反浮选-冷结晶生产氯化钾工艺中浮选药剂的泡沫分离回收研究

程海旺

摘 要：本文通过对反浮选--冷结晶生产工艺的概述，分析浮选药剂和泡沫分离回收技术，探讨影响浮选药剂泡沫分离回收效果的主要因素时间、药剂初始浓度、pH值、进气速率以及无机盐阳离子等，总结泡沫分离回收的可行经验，以期为同类项目提供有益借鉴。

关键词：反浮选--冷结晶;氯化钾生产工艺;浮选药剂;泡沫分离回收

1 反浮选--冷结晶生产氯化钾工艺原理概述

氯化钾的生产工艺主要是除去光卤石中的氯化钠，利用的物质疏水性得到低钠光卤石。浮选工艺是利用不同物质的疏水性差异分离物质，在矿浆中加入捕收药剂改变矿物颗粒表面的疏水性，矿物和其他物质实现分离。反浮选是与浮选相反的工艺，是从矿物中选出无用的物质成分。矿浆中的氯化钠和氯化钾具有不明显的疏水性差异，这是因为水分子和晶体之间范德华力的不同和晶体构造的不同。在矿浆中加入浮选药剂时，如十二烷基吗啉捕收剂等，矿浆中氯化钠的疏水性发生改变，并不断增强。冷结晶可以分解光卤石，并结晶出氯化钾。氯化钾冷结晶的关键是过饱和度，在结晶的过程中，会先产生不断增大的晶核，慢慢晶核成为晶粒，剩余的部分会进入循环生产过程。氯化钾的结晶速度需要严格控制，如速度过快，会造成晶核过多，晶粒太小容易重新溶解，得到的氯化钾成品粒度小、回收率低。经过冷结晶得到的氯化钾粗钾，粗钾中含有一定量的残余的NaCl杂质，最后进行淡水洗涤，以保证氯化钾产品质量。

2 浮选药剂的泡沫分离

2.1 氯化钾浮选药剂

在各种生产领域，氯化钾起着非常重要的作用。反浮选--冷结晶工艺是氯化钾生产的主要方法之一。实际生产实践中，生产氯化钾采用的浮选药剂对其品位和回收率影响明显，直接决定了氯化钾质量的好坏。现在氯化钾生产工艺一直在不断革新，企业产能也在不断增加。企业的开采技术和产能的不断提升，大量的浮选药剂不断地汇入察尔汗盐湖的卤水中，尾矿中的浮选药剂会吸附在光卤石里。浮选药剂等有机物及其光降解产物会影响盐湖卤水的品质，影响提钾生产工艺、氯化钾产品纯度和品质。目前，氯化钾生产常用的浮选药剂主要是捕收剂、调整剂和起泡剂等。

2.2 浮选药剂作用

氯化钾生产工艺中反浮选--冷结晶法是钾盐生产最有效的方法和技术，我国大部分钾盐产品是通过该技术得到。目前我国提取氯化钾的先进水平的反浮选--冷结晶生产氯化钾工艺中，浮选药剂中的阴离子型捕收剂脂肪酸盐和阳离子型捕收剂脂肪吗啉可以用于反浮选。氯化钾的浮选过程是在NaCl-KCl的饱和溶液中进行的。氯化钾浮选主要分为氯化钾晶体的选择性吸附和捕收剂的弥散两部分。浮选矿浆是高浓度电解质饱和卤水体系，氯化钾颗粒表面亲水性较强，溶液电解质中高离子浓度会影响到其表面性质。在浮选时，矿浆的性质会因为浮选药剂和无机盐离子浓度等不同因素的变化而改变。

3 浮选药剂的泡沫分离回收

浮选药剂的泡沫分离回收是一种利用表面活性剂与产生的气泡来吸附、分离矿浆中物质的工业化技术，采用此方法需要的设备简单易操作、生产成本低、资源消耗少以及可连续作业等，在浓度较低时分离的效果良好。该方法在现代工业企业的生产中十分具有推广价值和应用前景。泡沫分离回收是分离和回收氯化钾的一种有效方法。浮选药剂的泡沫分离利用的是不同物质之间表面吸附能力的差异[1]。表面活性剂的化学结构是由亲水基团和亲油基团组成，在溶液中表面活性剂的作用下，降低溶液的表面张力，形成大量小气泡。浮选药剂的泡沫分离回收是利用表面活性剂选择分离、吸附、回收的方法。在分离设备中的矿浆中加入充足的空气，使矿浆的表面活性物质随着产生的丰富的气泡上浮，到达上方聚集在表面，形成泡沫层刮出泡沫，物质都聚集在泡沫内，这样实现了矿物质的分离，达到净化氯化钾的目的。

