國外某原生鉀石鹽礦選礦廠設(shè)備選型和設(shè)計優(yōu)化

田鵬杰,李 豐,林 杰,陳兆榮,張守祥

(中藍(lán)連海設(shè)計研究院有限公司,江蘇 連云港 222004)

1 前言

目前,世界上農(nóng)用KCl的生產(chǎn)主要通過鹽湖鹵水、鉀石鹽礦床、光鹵石礦床獲得,其中以原生鉀石鹽礦為原料,采用浮選法獲得的氯化鉀產(chǎn)品占北美氯化鉀的80%,占?xì)W洲和前蘇聯(lián)產(chǎn)量的50%,在農(nóng)業(yè)鉀肥市場,KCl粒度越粗銷售效果愈好,在俄羅斯、加拿大等鉀肥生產(chǎn)大國都強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)粗粒鉀肥,粒度可以達(dá)到3 mm[1]。烏茲別克斯坦鉀鹽礦床為無硫酸鹽類型,氯化鎂含量和不溶物均較低,礦物組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:KCl 27.93%、NaCl 67.46%、MgCl2≥0.35%、CaSO4≥2.26%、不溶物<2%。烏茲別克斯坦鉀石礦是由紅色或者淡紅色的大型晶體組成的鹽,紅色是由于存在極細(xì)而分散的某些含鐵礦物所組成的,目前由鉀石鹽礦制取氯化鉀的工業(yè)方法原則上有兩種:浮選法和制鹽法[2]。烏茲別克斯坦鉀石鹽礦中含光鹵石和不溶物均較低,采用浮選法在生產(chǎn)成本上更具有優(yōu)勢。我國作為世界第一的農(nóng)業(yè)大國,每年都需要進(jìn)口大量的鉀肥,我國的鉀肥自給率只能滿足鉀肥需求的50%左右,為了緩解供需關(guān)系,在中亞、非洲、美洲購買了部分鉀鹽資源。因此,針對在國外開發(fā)鉀鹽時,如何盡可能地提高氯化鉀精礦的品質(zhì)和回收率,降低選礦成本具有重要的現(xiàn)實意義。文章以烏茲別克鉀石鹽浮選技術(shù)工業(yè)化為例,研究了原生鉀石鹽礦從原料破碎磨礦、脫泥工藝、浮選工藝、脫鹵工藝以及干燥工藝的整個工藝過程的設(shè)備選型,為以后我國開發(fā)中亞、西亞以及加拿大等固體鉀石鹽礦類似項目提供參考依據(jù)。

1 原礦性質(zhì)

該地區(qū)鉀鹽礦礦石主要為深粉紅色、橘紅色鉀石鹽,偶見光鹵石包裹體,不含硫酸鉀和硫酸鎂,含少量酐和碳酸鹽粘土物質(zhì),含水率平均為0.3%,設(shè)計開采范圍內(nèi)平均礦石礦物成分見表1。

表1 礦物成分表Tab.1 Mineral composition table %

2 工藝流程

原礦經(jīng)破碎、磨礦分級、旋流脫泥后進(jìn)入浮選作業(yè),浮選入選粒度為-1 mm,采用一粗三精浮選流程[3],精Ⅲ泡沫加適量淡水洗滌即得精制氯化鉀,對其進(jìn)行脫水、干燥、冷卻后即得氯化鉀產(chǎn)品(圖1)。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram

3 主要工序設(shè)備選型

3.1 破碎工序

鉀石鹽礦的特點是硬度不高,很脆,其莫氏硬度為2～4,在破碎階段要盡可能避免過磨,以保持鹽類礦物粗粒結(jié)晶,鉀石鹽礦石的破碎大多采用錘式破碎機(jī)或反擊式破碎機(jī),特別是錘式破碎機(jī)已在世界大多數(shù)鉀石鹽加工廠得到廣泛應(yīng)用,目前一般選擇PFCK型可逆反擊錘式破碎機(jī),該破碎機(jī)主要有破碎機(jī)主機(jī)、電動機(jī)、液力耦合器、液壓站、減震系統(tǒng)等組成,該機(jī)錘頭呈螺旋線排列,提高了效率,有利于防止物料堵塞,對物料水分適應(yīng)性增強(qiáng),排料暢通,破碎細(xì)度通過格柵間隙調(diào)節(jié)。破碎的緩沖倉的容積不宜過大,一般不超過30 min,存礦太多,時間長了,內(nèi)壁起拱,嚴(yán)重時粉礦結(jié)塊架橋,無法下料。

