正浮选过程中氯化钠随氯化钾浮出行为的研究*

赵 静，程文婷，曹沁波，程芳琴

(山西大学资源与环境工程研究所，山西太原 030006)

正浮选过程中氯化钠随氯化钾浮出行为的研究*

赵 静，程文婷，曹沁波，程芳琴

(山西大学资源与环境工程研究所，山西太原 030006)

在正浮选法制备氯化钾过程中，由于氯化钠与氯化钾一同浮出而影响了氯化钾产品的质量，因此有必要针对氯化钠随氯化钾浮出的行为进行研究。在25℃条件下，考察了氯化钠浓度对氯化钾-氯化钠和氯化镁-氯化钾-氯化钠两种浮选液黏度的影响，以及在这两种溶液中氯化钠的粒径对氯化钠的沉降速率、氯化钠的回收率、氯化钾产品质量的影响。结果表明，正浮选中氯化钠随氯化钾浮出的主要原因是浮选液的黏度较大，粒径较小的氯化钠颗粒易黏附于气泡表面或进入氯化钾矿化泡沫层而被夹带浮出。当氯化钠颗粒大于125 μm时，可有效减小氯化钠对氯化钾浮选的干扰，提高氯化钾产品的质量。

氯化钾;氯化钠;黏度;粒径;浮选

正浮选法是从钾矿石(光卤石、钾石盐等)中提取KCl的主要方法之一［1-2］，浮选过程中NaCl颗粒易与KCl一同浮出，大大影响了KCl产品的质量。相关研究表明，KCl正浮选过程中NaCl不能被阳离子捕收剂(盐酸十八胺)所捕收［3-5］，因此，捕收剂并不是NaCl伴随KCl浮出的主要原因。细颗粒的NaCl易在粗粒的KCl表面沉积而出现相互包裹的现象［6］，这可能是NaCl伴随KCl浮出的主要原因。目前，相关文献中对于NaCl随KCl浮出这一现象并没有详细的论述。

KCl浮选是在KCl、NaCl、MgCl2等多离子复杂溶液中进行，离子的种类、浓度对溶液体系的黏度有着直接的影响，因此对浮选过程也会产生影响。在实际生产中，浮选液主要为含不同浓度 MgCl2的 MgCl2-KCl-NaCl溶液(包括不含MgCl2的KCl-NaCl溶液，所有溶液中KCl、NaCl均饱和)。笔者在25℃时分别考察了 NaCl浓度对 KCl-NaCl、MgCl2-KCl-NaCl溶液黏度的影响，以及在这两种溶液中NaCl粒径对NaCl的沉降速率、NaCl的回收率、KCl产品质量的影响，分析NaCl随KCl浮出的原因并选择NaCl在KCl浮选过程中的最佳粒径。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂:KCl(分析纯，质量分数≥99.5%);NaCl (分析纯，质量分数≥99.5%);MgCl2(分析纯，质量分数≥98.0%);十八胺(化学纯，质量分数≥95%); miller.Q水(电阻率为18 MΩ·cm的超纯水，实验室自制)。

图1 微浮选装置示意图

仪器:微浮选装置(见图1，包括200 mL柱状浮选仪、磁力搅拌器、抽滤装置、真空泵、流量计、氮气以及缓冲装置，实验室自制);旋转式黏度计(NDJ-7型);研磨机(FW100型);实验检验筛分机(ZY-200型);沉降管(r=5.40 cm，l=98.50 cm，实验室自制);电热恒温鼓风干燥箱(ZBY149-83型)。

1.2 溶液配制

1.2.1 盐溶液的配制

根据25℃时水盐体系相图［7］(见图2)配制不同浓度的KCl-NaCl、MgCl2-KCl、MgCl2-KCl-NaCl溶液，恒温搅拌24 h(保持溶液里有固体)然后静置12 h，以使溶液达到固液平衡状态(溶液中不再有固体析出和溶解)，经微滤得到溶液备用。

