СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КАЛИЙСОДЕРЖАЩИХ РУД Российский патент 2015 года по МПК C01D3/08 B03C7/00 B03C7/12 

Изобретение относится к области химии и может быть использовано при получении хлористого калия из сильвинитовых руд.

Широко известны способы электростатического обогащения сырых калийных солей, включающие их измельчение до размера частиц менее 1,5 мм и кондиционирование реагентами измельченного материала, посредством которого улучшается трибоэлектрическая зарядка частиц материала, обработку его воздухом с относительной влажностью 4-30%, разделение в две стадии измельченного материала между противоположно заряженными электродами в сепараторе свободного падения при температуре 62-20°C на ценные компоненты, промежуточный продукт и остаток с последующим выделением калийной соли в виде целевого продукта. См., например, патент ФРГ №PS 3127946, кл. B03C 7/12, B03C 1/04, публ. 83.01.27, Бюл. №4; патент СССР №1055321, кл. B03C 7/02, публ. 15.11.83, Бюл. №42.

Известные способы отличаются сложностью из-за использования осушенного воздуха, двухстадийности процесса электросепарации, направлены на электростатическое обогащение калийсодержащих карналлитовых руд и не приводят технических решений по получению хлористого калия из сильвинитовых руд.

Известен способ переработки калийной руды, включающий измельчение руды, термическую обработку, трибоэлектризацию и электростатическую сепарацию с получением концентрата и хвостов. При этом термическую обработку руды ведут при температуре 280-300°C до степени дегидратации полигалита не менее 50% - см. а.с. №1375345, кл. B03C 7/00, публ. 23.02.88, Бюл. №7.

Известный способ, хотя не предусматривает осушки воздуха и многоступенчатости электростатического обогащения, но также не предполагает получение хлористого калия и требует применения высоких температур для нагрева измельченного материала.

Известен способ переработки калийсодержащих руд, включающий выщелачивание дробленой руды раствором горячего ненасыщенного щелока, отделение галитовых отходов из раствора насыщенного щелока фильтрацией, направление раствора насыщенного щелока, содержащего солевой и глинистый шламы, на осветление в две стадии в отстойниках с отделением на первой стадии пульпы солевого шлама, возвращаемого в растворительные аппараты, а на второй - глинистого шлама, содержащего солевой шлам, противоточную промывку глинисто-солевого шлама, охлаждение осветленного раствора насыщенного щелока вакуум-кристаллизацией с выделением хлористого калия. При этом противоточную промывку глинисто-солевого шлама ведут в две стадии: на первой стадии нагретым раствором ненасыщенного щелока, взятым в количестве, необходимом для растворения солей шлама, с подачей промывных вод на выщелачивание руды, на второй - с подачей осветленных промывных вод на вакуум-кристаллизацию хлористого калия, а промытый водой шлам отделяют - прототип: см. патент РФ №2414423, кл. С01D 3/08, публ. 20.03.2011, Бюл. №8.

Недостатком известного способа является образование большого количества влажных галитовых отходов - до 3 т на 1 т целевого продукта, утилизация или захоронение которых вызывает большие технические и экологические трудности.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса за счет существенного сокращения объема влажных галитовых отвалов, образующихся при выщелачивании руды, и получение вместо отходов производства, загрязняющих окружающую среду хлоридами, попутной поваренной соли с одновременным получением высококачественного хлористого калия.

Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа переработки калийсодержащих руд, включающего дробление руды, выщелачивание руды раствором горячего ненасыщенного щелока, отделение галитовых отходов от раствора насыщенного щелока фильтрацией, направление раствора насыщенного щелока, содержащего солевой и глинистый шламы, на осветление в две стадии в отстойниках с отделением на первой стадии пульпы солевого шлама, возвращаемого в растворительные аппараты, а на второй - глинистого шлама, содержащего солевой шлам, охлаждение осветленного раствора насыщенного щелока вакуум-кристаллизацией с выделением хлористого калия и противоточную промывку глинисто-солевого шлама с его отделением, по предлагаемому способу калийсодержащие руды дробят до размера частиц менее 3 мм, нагревают до температуры 90-120°C с одновременным обеспыливанием руды по классу 100-200 микрон, заряжают трибоэлектрически с применением синтетических реагентов в качестве кондиционирующего средства, после чего разделяют в электрическом поле сепаратора свободного падения с образованием галита и концентрата хлористого калия, направляемого совместно с пылевыми фракциями руды на выщелачивание хлористого калия горячим щелоком.

Сущность способа как технического решения заключается в следующем.

