冷结晶—正浮选氯化钾工艺相图分析

祝甲旺

(青海盐湖工业股份有限公司，青海格尔木 816099)

1 前言

察尔汗盐湖是世界罕见的具有工业价值的大型内陆盐湖之一，它是一个以液体钾矿为主，固、液并存，并伴有硼、锂、镁、溴等有用元素的综合型矿床。

察尔汗盐湖总面积为5 856 km2，察尔汗盐湖具有极为丰富的氯化钾、氯化镁和氯化钠等盐类矿物资源。我国的氯化钾资源大多都集中在察尔汗盐湖，因此，察尔汗盐湖资源的开发对于促进我国的农业发展具有十分重要的意义。目前，察尔汗盐湖资源氯化钾生产工艺主要有反浮选—冷结晶工艺、冷结晶—正浮选工艺、冷分解—正浮选工艺、热熔工艺和兑卤工艺。“冷结晶—正浮选”生产具有工艺流程简单，投资省等优点，察尔汗除青海盐湖股份有限公司外，其余中、小钾肥生产企业均采用此工艺。

2 物料组分

以含钠光卤石加水制取KCl，文章以对Car(组成见表1)加水完全分解结晶为例来进行相图分析。

表1 原料含钠光卤石的组成Tab.1 Composition of raw carnallite with sodium %

3 生产工艺流程介绍

用“冷结晶—正浮选”生产氯化钾可分为：冷结晶、浮选及分离、带机过滤、洗涤、离心分离、干燥及产品包装等六个工序。

水盐体系相图在盐化工生产当中有着举足轻重的指导生产作用。通过水盐体系相图分析，可以利用含钠光卤石为原料制取氯化钾的工艺流程，对生产中存在的问题运用水盐体系相图分析即可得以解决。文章通过水盐体系相图知识对“冷结晶—正浮选”制取氯化钾的生产过程进行分析。

4 相图分析

如图1，将原料含钠光卤石系统组成点标绘在图中为M(M0)，从相图中可以看出原料M(M0)是由大量的纯光卤石和氯化钠组成的含钠光卤石R(R′)固相与其共饱的母液F(F′)所组成，整个生产工艺流程可用相图分为六个阶段进行。

4.1 光卤石矿冷结晶分解段

第一阶段，原料M(M0)加水恰好完全分解结晶(简称“冷结晶”)。若对原料M(M0)加水使其中的Car恰好完全分解结晶，则在干基图上，先是固相点从R运行到Q点，与之相对应的液相点从F运行到E点，系统点在M点不变；继而固相点从Q运行到H点，而液相点在E点不变，系统点在M点不动。在水图上，先是固相点由R′运行到Q′，液相点由F′运行到E，系统点由M0运行到M1点；继而固相点由Q′运行到H′，而液相点在E′不动，系统点由M1运行到M2点。

此阶段为第一次加水过程，加水量为恰好使原料M(M0)中的Car完全分解结晶。

图1 以含钠光卤石用“冷结晶—正浮选法”生产氯化钾的四元水盐相图分析(15 ℃)Fig.1 Analysis on four-elements water and salt system of KCl produced by carnallite with sodium using cold crystallization-direct flotation process

4.2 氯化钾的浮选及过滤段

经过分解结晶段可以得到钾石盐H(H′)及与之对应的共饱液E(E′)，若对料浆进行固液分离，理论上可以得到钾石盐H(H′)，但是若对分离出来的钾石盐H(H′)在常温下加水溶洗钾石盐中的NaCl，通过水盐体系相图分析可知，最终是得不到固相KCl，而得到的是NaCl固相。由相图分析可知，若是对钾石盐在常温下加水溶洗其中的NaCl而得到KCl固相，则该钾石盐固相点不能落在相图线段BD之间，而只能落在相图线段CD之间，为实现此目的，使用浮选手段就可以解决这个问题，浮选母液可以使用第一阶段得到的高镁母液E(E′)，浮选药剂可以是盐酸十八胺及二号油。经过加入药剂浮选，固相钾石盐H(H′)则变成了粗钾I(I′)及尾盐J(J′)。粗钾I(I′)及尾盐J(J′)的确定通过浮选机的浮选效率进行确定。

此阶段为第一次分离过程，使得粗钾泡沫K(K′)与尾盐料浆L(L′)予以分离。

4.3 粗钾的固液分离

第三阶段，将粗钾泡沫K(K′)中的固相粗钾I(I′)与其对应的共饱液E(E′)选择合适的分离设备进行固液分离，若是固液分离效率能达到100%，则对粗钾泡沫K(K′)进行固液分离之后，固相为粗钾I(I′)，则液相为与之对应的共饱液E(E′)，但实际生产中带式过滤机的分离效率达不到100%，假设带式过滤机的分离效率为80%时，则按夹带母液可在相图上找到粗钾泡沫K(K′)分离后的滤饼点N(N0)及与之对应的共饱点E(E′)，其中K(K′)为系统点。

4.4 粗钾的再浆洗涤段

第四阶段，通过计算结果加水洗涤滤饼N(N0)中的NaCl。由相图分析可知，滤饼N(N0)是由粗钾I(I′)及与之对应的共饱液E(E′)所组成，当对其加适量水时，固相则由I(I′)运行至B(B′)，而液相则由E(E′)运行至O(O′)，在干基图上系统点在N不变，在水图上系统点则由N0运行至N1。此阶段加水量恰好使I(I′)中的NaCl刚好完全溶解，得到洗涤料浆N(N1)。

4.5 精钾的固液分离段

第五阶段，将洗涤料浆N(N1)中的固相KClC(C′)与其对应的共饱液O(O′)进行离心分离，离心分离后夹带母液8%，则对N(N1)进行固液分离后，不夹带母液时固相为纯钾C(C′)，则液相为与之对应的共饱液O(O′)，但实际生产中离心机夹带母液8%，则依此效率可在相图上找到对洗涤料浆N(N1)分离后的固相精钾点P(P′)及与之对应的共饱液点O(O′)，其中N(N1)为系统点。

此阶段为第三次分离过程，使得精钾P(P′)与其对应的共饱液O(O′)予以分离。

4.6 精钾的干燥段

第六阶段，精钾P(P′)在干燥设备中除去所含水分，即得到成品KCl产品(简称“干燥”)。

由相图分析可知：精钾P(P′)是由纯钾C(C′)与其对应的共饱液O(O′)所组成。由于是15 ℃时的相图，而干燥过程的温度很高，加之干燥过程的相图分析过程比较简单，所以，在此对干燥阶段的相图分析过程略[9]。

经过以上的相图分析，可以得出由含钠光卤石生产氯化钾的工艺流程，如图2。

图2 由含钠光卤石生产氯化钾的工艺流程图Fig.2 Process flow chart of producing KCl from carnallite with sodium

6 结论

冷结晶技术应用于冷分解—正浮选装置中，在国内氯化钾生产行业属首次应用，结束了长期以来正浮选生产工艺不使用冷结晶技术的观点，同时解决了冷分解—正浮选工艺在实际生产应用中系统回收率较低，产品质量不易提高,产品粒度细，不易干燥的问题；降低了尾液中氯化钾含量；降低了产品干燥能源的消耗。