图2 水盐体系25℃相图

1.2.2 KCl、NaCl颗粒的筛分

将KCl、NaCl用研磨机研磨10 s，用筛分机将KCl颗粒筛分成粒径为150～180 μm的颗粒;将NaCl分别筛分成180～425、150～180、125～150、106～125、96～106、80～96、75～80、＜75 μm的8种不同粒径的颗粒。将筛分后的颗粒置于鼓风干燥箱中于105℃干燥2 h后取出。

1.2.3 捕收剂盐酸十八胺的配制

准确称取十八胺0.269 5 g，置于250 mL烧杯中，密封。在70℃水浴中加热直至融化，然后加入432 μL质量分数为35%的浓盐酸，搅拌30 min。向其中加入 70℃的 miller.Q水，至溶液体积为100 mL，待混合均匀后储存备用。

1.3 实验方法

1)采用旋转黏度计的标准测定法分别测定25℃的NaCl质量分数为0～26.4%的NaCl溶液、NaCl质量分数为0～20.7%的KCl-NaCl(KCl饱和)溶液的黏度。考察NaCl质量分数对KCl-NaCl溶液黏度的影响。

2)采用旋转黏度计的标准测定法分别测定25℃的MgCl2质量分数为0～35.36%的MgCl2溶液、MgCl2质量分数为0～29.03%的MgCl2-KCl (KCl饱和)溶液、MgCl2质量分数为0～25.85%的MgCl2-KCl-NaCl(KCl与NaCl饱和)溶液黏度。考察NaCl对MgCl2-KCl-NaCl溶液黏度的影响。

3)向沉降管中加入为25℃的MgCl2质量分数为20%的MgCl2-KCl-NaCl溶液(KCl与NaCl饱和，生产中常见的浮选液组分)2 100 mL，再加入不同粒径的NaCl颗粒150 g，固液相混合均匀后开始沉降。记录沉降时间及沉降高度(忽略悬浮部分的细微颗粒)。考察NaCl粒径对其沉降速率的影响。

4)微浮选实验。实验在KCl微浮选装置中进行，体系温度为25℃。在1 000 mL浮选液中加入5 mL浓度为1×10-2mol/L的盐酸十八胺，搅拌30 min，取65 mL加入微浮选管中，再加入2 g浮选样品搅拌5 min。在N2流量为30 mL/min条件下浮选1 min。浮选得到的样品经抽滤、无水乙醇洗涤，置于鼓风干燥箱中于105℃干燥2 h，取出，称其质量。

2 结果与讨论

2.1 NaCl质量分数对KCl-NaCl、MgCl2-KCl-NaCl溶液黏度的影响

在一定温度下，浮选液的组分和浓度直接影响浮选液的黏度，给浮选过程带来影响。25℃时，NaCl质量分数对NaCl及KCl-NaCl溶液黏度的影响如图3所示。由图3可以看出，NaCl及KCl-NaCl溶液的黏度均随NaCl质量分数的增大而增大。NaCl质量分数为20.7%的NaCl溶液黏度为1.76 mPa·s，相同NaCl质量分数的KCl-NaCl溶液的黏度为1.94 mPa·s，而单一KCl饱和溶液(即NaCl质量分数为0的KCl-NaCl溶液)黏度仅为1.08 mPa·s。说明在KCl-NaCl溶液中，NaCl的质量分数是使该溶液黏度增大的主要原因。

25℃时，MgCl2、MgCl2-KCl及MgCl2-KCl-NaCl溶液的黏度对比如图4所示。由图4可以看出，在相同MgCl2质量分数下，MgCl2-KCl-NaCl溶液的黏度大于MgCl2溶液和MgCl2-KCl溶液，表明NaCl的存在使得溶液的黏度明显增大。

图3 NaCl质量分数对NaCl和KCl-NaCl溶液黏度的影响

图4 MgCl2、MgCl2-KCl及MgCl2-KCl-NaCl溶液黏度对比

从图3和图4可以看出，NaCl的存在使得KCl浮选溶液体系的黏度明显增大。原因是Na+属于“水结构制造者”［3］，其强有力的水合离子表面牢固地束缚着周围的水分子，降低了溶液中水分子的流动性，从而使得溶液的黏度增加。