В отличие от известного способа переработки калийсодержащих руд, включающего дробление руды, выщелачивание руды раствором горячего ненасыщенного щелока, отделение галитовых отходов от раствора насыщенного щелока фильтрацией, направление раствора насыщенного щелока, содержащего солевой и глинистый шламы, на осветление в две стадии в отстойниках с отделением на первой стадии пульпы солевого шлама, возвращаемого в растворительные аппараты, а на второй - глинистого шлама, содержащего солевой шлам, охлаждение осветленного раствора насыщенного щелока вакуум-кристаллизацией с выделением хлористого калия и противоточную промывку глинисто-солевого шлама с его отделением, по предлагаемому способу калийсодержащие руды дробят до размера частиц менее 3 мм, нагревают до температуры 90-120°C с одновременным обеспыливанием руды по классу 100-200 микрон, заряжают трибоэлектрически с применением синтетических реагентов в качестве кондиционирующего средства, после чего разделяют в электрическом поле сепаратора свободного падения с образованием галита и концентрата хлористого калия, направляемого совместно с пылевыми фракциями руды на выщелачивание хлористого калия горячим щелоком.

Известный способ позволяет получить хлористый калий высокого качества из сильвинитовых руд, однако при его осуществлении образуется большое количество влажного галитового отвала, который сбрасывается на терриконы либо частично направляется на гидрозакладку в выработанные шахтные пространства. В условиях Урала и Белоруссии, где расположены калийные предприятия СНГ, осадков выпадает до 500 мм в год на 1 м², галитовые отвалы растворяются и рассолы загрязняют окружающую среду.

Предлагаемый способ позволяет устранить эти недостатки для галургического производства хлористого калия путем выделения галитового отвала из руды до ее галургической переработки с применением электростатического обогащения сильвинитовой руды с выпуском попутной товарной продукции - поваренной соли.

По предлагаемому способу в отличие от известного способа, где руду дробят до размера частиц менее 10 мм, руду измельчают по классу менее 2-3 мм. Опыты показали, что при электростатическом обогащении сильвинитовой руды в электрическом поле сепаратора свободного падения с вращающимися трубчатыми электродами с применением в качестве известного реагента, например салициловой кислоты как кондиционирующего средства, в качестве побочного продукта из руды фракции менее 3 мм образуется галит с содержанием KCl 2,9-3,1%, а из руды фракции менее 2 мм - галит с содержанием KCl 2,5-2,9% в зависимости от состава исходной сильвинитовой руды.

Опыты также показали, что при работе электросепаратора свободного падения под напряжением ~100 кВ необходимо на него подавать трибозаряженную сильвинитовую руду, обеспыленную по классу 100-200 микрон, в противном случае сепаратор из-за налипания пыли на трубчатые электроды, снабженные механическими очистителями (щетками), выходил из строя и необходимо было проводить его очистку.

Применение сухого метода измельчения сильвинитовой руды Верхнекамского месторождения показало, что при измельчении руды по классу 3 мм доля пылевых фракций менее 200 микрон не превышает 12%, в то время как при измельчении руды по классу 2 мм она достигает 15%.

По предлагаемому способу измельченную по классу менее 3 мм руду нагревают до температуры 90-120°C, например, в аппарате «кипящего» слоя, с одновременным обеспыливанием руды по классу 100-200 микрон в зависимости от скорости газов в «кипящем» слое аппарата. Практика показала, что повышение температуры до этих значений позволяет равномерно по частицам распределить реагенты, усиливающие трибозарядку частиц и повысить селективность разделения минералов.

В таблице 1 приведено содержание в галите хлористого калия при расходе салициловой кислоты 200 г/т для трибозарядки обеспыленной руды по классу - 0,15 мм и измельченной до фракции менее 2 мм в зависимости от температуры нагрева.

Таблица 1 №№ пп Температура материала, °C Содержание KCl в галите, % 1 90 3,1 2 105 2,8 3 120 2,4

Из приведенных данных видно, что обеспыливание сильвинитовой руды и ее нагрев являются важным фактором в эффективности электростатического обогащения сильвинитовой руды.

Повышение температуры более 120°C нецелесообразно, так как наблюдается термическое разрушение кристаллов руды, которое приведет к увеличению выноса пылевых фракций, которые не поступают на электростатическое обогащение, а снижение температуры приведет к уменьшению степени извлечения KCl из руды в товарный продукт и к загрязнению галита хлористым калием, что затрудняет его реализацию.

