Dezvoltarea industriei potasei este legată de nevoile agriculturii, care utilizează aproximativ 90 % potasiu ca îngrășământ. De asemenea, acest element este utilizat în diverse industrii — textilă, sticlărie, chimică, farmaceutică, celuloză și hârtie și altele.
04.12.2019 Rubrica: Minerit și materii prime chimice Autor: Paxey
În acest articol:
Conținut
Caracteristici ale minereurilor și mineralelor de potasă
Dezvoltarea industriei potasei este asociată cu nevoile agriculturii, care utilizează aproximativ 90% din potasiu sub formă de îngrășăminte. Acest element este, de asemenea, utilizat în diverse industrii — textilă, sticlărie, chimică, farmaceutică, celuloză și hârtie și altele. Acesta este motivul pentru dezvoltarea rapidă a industriei potasei în Rusia, SUA, Canada, Germania, Regatul Unit și alte țări.
La îmbogățirea sărurilor hidrosolubile de potasiu, trebuie să avem de-a face cu numeroase minerale, atât cele conținute în minereuri, cât și cele care apar în soluțiile saline în timpul îmbogățirii acestor minereuri. Minereurile clorurate conțin silvin și halit, minereurile mixte conțin minerale sulfatice (langbeinit, polihalit, kainit, kieserit). În procesele de îmbogățire se formează minerale precum leonita și shenita.
În plus față de aceste minerale, aproape toate minereurile conțin cantități mici de anhidrit și impurități fine insolubile în apă de silicați și carbonați subțiri.
Compoziția fazei lichide are o influență foarte importantă asupra interacțiunii reactivilor cu mineralele și asupra vâscozității mediului.
Îmbogățirea minereurilor potasice depinde foarte mult de conținutul și compoziția impurităților argiloase prezente în acestea.
Zăcămintele de minereu potasic sunt de două tipuri: fără sulfat și sulfat. Zăcămintele fără sulfat sunt mult mai răspândite decât cele cu sulfat. Principalele rezerve sunt concentrate în Canada, în zăcământul Verkhnekamskoe (în Urali), Belarus și Ucraina. Silvinita și carnalita apar sub formă de straturi groase. Conținutul de KCl în silvinita extrasă variază de la 23 la 30 %, iar reziduurile insolubile — de la 0,5 la 3 %. Aceste roci, în special rocile de carnalită, conțin și brom și unele oligoelemente.
Metode de prelucrare și valorificare a minereului de potasiu
Minereurile potasice se caracterizează prin duritate scăzută și fragilitate semnificativă, ceea ce le face ușor de zdrobit.
Pentru măcinarea uscată, se utilizează concasoare cu ciocane și concasoare rotative cu impact. Măcinarea umedă se realizează în mori cu tijă. Utilizarea autofărâmițării minereurilor potasice asigură o productivitate și o selectivitate ridicate, cu o bună deschidere a concrețiunilor și o suprafărâmițare minimă. În industria potasei se utilizează hidrocicloane și sită cu arc pentru a clasifica materialul în funcție de dimensiune.
A fost demonstrată posibilitatea de a zdrobi minereurile de silvinită prin metoda termică. La încălzirea minereului de silvinit cu cristale mari până la 300-400 °С, până la 5-4 mm de rocă de halit este distrusă, în timp ce piesele de silvinit bogate în clorură de potasiu rămân intacte. Produsul bogat în clorură de potasiu poate fi separat prin cernere ulterioară. Măcinarea predominantă a halitei în timpul încălzirii se datorează prezenței în ea a microinclusiunilor de saramură și gaze. Distrugerea termică a minereurilor potasice poate fi promițătoare în combinație cu îmbogățirea lor electrostatică, care necesită încălzirea preliminară a minereului până la 400-500 °C.
În principiu, există două metode industriale de producție a potasei: flotarea și halurgia.