2.2 NaCl粒径对其在MgCl2-KCl-NaCl溶液中沉降速率的影响

NaCl颗粒的沉降速率是影响KCl浮选过程的另一主要因素，对于粒径相同的NaCl颗粒，其在高黏度浮选液中的沉降速率必定较低，这就直接导致了NaCl随KCl一起浮出，降低了KCl产品的质量。实验选择实际生产中较高黏度的浮选液(MgCl2质量分数为20%的MgCl2-KCl-NaCl溶液，黏度为3.31 mPa·s)为研究体系，测定了不同粒径的NaCl在此体系中的沉降速率，并选择浮选中NaCl的最佳粒径范围。

图5为25℃时在MgCl2-KCl-NaCl溶液中NaCl粒径(d)与其沉降速率的关系图。由图5可以看出，NaCl的沉降速率随其粒径的增大而增大。d＜75 μm时，NaCl颗粒的沉降速率仅为3 cm/min，这是由于颗粒的粒径较小时，其在高黏度溶液中的重力沉降受流体性质的影响较大，使得沉降速率较小［8］，此时的NaCl颗粒以静止状态悬浮于溶液中，极易随KCl一起浮出。d＞125 μm时，NaCl颗粒的沉降速率随着其粒径的增大而迅速增大。因此，在浮选过程中应将NaCl颗粒的粒径控制在125 μm以上，这样有利于浮选过程中NaCl的沉降，减小对KCl浮选的干扰。

图5 NaCl粒径对其在MgCl2-KCl-NaCl溶液中沉降速率的影响

2.3 NaCl粒径对KCl浮选过程的影响

图6 NaCl粒径对其回收率的影响

2.3.1 在NaCl、KCl-NaCl、MgCl2-KCl-NaCl溶液中浮选NaCl颗粒

图6为NaCl粒径对其在3种不同溶液中回收率的影响。由图6可以看出:在3种溶液中NaCl的回收率均随着其粒径的增大而减小;在同一粒径下，NaCl在MgCl2-KCl-NaCl溶液中的回收率最大; NaCl粒径较小时溶液的种类对其回收率的影响较明显。M.Hancer等［3］提出，当pH＜11时NaCl不能被阳离子捕收剂捕收(实验中浮选体系pH为6～7)，由此可以认为捕收剂并不影响NaCl的回收率。d＜75 μm时，NaCl在黏度较高的溶液(MgCl2-KCl-NaCl溶液)中回收率也较高，这是因为高黏度溶液中粒径较小的NaCl几乎不沉降，易黏附在上升的气泡表面，从而浮出液面。d＞125 μm时，NaCl的回收率受溶液黏度的影响较小。

2.3.2 在KCl-NaCl溶液中浮选KCl-NaCl混合颗粒

25℃时在KCl-NaCl饱和溶液中浮选 KCl (106～125 μm)和不同粒径NaCl的混合颗粒。图7显示了NaCl粒径对KCl的回收率以及产品中KCl含量的影响。从图7可以看出，KCl回收率和产品中KCl的含量均随着NaCl粒径的增大而增大，可见浮选固相中NaCl颗粒粒径较小时，产品中NaCl的含量较高，影响了KCl产品的质量。其主要原因是粒径较小的NaCl易黏附于矿化泡沫表面难以脱落，或进入KCl矿化泡沫层形成夹杂，从而随着KCl一起浮出。

