Флотационный метод получения хлористого калия из сильвинита

Флотационный метод получения хлористого калия из сильвинита

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Уральский Государственный Технический Университет – УПИ

!!!

Вниманию скачавшим! Не посчитан тепловой баланс сушки, за что,

собственно, и выставлен "хор."

Посчитаете – будет вам счастье :-)

Regards, Pavel Pokrovsky

Курсовая работа на тему:

Флотационный метод получения

хлористого калия

Выполнил:

студент гр. Х-349

Покровский П.В.

Преподаватель:

Гашкова В.И.

Екатеринбург

2001

Содержание

1. Введение 3

2. Характеристика калийных руд 4

3. Термодинамическая вероятность прилипания частиц

минерала к пузырькам воздуха.

5

4. Главные особенности флотационного процесса 6

5. Элементарный акт флотации 9

5.1. Обзор гипотез элементарного акта флотации 12

5.1.1. Гипотеза избирательной адсорбции кислорода воздуха 12

5.1.2. Гипотеза электростатическая 12

5.1.3. Гипотеза смачивания, или краевого угла 12

5.1.4. Адсорбционная гипотеза Белоглазова 13

6.Флотационная сила 13

7. Максимальный размер пузырьков, флотирующихся на

поверхности пузырьков при пенной флотации 14

8. Флотационные машины 16

9. Флотационные реагенты 16

10. Технологическая схема процесса флотации 17

11. Расчет по процессу флотации 21

11.1. Расчет количественно-шламовой схемы 21

12. Аппаратура для сгущения и фильтрации 24

13. Сушка 26

13.1. Расчеты по процессу сушки 26

14. Сводные балансы 27

14.1. Сводный баланс по хлористому калию на 100 кг

сильвинитовой руды 28

14.2. Сводный баланс технологической воды флотационного

процесса 28

15. Заключение 29

16. Список литературы 30

1. Введение

Разработка и применение различных методов обогащения калийных и

полиметаллических руд неразрывно связаны с минеральным составом исходной

руды.

Выделить ценные компоненты из руд в богатый концентрат можно, лишь

предварительно изучив вещественный и минералогический состав руды, а также

физико-химические свойства каждого ее компонента.

Для выбора наиболее эффективного метода обогащения необходимо знать, в

какой форме в воде в растворимой или в нерастворимой, а для

полиметаллических руд - сульфидной или окисляемой, находится минерал.

Содержание в руде извлекаемого компонента, плотность минерала., разные

вкрапленности его в другие минералы, магнитные и электрические свойства

минералов, их цвет, блеск, твердость и т.д. Все эти свойства могут быть

использованы для выбора наиболее эффективной технологической схемы

обогащения руды.

Источником добычи калийных солей является месторождение руд или

полезных ископаемых, содержащих один или несколько ценных минералов в

сочетании с минералами пустой породы.

Обогащением руд называется совокупность процессов первичной обработки

минерального сырья, цель которого - отделение всех полезных минералов от

пустой породы, а при необходимости - взаимное разделение полезных

минералов.

В результате обогащения получают один концентрат или несколько и

отвальные хвосты.

Концентратом называется продукт обогащения, содержащий значительно

больше (в десятки, а иногда и в сотни раз) ценного компонента по сравнению

с рудой. По минеральному и химическому составу он должен удовлетворять

определенным требованиям (кондициям).

Хвосты - это отходы обогащения, содержащие главным образом минералы

пустой породы и незначительное количество полезных компонентов, извлечение

которых при современном уровне технологии и техники обогащения затруднено

или экономически невыгодно.

Флотационный метод обогащения заключается в разделении компонентов

измельченной руды, основанный на различной способности их удерживаться на

границе раздела фаз в жидкой среде. Применяя флотационные реагенты, можно

искусственно изменять смачиваемость минеральной поверхности. Плохо

смачиваемые водой (гидрофобные) частицы прилипают к пузырькам воздуха,

всплывают на поверхность пульпы и образуют минерализованную пену, а хорошо

смачиваемые водой (гидрофильные) частицы не прилипают к пузырькам и

остаются в объеме пульпы.

Совокупность и последовательность операций переработки отражают на

графических схемах обогащения. В зависимости от назначения, схемы могут

быть качественными, количественными, шламовыми и т.п. Кроме указанных схем,

обычно составляют схемы цепей аппаратов.

В качественной схеме обогащение изображается движением руды и продуктов

обогащения последовательно по операциям, указываются некоторые данные о

качественных изменениях руды и продуктов обогащения, например крупности.

Эта схема дает представление о стадиях процесса, количестве операций,

концентратов и контрольных перечисток хвостов, о виде процесса, способе

обработки промпродуктов и количестве конечных продуктов обогащения. Если на

качественной схеме указать количество перерабатываемой руды, получаемых на

отдельных операциях продуктов и содержание в них ценных компонентов, то

такая схема уже будет называется количественной, или качественно-

количественной. Выход продуктов по операциям определяют в процентах от

исходной руды, или в т/сут и в т/ч.

Если в схеме имеются данные о количестве воды на отдельных операциях и

в продуктах обогащения, о количестве добавляемой воды, то схема называется

шламовой.

Распределение твердого и воды по операциям и продуктам указывается в

виде отношения твердого к жидкому (например Т:Ж = 1:3) или в процентах

твердого (например 70% твердого). Соотношение Т:Ж численно равно количеству

воду (м3), приходящемуся на одну тонну твердого. Количество воды,

использованной на отдельных операциях выражается в м3/сут или в м3/час.

Часто эти виды схем совмещаются и тогда схема называется качественно-

количественной шламовой.