Metoda halurgică constă în levigarea clorurii de potasiu, de exemplu, din silvinit, cu o licoare reciclată la cald, cu îndepărtarea halitului nedizolvat la groapa de gunoi. Lichiorul fierbinte puternic rezultat este sedimentat pentru separarea sării și a nămolului de argilă. Cristalizarea clorurii de potasiu se realizează din lichiorul fierbinte clarificat. Cristalele obținute sunt separate de licoarea mamă răcită, uscate, uneori granulate și eliberate ca produs finit. După încălzire, licoarea-mamă este reîntoarsă la levigatul inițial al clorurii de potasiu.
Experiența internațională arată că, la prelucrarea silvinitelor cu un conținut scăzut de reziduuri insolubile, este mai bine să se utilizeze metoda de flotare cu extracția clorurii de potasiu din reziduuri, nămol și praf prin metoda halurgică. Pentru prelucrarea minereurilor cu compoziție complexă și a silvinitelor cu un conținut ridicat de reziduuri insolubile și saramuri, se utilizează metoda halurgică.
În prezent, cea mai mare parte a potasiului este valorificată prin flotare, în ciuda rolului progresiv al metodei halurgice.
Deznisiparea suspensiei înainte de flotare este o operațiune obligatorie. Suspensiile subțiri absorb colectorul cationic și împiedică flotarea particulelor mari. Predezlipirea temeinică a minereurilor este mult mai favorabilă decât controlul ulterior al suspensiei (cu ajutorul reactivilor-peptizori și al altor metode).
Deslimitarea mecanică se realizează în clasificatoare, hidro-separatoare și hidrocicloane. Pentru o conversie mai completă a impurităților de argilă în suspensii după măcinarea minereurilor, uneori se aplică o spălare suplimentară. Desliminarea mecanică se realizează de obicei în mai multe etape. De asemenea, pentru a doua etapă de desliminare se utilizează agenți de îngroșare. S-a stabilit oportunitatea aplicării dispersanților (peptizanților), cum ar fi hexametafosfatul sau fosfatul trisodic de sodiu, sintanul etc. la desliminarea mecanică.
Deslimitarea prin flotare a minereurilor înainte de flotare asigură o îndepărtare mai completă a suspensiei. Regulatorii organici de flotare (de exemplu, poliacrilamida) îmbunătățesc flotarea nămolurilor argiloase având un efect floculant asupra acestora. Aminele sunt utilizate ca colectori. Odată cu creșterea gradului de oxi-etilare a aminelor (precum și a alcoolilor) crește efectul lor colector asupra suspensiilor argiloase. Deoarece există întotdeauna anumite cantități reziduale de colectori în masterbatch-ul reciclat, în fabrici se adaugă de obicei numai poliacrilat la flotarea suspensiilor. Flotarea suspensiilor se realizează mai bine în mașini de flotare de tip pneumatic (cu coloană și alte mașini).
Pentru flotarea silvinei la concentratoarele interne se utilizează amine alifatice. Aminele în flotarea sărurilor îndeplinesc funcțiile de colector și agent de spumare. Mai activ este considerat un amestec de amine cu C16 și C18 în raport de 1:1. Proprietățile de flotare ale colectorilor cationici pot fi îmbunătățite semnificativ prin adăugarea altor agenți tensioactivi, în special alcooli. La flotarea cu colectori cationici, este, de asemenea, important să se mențină un pH optim al soluției. Într-un mediu alcalin, efectul aminelor este slăbit.
Sărurile solubile pot fi, de asemenea, flotate de colectori anionici. Aceștia sunt utilizați în flotarea mineralelor de potasiu-magneziu cu acid sulfuric mai degrabă decât silvinul. Pentru toate mineralele flotabilitatea maximă este la pH 7. Activitatea de flotație a acizilor grași și a săpunurilor lor în flotația sărurilor poate fi crescută prin adăugarea altor agenți tensioactivi care asigură dispersia micelilor colectorului, ceea ce duce la activarea flotării.
Colectorii apolari sunt utilizați pentru a crește limita superioară a dimensiunii mineralelor de flotare. Aceștia sunt, de asemenea, utilizați pentru a îmbunătăți deslimitarea prin flotare a minereurilor de silvinită.