3.2 磨礦工序

浮選技術(shù)指標(biāo)高低,在很大程度上取決于磨礦礦石的單體解離程度。浮選鉀石鹽,要求將鉀石鹽中鉀鹽和石鹽分離成單體,并盡可能使不溶物也解離出,在達(dá)到以上要求的前提下,盡量使磨細(xì)后的粒度大一些,從而縮短浮選時間,而且能改善產(chǎn)品的粒度和回收率。目前一般選擇棒磨機(jī),棒磨機(jī)主要是用金屬棒作為磨件,利用它的沖擊和旋轉(zhuǎn)時與磨壁間的研磨作用來粉碎礦石。棒磨機(jī)對礦石具有一定選擇性磨碎作用,產(chǎn)品粒度均勻,過粉碎礦粒少。

3.3 脫泥工序

在浮選前鉀石鹽礦的脫泥是很重要的一個工序,鉀石鹽礦中伴生的粘土礦物形成的礦泥對浮選過程影響很大,不但能大量地吸附胺鹽捕收劑,對粗粒浮選產(chǎn)生不利影響,而且能混入精礦中,使干燥后增加結(jié)塊,影響后續(xù)產(chǎn)品使用。脫泥經(jīng)常采用機(jī)械脫泥的方式,機(jī)械脫泥采用兩級水力旋流器脫泥,一級水力旋流器選用FX350,二級旋流脫泥很重要,直徑要小,選擇FX150。

3.4 浮選工序

浮選機(jī)是本次設(shè)計的關(guān)鍵設(shè)備,設(shè)計采用俄羅斯進(jìn)口的ФМ6,3-М1型機(jī)械攪拌式浮選機(jī),其單槽有效容積為6.3 m3。該浮選機(jī)在烏茲別克斯坦某鉀肥廠使用效果很好。該型號浮選機(jī)廣泛應(yīng)用于鉀石鹽粗顆粒浮選,而且既可以用于粗選作業(yè),也可以用于精選作業(yè)。

3.5 脫鹵工序

目前氯化鉀脫鹵主要采用帶式過濾機(jī)和雙級活塞推料離心機(jī),帶式過濾機(jī)具有處理能力大、設(shè)備運(yùn)行故障率低的優(yōu)點。離心機(jī)具有含濕率低的優(yōu)點,但結(jié)合烏茲別克斯坦氯化鉀浮選精礦粒度為-1 mm,采用真空帶式過濾機(jī)能將氯化鉀洗滌精礦的含濕量控制在6%以下,使用離心機(jī)優(yōu)勢不明顯,另外離心機(jī)會使氯化鉀顆粒二次破碎,造成產(chǎn)品粒度變小,而且離心機(jī)篩網(wǎng)存在穿濾現(xiàn)象,離心機(jī)能耗高,綜合比較采用真空帶式過濾機(jī)作為浮選精礦和浮選尾礦的脫鹵設(shè)備。

3.6 干燥—冷卻工序

目前氯化鉀干燥設(shè)備主要有轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)和沸騰床干燥機(jī)兩種,其中轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)具有設(shè)備簡單,生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)、操作彈性較大、對入料含水量沒有嚴(yán)格要求、單機(jī)生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品含水量低的優(yōu)點,目前我國青海地方以及老撾的氯化鉀產(chǎn)品的干燥都是以轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)為主。氯化鉀產(chǎn)品冷卻采用轉(zhuǎn)筒冷卻機(jī),在冷卻機(jī)入料口添加抑塵劑和防結(jié)塊劑,可以降低氯化鉀產(chǎn)品結(jié)塊的風(fēng)險。

4 主要設(shè)計優(yōu)化

4.1 原礦上料

原礦定量給料設(shè)備在選用中型板式給料機(jī),在試車過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)原礦料倉滿倉時,中型板式給料機(jī)難以啟動,現(xiàn)場通過在原礦倉下料口調(diào)小,有效減少了鏈板負(fù)荷,并調(diào)整了設(shè)備轉(zhuǎn)矩,后板式給料機(jī)啟動和運(yùn)行狀況良好。

導(dǎo)師(通訊作者):郭立新(1968-)，男，教授，博士，主要研究方向為復(fù)雜目標(biāo)與地海環(huán)境電磁散射特性、隨機(jī)介質(zhì)中的電波傳播特性等. Email:lxguo@xidian.edu.cn

4.2 磨礦分級工序

在磨礦作業(yè)前增加預(yù)先篩分作業(yè),在生產(chǎn)運(yùn)行中預(yù)先篩篩上物料經(jīng)常跑偏,經(jīng)分析原因是皮帶頭部卸料處給水為單點給水,礦石與給水混合不均勻,現(xiàn)場將頭部補(bǔ)水由單點方式調(diào)整為線狀補(bǔ)水,物料與補(bǔ)加水得到充分混合,改善了物料布料方式。

4.3 尾鹽濃密機(jī)