同时，在KCl-NaCl溶液中，对比了浮选NaCl和浮选KCl-NaCl混合颗粒时NaCl的回收率，结果见图8。由图8可以看出:NaCl的粒径d＜125 μm时，浮选KCl-NaCl混合颗粒时NaCl的回收率比在相同粒径下浮选 NaCl时高;NaCl的粒径d＞125 μm时，浮选KCl-NaCl混合颗粒时NaCl的回收率几乎与只浮选NaCl时相等。这是因为在浮选KCl-NaCl混合颗粒时，粒径较小的NaCl一方面容易黏附在气泡表面而浮出液面，另一方面容易进入KCl矿化泡沫层形成夹杂而随KCl一起浮出。因此，在浮选过程中应将 NaCl颗粒的粒径控制在125 μm以上，有利于降低NaCl的回收率，提高KCl产品的质量。

3 结论

在25℃时分别考察了NaCl质量分数对KCl-NaCl、MgCl2-KCl-NaCl溶液黏度的影响以及在这两种溶液中NaCl的粒径对NaCl沉降速率、NaCl回收率、KCl产品质量的影响。通过对实验数据的分析得出，浮选中NaCl随KCl浮出的主要原因是浮选体系的黏度较大，使得较小粒径的NaCl不易沉降而悬浮于浮选体系中，并且在浮选时易黏附于气泡表面或者夹杂于KCl矿化泡沫层而被夹带浮出。在KCl浮选过程中 NaCl颗粒的最佳粒径为d＞125 μm，这样有利于浮选过程中NaCl的沉降，减小NaCl对KCl浮选的干扰，提高KCl产品的质量。

［1］李海民，谢玉龙.国内钾肥生产工艺及现状［J］.盐湖研究，2010，18(1):70-72.

［2］Cao Qinbo，Du Hao，Jan D Miller，et al.Surface chemistry features in the flotation of KCl［J］.Minerals Engineering，2010，23(5): 365-373.

［3］Hancer M，Celik M S，Miller J D.The significance of interfacial water structure in soluble salt flotation systems［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2001，235(1):150-161.

［4］Yalamanchili M R，Kellar J J，Miller J D.Adsorption of collector colloids in the flotation of alkali halide particle［J］.International Journal of Mineral Processing，1993，39:137-153.

［5］Titkov S.Flotation of water-soluble mineral resources［J］.International Journal of Mineral Processing，2004，74(1-4):107-113.

［6］Weedon D，Grano S，Akroyd T，et al.Effects of high Mg2+concentration on KCl flotation:Part I Laboratory research［J］.Minerals Engineering，2007，20(7):675-683.

［7］牛自得，程芳琴，李宝存，等.水盐体系相图及其应用［M］.天津:天津大学出版社，2002:1-100.

［8］李达，程芳琴，张洪满.反应结晶过程中晶粒沉降速度模型研究［J］.无机盐工业，2007，39(5):40-42.

Behaviors of sodium chloride floated with potassium chloride in direct flotation process

Zhao Jing，Cheng Wenting，Cao Qinbo，Cheng Fangqin
(Research Institute of Resources and Environment Engineering，Shanxi University，Taiyuan030006，China)

Potassium chloride(KCl)with poor quality was obtained because sodium chloride(NaCl)was floated in direct flotation process of KCl.Therefore，it was essentially to study the behavior of NaCl floated with KCl in direct flotation process.Influences of NaCl concentration on the viscosity of solutions，and the particle size of NaCl on its sedimentation rate，recovery ratio，and quality of KCl product were investigated in KCl-NaCl and KCl-NaCl-MgCl2solutions at 25℃，for decreasing the content of NaCl in KCl product.Results indicated that NaCl with lower particle size could easily adhere to the surface of bubbles or enter into the mineralized bubbles in flotation solutions with higher viscosity.Interference on flotation of KCl caused by NaCl was reduced and the quality of KCl product was efffectively improved when the particle size of NaCl was higher than 125 μm.

potassium chloride;sodium chloride;viscosity;particle size;flotation

TD923.7

A

1006-4990(2011)06-0033-04

山西省国际合作项目(2009081015);青海省基金项目(2010-Z-708)。

2011-01-27

赵静(1985— )，女，硕士研究生，研究方向为盐湖资源综合利用，已发表论文3篇。

联系人:程芳琴

联系方式：cfangqin@sxu.edu.cn