После электростатического обогащения сильвинитовой руды полученный концентрат хлористого калия совместно с выделенными пылевыми фракциями руды подвергают выщелачиванию раствором горячего ненасыщенного щелока с отделением галитовых отходов от раствора насыщенного щелока фильтрацией. Направляют раствор насыщенного щелока, содержащий солевой и глинистый шламы, на осветление в две стадии в отстойниках с отделением на первой стадии пульпы солевого шлама, возвращаемого в растворительные аппараты, а на второй - глинистого шлама, содержащего солевой шлам. Охлаждение осветленного раствора насыщенного щелока ведут вакуум-кристаллизацией с выделением хлористого калия. Противоточную промывку глинисто-солевого шлама, как правило, ведут в две стадии: на первой - нагретым раствором ненасыщенного щелока, взятым в количестве, необходимом для растворения солей шлама с подачей промывных вод на выщелачивание руды, а на второй - водой с подачей осветленных промывных вод на вакуум-кристаллизацию хлористого калия. Промытый водой шлам отделяют, например в сгустителях.

В результате осуществления способа получают кондиционный хлористый калий с содержанием KCl более 98% и сухую обеспыленную техническую соль, отвечающую требованиям нормативной документации. Следует также отметить, что растворение горячего концентрата хлористого калия совместно с пылевыми фракциями руды позволяет в два раза увеличить скорость растворения сильвина и, следовательно, использовать растворители меньшего размера, а также более чем в 2 раза сократить объем влажных галитовых отходов производства.

Таким образом, при осуществлении процесса по предлагаемому способу решается поставленная задача: получить хлористый калий высокого качества из сильвинитовых руд, упростить процесс за счет существенного сокращения объема влажных галитовых отвалов, образующихся при выщелачивании руды, и получить вместо отходов производства, загрязняющих окружающую среду, попутную поваренную соль.

Способ осуществляли следующим образом.

Сильвинитовые калийсодержащие руды дробили до размера частиц 2-3 мм, нагревали до температуры 90-120°C с одновременным обеспыливанием руды по классу 100-200 микрон, например в аппарате «кипящего» слоя, заряжали трибоэлектрически в вибросмесителе с применением синтетических реагентов в качестве кондиционирующего средства, например салициловой кислоты, после чего разделяли в электрическом поле сепаратора свободного падения с вращающимися трубчатыми электродами с образованием галита и концентрата хлористого калия, направляемого совместно с пылевыми фракциями руды на выщелачивание хлористого калия горячим щелоком. Выщелачивание сильвина из концентрата и пыли проводили в шнековом растворителе раствором горячего ненасыщенного щелока при 98-100°C с отделением галитовых отходов от раствора насыщенного щелока фильтрацией. Раствор насыщенного щелока, содержащий солевой и глинистый шламы, подавали на осветление в две стадии в отстойники с отделением на первой стадии пульпы солевого шлама, возвращаемого в растворительные аппараты, а на второй - глинистого шлама, содержащего солевой шлам. Охлаждение осветленного раствора насыщенного щелока осуществляли вакуум-кристаллизацией до температуры 30-35°C с выделением хлористого калия сгущением и фильтрацией. Противоточную промывку глинисто-солевого шлама проводили в две стадии: на первой стадии - нагретым раствором ненасыщенного щелока, взятым в количестве, необходимом для растворения солей шлама с подачей промывных вод на выщелачивание руды, а на второй - водой с подачей осветленных промывных вод на вакуум-кристаллизацию хлористого калия, а промытый водой шлам отделяли. Получили стандартный хлористый калий с содержанием KCl 98,2% и обеспыленную техническую соль, отвечающую требованиям нормативной документации на этот продукт.

Примеры осуществления способа

Пример 1

Сильвинитовую калийную руду Верхнекамского месторождения состава: KCl - 23,80%, NaCl - 71,75%, MgCl₂ - 0,25%, CaSO₄ - 2,00%, нерастворимые соединения - 1,80%, H₂O - 0,40% в количестве 500 т/ч измельчали по классу менее 3 мм, нагревали до температуры 110°C в аппарате «кипящего» слоя с обеспыливанием руды по классу менее 0,2 мм с улавливанием пыли в системе пылегазоочистки в количестве 11,3% от расхода руды, то есть 56,5 т/ч.