尾鹽濃密機(jī)給料由脫氣槽自流至濃密機(jī)中心布料桶內(nèi),在生產(chǎn)運(yùn)行中脫氣槽經(jīng)常冒,通過分析發(fā)現(xiàn)是濃密機(jī)進(jìn)料管沒入水中段坡度較小導(dǎo)致,增大坡度后,消除了濃密機(jī)進(jìn)料管經(jīng)常堵的問題。

4.4 浮選作業(yè)

精Ⅲ浮選作業(yè)浮選泡沫層較厚,經(jīng)常出現(xiàn)冒槽現(xiàn)象,后將浮選機(jī)的增加一組刮板及將刮板電機(jī)由定頻電機(jī)調(diào)整為變頻電機(jī)后解決該問題。精Ⅲ浮選泡沫濃度較高,達(dá)到50%,且含有大量泡沫,采用臥式渣漿泵很難輸送,后增加一個消泡槽,消泡槽在圓錐形結(jié)構(gòu),礦漿沿切向給入,在消泡槽周邊設(shè)置高壓消泡管,輸送采用立式泵輸送,解決了該問題。

4.5 精鉀洗滌

氯化鉀洗滌作業(yè)由兩個洗滌槽組成,現(xiàn)場運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)精Ⅲ泡沫經(jīng)洗滌后氯化鉀品位只能提高0.5%,通過分析洗滌效果差的原因主要有礦漿短路和洗滌時間不夠,現(xiàn)場通過在第一個洗滌槽中增加折流板以及在精Ⅲ泡沫槽中增加洗滌水后,洗滌效果大大提高。

4.6 精鉀干燥

現(xiàn)場實際運(yùn)行中干燥窯給料口經(jīng)常會結(jié)鹽堵塞,是由于窯頭溫度較高,過濾濾餅水分迅速閃蒸,現(xiàn)場將干燥后的一部分干料用埋括板輸送機(jī)返回干燥前入料,和過濾后的濕精礦混合在一起,再給入轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)。

4.7 精鉀冷卻

現(xiàn)場成品料倉內(nèi)出現(xiàn)較多的結(jié)塊,這主要是濾餅冷卻時產(chǎn)生了結(jié)塊,現(xiàn)場一方面調(diào)整了冷卻窯窯頭防結(jié)塊劑的添加方式,另一方面在冷卻窯窯尾增加固定格篩網(wǎng),篩上的物料給入破碎機(jī),破碎后的物料再由斗式提升機(jī)返回至成品膠帶。

5 對新建鉀石鹽礦浮選加工廠的建議

(1)氯化鉀飽和母液在晝夜溫度差大時,容易再管內(nèi)壁結(jié)晶,尤其在管速流動慢時,結(jié)晶現(xiàn)象更為嚴(yán)重,建議攪拌槽出料管和渣漿泵出料管分支處的閥門離接口越近越好,且泵出料管道要配管道沖洗水。

(2)氯化鉀料倉不宜過大,如果長時間堆放,容易板結(jié)影響整個流程通暢,建議料倉的容積儲存時間不宜超過0.5 h,且料斗角度不宜小于60°,氯化鉀破碎工作制度宜與后續(xù)磨礦作業(yè)保持一致,設(shè)備按一開一備設(shè)計。

(3)在干燥條件下,氯化鉀保護(hù)母液對混凝土的腐蝕比鋼結(jié)構(gòu)大,有母液流動的地槽、地溝要全部內(nèi)襯鋼板。

(4)尾鹽過濾采用旋流器+濃密機(jī)組合對正浮選粗選槽內(nèi)晶漿提前進(jìn)行濃縮,適當(dāng)增大過濾機(jī)給料的濃度,可以提高尾鹽過濾設(shè)備的處理能力。

(5)浮選前礦漿的脫泥對于鉀石鹽選礦來說是很關(guān)鍵的問題,針對含不溶物較高的鉀石鹽,可以考慮采用機(jī)械脫泥+浮選脫泥兩種組合脫泥的方式,但是浮選脫泥的泡沫在后續(xù)濃密方面較為困難,需要考慮增設(shè)機(jī)械消泡和化學(xué)消泡。

(6)氯化鉀干燥和冷卻出料為間斷出料,瞬時最大出料量為流程量的2倍左右,下料膠帶的寬度和功率要按此進(jìn)行選型,干燥的膠帶輸送機(jī)選型要選擇耐高溫膠帶,冷卻的膠帶輸送機(jī)選型要選擇耐油型膠帶。

(7)脫泥的過程也會損失一定量的氯化鉀,為了盡可能地降低脫泥作業(yè)損失的氯化鉀,在礦泥濃密過程中可以采用三級逆流洗滌。