浅议冷结晶—正浮选工艺及关键控制

唐海英

(青海盐湖元通钾肥有限公司，青海 格尔木 816000)

1 前言

我国已经发现贮量较大的钾肥资源有青海察尔汗盐湖及新疆的罗布泊盐湖。察尔汗盐湖位于柴达木盆地的中南部，它是世界上最大的干盐湖，也是我国首屈一指的现代钾、镁、盐矿床，察尔汗盐湖的面积约为5 856 km2，相当于西尔斯盐湖的50多倍，湖内汇集了数百亿吨以氯化物为主的盐类，其中，钾盐数量约为5亿t左右。察尔汗盐湖液体钾盐矿床达到了国际中大型钾盐矿床的规模，在已探明的几个现代盐湖矿床中，察尔汗盐湖是我国目前储量最大的钾盐湖(探明KCl储量达数亿吨)，占全国已探明储量的97%，为我国近期钾肥工业提供了可靠的资源保证。青海盐湖工业集团有60 a的生产历史，钾盐生产技术和开采工艺较成熟。

正浮选法生产KCl工艺技术最初由以色列20世纪50年代开发出来，1953年成立的死海工程有限公司采用该工艺建成年产200 kt的KCl工厂。20世纪60年代在我国察尔汗盐湖地区开始初步研发推广，基本工艺过程与以色列最初工艺基本相似，但经过总结、改进后，正浮选法由原来的冷分解—正浮选法演变成现在的冷结晶—正浮选工艺，而且在察尔汗地区生产规模在3 000 kt/a左右。

2 工艺原理

2.1 分解结晶原理

冷结晶—正浮选法生产KCl工艺的原料是盐田晒制的含钠光卤石，光卤石是由KCl和MgCl2组成的非相称性复盐(KCl·MgCl2·6H2O)。为了得到KCl，需要对光卤石进行分解，当含钠光卤石加入水后，NaCl和光卤石会逐渐溶解于水，随着水中盐的浓度不断增高，由于同离子效应，KCl和NaCl的溶解度随着MgCl2的浓度上升上而急剧降低，KCl饱和后即不再溶解，呈固相与溶液饱和平衡，KCl饱和后，光卤石继续分解，KCl开始过饱和并自溶液中呈单晶KCl析出，与固相NaCl构成人造钾石盐，实现了KCl、NaCl与MgCl2的分离[1]。

2.2 浮选原理

在浮选工序利用浮选药剂对人造钾石盐进行浮选，因为KCl和NaCl的晶体表面具有不同程度被水润湿的性能，这种性能的差异是由于晶体表面和水分子结合力强弱所引起的。在一般情况下，这种差别对KCl和NaCl来说是不显著的；但当加入胺类药剂后，能改变KCl表面疏水性质，即增加KCl表面的疏水性(不易被水润湿的性能)。因此，这种被药剂处理后的KCl晶体和料浆中的空气微泡(又加入起泡剂并由浮选机吸入空气所形成)相遇时，它的表面水层迅速破裂，并和气泡紧密的结合，形成泡沫升到矿浆表面，之后将这些带有KCl矿粒的泡沫刮出就形成了粗钾。而NaCl由于润湿性强(即具有亲水性)不能附着于气泡，会留在矿浆底部。从而实现KCl与NaCl的分离。

3 工艺流程

3.1 工艺过程简述

该工艺主要分为两步：一是光卤石的分解结晶；二是分解结晶浆料的浮选。该工艺路线的过程是：用淡水与高镁母液配制的分解母液按一定配比，对光卤石矿控速分解，在MgCl2逐渐进入溶液中的同时，KCl不断结晶析出，然后用盐酸十八胺做捕收剂，二号油做起泡剂，对分解料浆进行浮选，精矿过滤后，用少量淡水进一步洗去NaCl，然后经离心干燥得到KCl产品。所得产品纯度可达93%以上，尾盐中的KCl含量一般小于3%。主要过程如下：

(1)分解结晶。从盐田采集的含钠光卤石经破碎后，由带式输送机送到分解结晶器中，在分解结晶器中，含钠光卤石在一定的分解条件下，逐步分解，因同离子效应，KCl会结晶析出，KCl在一定的过饱和度下，以达到减少KCl的晶体数量，而使KCl晶体粒度逐渐长大。

(2)浮选。分解结晶后的料浆在药剂调和槽内经浮选药剂的作用后进入浮选。浮选作业采用一次粗选、二次精选、一次扫选，二精泡沫产品自流至粗钾带滤机，过滤后固体就是粗钾产品(KCl≥70%)，滤液是高镁母液，高镁母液可以用来调节Ⅰ精、Ⅱ精浮选作业浓度，浮选机底流就是尾盐矿浆。

(3)洗涤、脱水。浮选后的粗钾料浆经过水平带机脱除高镁母液后，加淡水置换滤饼中夹带的母液，然后送至洗涤搅拌槽内，除去剩余的MgCl2和NaCl，再经过离心机脱水、转筒干燥器烘干后，就可以得到精钾(KCl≥93%)。

3.2 工艺流程框图(如图1)

图1 冷结晶—正浮选工艺流程框图Fig.1 Flow chart of cold crystallization-positive flotation process

4 工艺关键控制

(1)原矿质量控制。原矿质量的波动对于分解及浮选作业的影响很大，从而导致回收率和产品质量下降。经生产实践证明，当原矿中NaCl含量在15%以上时，会导致大量NaCl细晶夹藏于浮选泡沫中，使产品质量和收率明显下降。原矿质量与盐田晒制光卤石的工艺控制密切相关。

(2)分解结晶控制。冷结晶—正浮选工艺较冷分解—正浮选工艺最大不同点就是在浮选前的分解段，如图1虚线部分。冷结晶—正浮选工艺在此段是采用分解结晶器，含钠光卤石在分解结晶器中，分解效率较高，而且使析出的KCl晶体适当长大，并且粒度均匀，所以，在此段分解结晶控制要求较高，实际生产中，在保持进料稳定的同时，严格控制分解结晶器中母液的比重，一般控制比重在1.260±0.002左右。

冷分解—正浮选工艺在此段是用分解槽，对含钠光卤石仅仅起到分解作用，使得析出的KCl粒度范围较大，并且对于较大颗粒的光卤石分解不彻底，而且分解不完全的光卤石会随尾盐排出系统，使生产过程收率降低。

(3)浮选药剂控制。浮选过程中捕收剂的浓度、使用温度、添加量直接影响着浮选作业的收率和质量指标。经实践总结，正常情况下捕收剂的加入量应控制在600 g/t KCl左右，起泡剂加入量控制在300 g/t KCl左右[2]。药剂加入量太多会提高浮选能力，同时会将NaCl和杂质浮选起来，导致浮选效果下降，将严重影响产品质量，也是对浮选药剂的浪费；如果药剂量太少，会有大量的KCl随尾盐一起流失。

(4)关键控制指标。经过多年实践生产总结，冷结晶—正浮选工艺最优关键控制指标如表1。

表1 关键工序控制指标Tab.1 Key process control indicators %

5 结语

冷结晶—正浮选工艺是在传统的冷分解—正浮选工艺的基础上，经过多年的经验、总结、改进演变而来，工艺流程虽然较冷分解—正浮选工艺变化不大，但是从工艺优化程度、产品质量、产品粒度上都有较大进步，特别是使正浮选工艺的KCl收率提高了3%以上，综合而言，因工艺具有过程控制简单，投资较反浮选工艺低的特点，在察尔汗地区已逐渐取代了冷分解—正浮选法，应用范围在不断扩大。