Трибозарядку горячих частиц руды осуществляли салициловой кислотой в вибросмесителе при расходе кислоты 200 г/т обеспыленной руды. Электростатическое обогащение проводили на электросепараторе свободного падения с вращающимися трубчатыми электродами при напряжении 100 кВ и непрерывной очисткой электродов щетками от пыли. Полученный концентрат хлористого калия - 243,29 т/ч с содержанием KCl 41,81%, и пылевые фракции руды с содержанием KCl 21% подали на выщелачивание сильвина в шнековые растворители раствором горячего ненасыщенного щелока при температуре 100°C с отделением фильтрацией на вакуум-фильтре 199,24 т/ч галитового отвала с содержанием KCl 2,06%.

Раствор насыщенного щелока, содержащий солевой и глинистый шламы, подали на осветление в две стадии в отстойники с отделением на первой стадии пульпы солевого шлама, возвращаемого в растворительные аппараты, а на второй - глинистого шлама, содержащего солевой шлам. Охлаждение осветленного раствора насыщенного щелока осуществляли вакуум-кристаллизацией с выделением хлористого калия сгущением и фильтрацией. Противоточную промывку глинисто-солевого шлама проводили в две стадии: на первой стадии нагретым раствором ненасыщенного щелока, взятым в количестве, необходимом для растворения солей шлама, с подачей промывных вод на выщелачивание руды, а на второй - водой с подачей осветленных промывных вод на вакуум-кристаллизацию хлористого калия, а промытый водой шлам отделяли.

Получили 110,82 т/ч хлористого калия с содержанием KCl 98% с выходом полезного вещества из руды в целевой продукт 91,5%, галит - сухую поваренную соль, обеспыленную по классу менее 0,2 мм, с содержанием NaCl - 93,72%, в количестве 199,06 т/ч, что соответствует нормативной документации на соль поваренную техническую с потерями KCl на этом переделе 4,52%, и сырые галитовые отходы со шламами в количестве 206,65 т/ч с потерями KCl на этом переделе 3,60%.

Таким образом, доля галитовых отходов с применением электростатического обогащения сильвинитовой руды сократилась вдвое по сравнению с прототипом для приведенного состава руды.

Пример 2

Способ осуществляли в соответствии с примером 1, но измельчение руды проводилось по классу менее 2 мм, обеспыливание по классу 100 микрон, при этом получили галит с содержанием NaCl - 94,3%.

Изобретение может быть использовано при получении хлористого калия из сильвинитовых руд. Способ переработки калийсодержащих руд включает дробление руды, выщелачивание руды раствором горячего ненасыщенного щелока, отделение галитовых отходов от раствора насыщенного щелока фильтрацией. Руду дробят до размера частиц менее 3 мм, нагревают до температуры 90-120°C с одновременным обеспыливанием руды по классу 100-200 микрон. Затем заряжают трибоэлектрически с применением синтетических реагентов в качестве кондиционирующего средства, после чего разделяют в электрическом поле сепаратора свободного падения с образованием галита и концентрата хлористого калия. Концентрат хлористого калия направляют совместно с пылевыми фракциями руды на выщелачивание хлористого калия горячим щелоком. Раствор насыщенного щелока, содержащий солевой и глинистый шламы, направляют на осветление в две стадии в отстойниках. На первой стадии отделяют пульпу солевого шлама, возвращаемого в растворительные аппараты. На второй стадии отделяют глинистый шлам, содержащий солевой шлам. Охлаждают осветленный раствор насыщенного щелока вакуум-кристаллизацией с выделением хлористого калия. Проводят противоточную промывку глинисто-солевого шлама с его отделением. Изобретение позволяет сократить количество галитовых отходов с получением поваренной соли и высококачественного хлористого калия. 1 табл., 2 пр.

Способ переработки калийсодержащих руд, включающий дробление руды, выщелачивание руды раствором горячего ненасыщенного щелока, отделение галитовых отходов от раствора насыщенного щелока фильтрацией, направление раствора насыщенного щелока, содержащего солевой и глинистый шламы, на осветление в две стадии в отстойниках с отделением на первой стадии пульпы солевого шлама, возвращаемого в растворительные аппараты, а на второй - глинистого шлама, содержащего солевой шлам, охлаждение осветленного раствора насыщенного щелока вакуум-кристаллизацией с выделением хлористого калия и противоточную промывку глинисто-солевого шлама с его отделением, отличающийся тем, что калийсодержащие руды дробят до размера частиц менее 3 мм, нагревают до температуры 90-120°C с одновременным обеспыливанием руды по классу 100-200 микрон, заряжают трибоэлектрически с применением синтетических реагентов в качестве кондиционирующего средства, после чего разделяют в электрическом поле сепаратора свободного падения с образованием галита и концентрата хлористого калия, направляемого совместно с пылевыми фракциями руды на выщелачивание хлористого калия горячим щелоком.