4 影响浮选药剂泡沫分离回收效果的因素

4.1 泡沫分离回收时间

浮选药剂的泡沫分离回收的时间对分离过程、分离效果非常重要。矿浆加入浮选药剂后反应时间的增加，气泡带出更多的表面活性物质，增加氯化钾回收率[2]。一般反应时间越长，表面活性物质被吸附得就更加充分，越可以提升氯化钾的回收率。在分离时，延长气泡在矿浆中停留的时间，矿浆中的非表面活性物质和表面活性物质进行充分结合，也可以促进回收率的提高。但生物活性物质结构改变已经失活时，气泡停留时间的延长会降低回收率降，研究泡沫分离时间对浮选药剂泡沫分离回收影响十分必要。

4.2 浮选药剂的初始浓度

浮选药剂泡沫分离中初始浓度对于分离过程和分离效果非常关键。浮选药剂的初始浓度增加，可以增加溶液中的表面活性物质，稳定产生夹带的液体量更多的泡沫，促使表面活性物质更多地吸附在泡沫上被带出，进而增加产品回收率[3]。但分离时间越长，表面活性物质浓度就越低，当表面活性物质的浓度无法满足分离要求时，无法分离产生的泡沫。

4.3 pH值

pH值可以影響分离过程中泡沫的夹带能力和矿浆表面张力，pH值对表面活性物质的泡沫分离回收效率有一定的影响。表面张力较低时，实现的分离效果良好;当矿浆处于等电点时，药剂提高了表面活性和发泡能力，提升物质颗粒的富集比。浮选药剂可以吸附、优化整个分离过程和分离效果。

4.4 进气速率

浮选药剂进行分离时，矿浆中加入气体的进气速率对整个分离过程的分离效果有一定影响作用，其影响主要体现在改变分离塔中物质的流体力学特性。当进气速率低于生产需要时，产生的气泡会较长时间地停留，提高富集比;当进气速率高于生产需要时，气泡只能较短时间地停留，降低富集比。但进气速率过高，塔顶泡沫层中容易发生气液分离进而形成乳化气体，不利于氯化钾进行浓缩和提取[4]。

4.5 无机盐阳离子

不同离子形态等对浮选药剂的分离回收产生一定的影响。本文探讨通过表面张力法测定浮选药剂的临界胶束浓度，测定无机盐离子对分离效果的干扰和影响，研究无机盐阳离子对浮选药剂分离回收的影响。单一离子型表面活性剂的离子头的离子氛厚度被无机盐阳离子影响，减小了表面活性剂离子头之间的相互排斥作用，提高表面活性剂的吸附作用，使其形成胶团更加容易，降低溶液的表面张力。等碳链长的正、负离子表面活性剂等摩尔混合体系，反电性极性基之间存在非常强烈的静电吸引作用，在矿浆界面和胶团中的正、负表面活性剂离子的电性可以进行中和，扩散双电层不复存在，无机盐的加入对其表面活性没有明显影响。正负离子表面活性剂混合溶液的高表面活性，源于反电性极性基之间强烈的静电吸引作用。

实践证明，矿浆中无机盐阳离子的含量对浮选药剂的泡沫分离的富集比和回收率起到重要的影响作用。无机盐阳离子浓度低于0.1mol/L时，浮选药剂泡沫分离回收的富集比因为无机盐阳离子的浓度的增加而降低;但其浓度达到0.1mol/L时，浮选药剂分离回收过程的富集比是稳定的。无机盐阳离子浓度低于0.1mol/L时，浮选药剂进行泡沫分离的回收率随着其浓度的增加而增加;当其浓度达到0.1mol/L时，浮选药剂分离的回收率是稳定的。无机盐阳离子对浮选药剂的泡沫分离回收效果和影响能力的大小依次为钙离子>镁离子>钾离子>钠离子。

5 结语

在反浮选--冷结晶生产氯化钾工艺中浮选药剂对泡沫分离回收效果的影响，需要综合考虑泡沫分离回收时间、初始浓度、pH值、进气速率以及无机盐阳离子等因素，不断优化和提高生产工艺，不断提高生产效率和氯化钾回收率，保证氯化钾产品品质。

参考文献：

[1]乜贞，卜令忠，刘建华，等.我国盐湖钾盐资源现状及提钾工艺技术进展[J].地球学报，2010，31（6）：869-874.

[2]马凯，马培华，王礼龙.世界钾盐生产贸易现状[J].现代化工，2009，29（12）：82-86.

[3]曹文虎，吴蝉.卤水资源及其综合利用技术[M].北京：地质出版社，2004.

[4]曹沁波.可溶性钾盐正浮选的浮选化学研究[D].太原：山西大学，2011.