La flotarea cu colectori cationici a minereurilor de silvinită-carnalită, sulfura de sodiu suprimă selectiv flotarea carnalitei. Sărurile acidului fosforic (de exemplu, hexametafosfatul de sodiu) suprimă flotarea kainitei fără a afecta silvinita.
În cazul aplicării colectorilor anionici, sărurile de magneziu suprimă flotarea kieseritei, iar sărurile de calciu și magneziu suprimă flotarea anhidritei. În acest caz, se aplică regula: reactivii care reduc solubilitatea sării, inhibă flotarea acesteia.
Încălzirea preliminară a minereului la o anumită temperatură determină încărcarea electrică selectivă a silvinului și halitului. În același timp, particulele subțiri de sare se sinterizează și particulele de argilă se granulează, ceea ce reduce contaminarea de către acestea a suprafeței granulelor de sare. Acest lucru elimină necesitatea argilării preliminare a minereului. Cu toate acestea, metoda de îmbogățire electrică nu a găsit încă aplicații industriale.
Posibilitatea îmbogățirii eficiente a minereurilor potasice prin metode gravitaționale se datorează a doi factori: diferența de densitate dintre halit și silvin și fenocristurile relativ mari ale acestuia din urmă, ceea ce permite obținerea unei dezvăluiri suficient de complete a agregatelor la măcinarea grosieră a minereului; s-a demonstrat posibilitatea principală de îmbogățire a acestuia în suspensii grele. În Franța, la prelucrarea minereurilor din zăcământul Alsacia, îmbogățirea în suspensii grele este supusă clasei de grosime de la 30 la 4 mm, iar fracțiunea mai fină de 4 mm și produsul intermediar sunt îmbogățite prin flotare. Dezavantajele acestei metode de îmbogățire sunt concentratele mai slabe și o anumită reducere a recuperării potasiului.
Scheme tehnologice pentru îmbogățirea și prelucrarea minereurilor potasice
Pentru flotarea minereurilor cu incluziuni relativ subțiri de minerale potasice (până la 0,5-1 mm), se utilizează scheme de flotare cu granulație fină (fig. 7.9). Dacă minereul conține mai multe minerale utile, acestea sunt de obicei flotate conform schemei de flotare selectivă directă (de exemplu, la flotarea minereului de silvinită-carnalită, se separă mai întâi concentratul de silvinită, apoi concentratul de carnalită) (fig. 7.10). Concentratul cu granulație fină trebuie supus procesului de granulare.
Schema tehnologică de îmbogățire a minereului de silvinită la zăcământul Bereznikovskoye este prezentată în Fig. 7.11. 7.11.
Datorită necesității dezvoltării industriale a minereurilor de silvinită care conțin cantități mari de zguri argiloase, au început să se utilizeze scheme combinate, în care procesele de dizolvare și cristalizare sunt adăugate la schema de flotare (fig. 7.12). Reziduurile de la flotarea grosieră, granulele fine și praful de la uscarea concentratului sunt supuse procesului de dizolvare. Uneori, fracțiunile fine de minereu care conțin cantități mari de material argilos și unele produse industriale sunt, de asemenea, supuse dizolvării. Aplicarea schemelor combinate face posibilă creșterea semnificativă (cu 5-10 %) a recuperării potasiului și reducerea conținutului de particule fine din concentrat.
Extracția potasiului în scheme combinate prin dizolvare și cristalizare se bazează pe solubilitatea mai bună a silvinului în comparație cu halitul în apă încălzită. La 80-110 °C, halitul este practic insolubil și este eliminat în groapa de gunoi după deshidratare și spălare. Clorura de potasiu se cristalizează din soluții saturate în cristalizatoare sub vid: datorită evaporării rapide a apei, temperatura lichidului scade, solubilitatea clorurii de potasiu scade și aceasta precipită. Grosimea cristalelor obținute poate ajunge la 3 mm cu un timp suficient de cristalizare.
În procesul de valorificare a potasei, toate schemele tehnologice sunt concepute pentru a menține un echilibru hidric constant și optim.
