.12%)，说明经过浮选工序后低钠光卤石中仍然有一半比例的高钠光卤石矿，这是导致后系统中氯化钠含量较高、浮选效果降低的原因之一。

(3)低钠光卤石中经过冷结晶工序后形成粗钾，对粗钾进行分析，发现粒径d≥0.4 mm光卤石所占比例为12.76%(氯化钠含量为19.8%)，MgCl2含量为9.2%，为了精钾品位，此时的氯化钠和MgCl2需要在再浆洗涤工序中进行除去，但是如此高比例的氯化钠和MgCl2杂质再浆洗涤时加入的淡水量更多，由于KCl极易溶于水，所以，再浆洗涤时加入过多的水会造成大量KCl损失浪费，过少的水导致精钾品位降低，这也是产量和品位成反比的原因。

4 结论

综合分析，由于原矿中氯化钠含量较高和d≥0.4 mm的高钠光卤石颗粒粒径所占比例较高的原因，导致浮选工序对这一粒径分布区间的高钠光卤石很难去除，进入下一工序后，随着结晶器工序分解淡水的加入，部分高钠光卤石矿分解在系统中，在粗钾中粒径d≥0.4 mm高钠光卤石所占比例下降，但氯化钠含量较高，结晶器只能除去MgCl2，而无法除去氯化钠，最终导致成品KCl的品位不稳，光卤石中的氯化钠粒度的大小是影响浮选效果和氯化钾收率。