СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АГЛОМЕРИРОВАННОГО ХЛОРИСТОГО КАЛИЯ Российский патент 2003 года по МПК C05D1/02 C01D3/04 

Изобретение относится к технологии переработки сильвинитов флотационным способом и способом растворения-кристаллизации. Может быть использовано на калийных и других горно-химических предприятиях, связанных с получением из руды неорганических солей и возникающих при этом мелкодисперсных и пылевых фракций продукции, ухудшающих физико-механические свойства товарного продукта.

Мелкодисперсные фракции (-0,25 мм) образуются в процессе добычи руды, ее дробления, классификации и последующих переделов, что приводит к увеличению их содержания после сушки до 30 и более процентов. При сушке в барабанных сушилках или печах "кипящего слоя" мелкодисперсная фракция выносится с дымовыми газами и при сухой очистке дымовых газов улавливается в циклонах.

Чтобы не снижать степень извлечения полезного компонента из руды, циклонную пыль смешивают с основным продуктом. Эта фракция является основным источником как пылимости и слеживаемости товарной продукции, так и ее пониженной текучести.

Основными видами борьбы с этими явлениями является обработка продукта после сушки пылеподавителями и антислеживателями.

Известен способ, где циклонная пыль после сушки поступает в шнековый смеситель, где происходит ее смешивание в шнековом смесителе с исходной сырой массой. Затем эта смесь поступает опять на сушку (патент США 3349500, 1967 г.).

Физико-механические свойства агломератов зависят от сил аутогезии, для возникновения которых недостаточно непосредственного контакта частиц, так как на их поверхности могут быть адсорбционные и окисные пленки, уменьшающие силы аутогезии. Поэтому необходимо высокоэффективное внешнее воздействие, не только гомогенизирующее шихту по грансоставу и влажности, но и образующее свежеобразованные (ювенильные) поверхности. Шнековый смеситель не может обеспечить ни одного из этих условий.

Известен способ гранулирования веществ с кристаллической и кристаллоподобной структурой, заключающейся в том, что исходный материал смешивают с минеральным веществом, реагирующим с водой с образованием нерастворимого в воде соединения и взятом в количестве, обеспечивающем образование микропленки на частичках материала, а затем агломерируют известным способом с добавлением гранулирующей жидкости. В качестве связующего используют гидроксид металлов 2 группы Периодической системы патент ФРГ 3209619, В 01 J 2/28, 1983 г.).

Известен способ получения гранулированных калийных удобрений путем грануляции мелкозернистой калийной соли в присутствии добавок. В качестве связующего вещества используют известь, жидкое стекло, фосфаты натрия и кальция, хлористые и сернокислые соли меди, железа, цинка, алюминия или (и) высокомолекулярные органические соединения, например карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, крахмал, соли гуминовых кислот, мочевиноформальдегидную смолу, сульфитнобардяной концентрат (СССР А.С. 648555, С 05 D 1/04; В 01 J 2/28, 1979 г.).

В перечисленных выше способах, а также многих других подобных используется только химический способ улучшения качества KCl. Однако для грубодисперсной многофазной системы, каковой является шихта перед сушкой, применение только химических методов недостаточно. Основные реологические свойства, характеризующие товарный КСl, могут изменяться на один или несколько порядков только под воздействием механических факторов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения гранулированного КСl, включающий предварительное смешение сухого мелкокристаллического КСl с 0,5-10% расчетного количества сульфитно-дрожжевой бражки, взятой в виде 0,5-5,0%-ного раствора в двухвальном шнековом смесителе. При этом влажность полученной смеси должна составлять 1,0-5,0%. На второй стадии увлажненный материал подают в барабанный или тарельчатый гранулятор, где происходит его смешение со оставшимся количеством сульфитно-дрожжевой бражки, имеющей концентрацию 10,0-30,0% и подаваемой при помощи форсунки, и смесь гранулируют. Полученные гранулы сушат в сушильном барабане при 200-300^oС и классифицируют по размерам. Товарную фракцию направляют на склад, а крупные и мелкие гранулы возвращают в производственный цикл (СССР А.С. 1068409 А, С 05 D 1/02; В 01 J 2/28, 1984 г., прототип).

Данный способ обладает теми же недостатками, что и перечисленные выше - некачественное смешение хлористого калия со связующей жидкостью, особенно при подаче основного ее количества форсункой в гранулятор, пористая структура гранул, ретур некондиционных фракций (до 30%).

Целью предлагаемого способа является получение из мелкодисперсного флотоконцентрата и циклонной пыли агломерированного хлористого калия с заданными физико-механическими свойствами - отсутствием пылимости, слеживаемости, высокой текучестью и сохранение этих свойств в течение длительного времени, позволяющими его транспортировку (особенно морским транспортом), хранение на складе и использование потребителем в незатаренном виде. Полностью отпадает потребность в обработке антислеживателями, а количество пылеподавителя уменьшается на порядок.

В отличие от сплошных твердых тел прочность дисперсных пористых структур, к которым относятся агломераты, определяется не столько прочностью материала частиц, сколько прочностью контактов между ними. Эта прочность Р_с аддитивно складывается из прочности отдельных контактов (Щукин Е.Д., Кинетика и катализ, т. 6, 4, 1965 г.) в первом приближении Р_C=р₁•с, где р₁ - среднее значение прочности индивидуальных контактов (сила сцепления между частицами);
с - число контактов на единицу поверхности разрушения.

Первая из этих величин р₁ отражает физико-химическую природу взаимодействия частиц между собой, тогда как вторая (х) - структуру системы, определяемую прежде всего размером частиц r и плотностью их упаковки.

Из практики работы с дисперсными материалами известно, что с увеличением их удельной поверхности в целом имеет место тенденция к увеличению их прочности. Однако в зависимости от характера распределения частиц по размерам и их соотношения могут быть заметные отклонения от этой закономерности.

Отсюда следует, что сформировать оптимальную структуру агломерата можно только при определенном соотношении крупных и мелких частиц в исходной шихте. Работой (Кувшинников И.М., Ж. Хим. пром. 10, 1994, стр.43-49) было показано, что оптимальное количество пылевых фракций КСl при агломерации должно составлять ~20-30%.

Поставленная задача достигается способом получения агломерированного хлористого калия из мелкодисперсного калия, включающим введение во влажный концентрат реагента, способствующего агломерации, смешивание шихты и ее сушку в сушильном аппарате. В качестве влажного концентрата используют хлористый калий, образующийся при переработке сильвинитовой руды. Во влажный концентрат вводят циклонную пыль, уловленную на стадии сухой очистки дымовых газов сушильного аппарата, перед сушкой шихту пропускают через турболопастной смеситель - гранулятор для гомогенизации шихты по грансоставу, влажности, механоактивации частичек хлористого калия с получением гранул, последние подают в виброформователь для уплотнения и окатывания гранул.

В качестве агломерирующего реагента вводят неорганические вещества, вступающие в реакцию с хлористым калием с образованием двойных солей, обладающих меньшей гигроскопичностью, чем хлористый калий.

Горячая сухая циклонная пыль является не только "строительным материалом" для агломератов, но и снимает поверхностную влагу с частичек и служит "абразивом" для образования ювенильных поверхностей.

Использование в качестве смесителя высокоскоростного турболопастного смесителя - гранулятора с высоким и равномерным энергетическим полем позволяет не только провести эффективную гомогенизацию по гранулометрическому составу и влажности, но и получить ювенильные (механоактивированные) поверхности, обеспечивающие более полное сцепление частичек между собой (силы когезии).

В качестве реагентов, способствующих агломерации, вводятся фосфаты и сульфаты натрия и аммония. Использование неорганических добавок, образующих с КСl химические соединения (двойные соли) с меньшей гигроскопичностью, чем KCl, существенно меняют свойства агломератов, снижая скорость водопоглощения и увеличивая их плотность и, следовательно, прочность. Раствор реагента вводится в шихту на стадии гомогенизации. Наличие в приповерхностном слое частиц КСl веществ с меньшей гигроскопичностью снижает скорость диффузии влаги, уменьшая гигроскопичность и слеживаемость.

С увеличением плотности структуры агломерата резко увеличивается его прочность, что объясняется увеличением площади контакта и молекулярных сил взаимодействия. Уплотнение - завершающая стадия формирования структуры агломерата (до его затвердения при сушке и образования кристаллизационных связей между частичками).

Уплотнение и окатывание агломератов производится при помощи вибрации с заданной частотой и амплитудой на виброформователе, обеспечивающем благодаря заданной поверхности высоту слоя гранул.

Далее предварительно сагломерированный продукт направляется на сушку в сушильный аппарат, где в результате кристаллизации пропитывающего раствора между частичками, образующими агломерат, возникают кристалличестические мостики.

Пример осуществления способа.

В 910 кг флотоконцентрата с влажностью 5% добавляем 123 кг горячей сухой циклонной пыли и 25,5 кг 20%-ного раствора аммофоса (из расчета 5% основного вещества на 1 т абсолютно сухого КСl). Эта шихта пропускается через турболопастной смеситель-гранулятор и гранулы попадают на виброформователь, где происходит их уплотнение и окатывание. После этого гранулы подаются в сушильный аппарат, где испаряется 58,9 кг воды и выходит 1000 кг KCl с влажностью 0,5%.

Основные физические свойства агломерированного хлористого калия, полученного с добавлением NH₄H₂PO₄ и NaH₂PO₄, приведены в таблице.

Как видно из таблицы, плотность и пористость агломерированного КСl при прочих равных условиях приближается к значениям монокристалла, что сказывается на его скорости водопоглощения. Уменьшение гигроскопичности продукции - один из основных факторов сохранения физико-механических свойств в течение длительного времени.

Изобретение предназначено для получения агломерированного КСl. Способ получения агломерированного хлористого калия из мелкодисперсного хлористого калия включает введение во влажный концентрат реагента, способствующего агломерации, смешивание шихты и ее сушку в сушильном аппарате. В качестве влажного концентрата используют хлористый калий, образующийся при переработке сильвинитовой руды. Во влажный концентрат вводят циклонную пыль, уловленную на стадии сухой очистки дымовых газов сушильного аппарата, перед сушкой шихту пропускают через турболопастной смеситель-гранулятор для гомогенизации шихты по грансоставу, влажности, механоактивации частичек хлористого калия с получением гранул, последние подают в виброформователь для уплотнения и окатывания гранул. Изобретение позволяет получать агломерированный КСl с заданными свойствами. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения агломерированного хлористого калия из мелкодисперсного хлористого калия, включающий введение во влажный концентрат реагента, способствующего агломерации, смешивание шихты и ее сушку в сушильном аппарате, отличающийся тем, что в качестве влажного концентрата используют хлористый калий, образующийся при переработке сильвинитовой руды, во влажный концентрат вводят циклонную пыль, уловленную на стадии сухой очистки дымовых газов сушильного аппарата, перед сушкой шихту пропускают через турболопастной смеситель-гранулятор для гомогенизации шихты по грансоставу, влажности, механоактивации частичек хлористого калия с получением гранул, последние подают в виброформователь для уплотнения и окатывания гранул. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве агломерирующего реагента вводят неорганические вещества, вступающие в реакцию с хлористым калием с образованием двойных солей, обладающих меньшей гигроскопичностью, чем хлористый калий.