2.Характеристика калийных руд

Сырьем для калийной промышлености стран СНГ в настоящее время служат

сильвинитовые руды Верхнекамской и Старобинского месторождений.

Минералогическую основу этих руд составляют сильвинит и галит, в качестве

примесей присутствуют карналлит, глинистый и нерастворимый в воде остаток,

а также бром, йод, рубидий, медь, цинк и другие.

Из всех известных методов обогащения в производстве хлорида калия из

сильвинитовых руд наиболее широкое распространение у нас в страние и за

рубежом получил метод флотации (от англ. flotation – всплывание).

Основываясь на внешних признаках, процесс флотации можно было бы определить

как способ разделения, при котором один минераз всплывает на поверхность

пульпы и плавает на этой поверхности, а другой тонет и остается внутри

пульпы. Однако такое определение исходит только из внешней стороны процесса

и не отражает сущности явлений, происходящих при флотации. Кроме того,

известные такие флотационные процессы, при которых никакого всплывания или

плавания частиц нет. Между тем они обусловлены теми же причинами, что и

обычная флотация. Поэтому их совершенно правильно относят к группе

флотационных процессов. Поскольку в любом случае процесс связан с наличием

поверхностей раздела фаз, то наиболее правильным будет следующее

определение понятия "флотация" : флотация – метод обогащения, заключающийся

в разделении минералов измельченной руды на основе различной их способности

удерживаться на границе раздела фаз в жидкой среде.

Различают три основных вида флотации – пленочную, масляную и пенную.

При пленочной флотации, разделение минералов происходит на плоской

поверхности раздела фаз вода-воздух. При этом измельченная руда, подлежащая

разделению, насыпается с небольшой высоты на поверхность воды.

Несмачиваемые частицы остаются на поверхности и выделяются во флотационный

продукт, смачиваемые переходят в водную фазу. Из-за низкой

производительности этот процесс не получил широкого применения. Однако

эффект пленочной флотации используется при флотогравитационном способе

получения крупнозернистого хлористого калия.

Масляная флотация заключается в избирательном смачивании частиц

минерала диспергированным в воде жидким маслом. Образующиеся при этом

агрегаты частиц, заключенные в масляные оболочки, всплывают на поверхность

пульпы. Вследствие незначительной подъемной силы капли масла могут нести

лишь небольшой груз частиц, а расход масла при этом очень велик. Поэтому

масляная флотация не получила промышленного распространения.

При пенной флотации пульпа насыщается пузырьками газа, обычно воздуха.

Флотирующиеся частицы (гидрофобные) закрепляются на пузырьках и выносятся

ими на поверхности пульпы, образуя слой минерализованной пены. Гидрофильные

частицы остаются в пульпе.

В зависимости от способна насыщения пульпы пузырьками газа пенная

флотация подразделяется на обычную пенную флотацию, вакуум-флотацию,

химическую флотацию, флотацию кипячением и др.

При обычной пенной флотации в качестве газа используется воздух, причем

аэрация пульпы обеспечивается или засасыванием воздуха из атмосферы и

диспергированием его в пульпе специальными механическими аэраторами, или же

вдуванием в пульпу сжатого воздуха.

Аэрация пульпы при вакуум-флотации осуществляется засчет выделения

воздуха из раствора (согласно закону Генри), так как находящаяся под

атмосферным давлением вода содержит некоторое количество растворенного

воздуха.

При химической или газовой флотации пузырьки газа образуются в

результате химического взаимодействия. Например, к руде, содержащей кальций

или магнезит, добавляют серную кислоту или кислую соль. При этом на

выделяющихся пузырьках углекислого газа флотируются несмачиваемые минералы.

При флотации кипячением процесс идет за счет образующихся пузырьков

пара и пузырьков выделяющегося растворенного газа. Этот процесс применялся

некоторое время для обогащения графитовых руд.

Флотационные явления проявляются также при амальгировании,

эмульгировании, гидрообеспыливании и др.

В калийной промышленности используется обычная пенная флотация.

3.Термодинамическая вероятность прилипания частиц минерала к пузырькам

воздуха.

Агрегаты, состоящие из пузырька воздуха и одной или нескольких частиц

минерала, относительно устойчивы. Следовательно, при флотации система

переходит из менее устойчивого состояния в более устойчивое. Согласно

второму закону термодинамики всякий процесс протекает в сторону уменьшения

свободной энергии системы самопроизвольно. Поэтому и при флотации свободная

энергия системы уменьшается.

Потенциальная энергия частицы пропорциональна ее весу или объему d3 (d

- длина ребра куба). Поверхностная энергия частицы пропорциональна величине

ее поверхности d2. При уменьшении размера частиц величина ее потенциальной

энергии будет падать быстрее, чем величина поверхностной энергии. Например,

при уменьшении диаметра частицы в 10 раз потенциальная энергия уменьшается

в 1000 раз, а поверхностная только в 100. Поэтому можно всегда взять столь

малую частицу, для которой поверхностная энергия будет намного больше

потенциальной. В этом случае потенциальной энергией можно пренебречь.

При флотации свободная энергия является поверхностной энергией на

границе раздела фаз: твердое тело - газ, твердое тело - жидкость, жидкость

- газ. Тогда запас свободной энергии до прилипания частиц к пузырьку:

где [pic]площадь поверхности раздела фаз;

[pic] - поверхностная энергия на этих же разделах фаз.

Запас свободной энергии системы F2 после прилипания частиы к пузырьку,

отнесенный к площади прилипания в 1 см2, определяется по следующей формуле:

Уменьшение свободной энергии системы имеет место при условии

На практике пользуются уравнением

где [pic]краевой угол смачивания

Изменение поверхностной энергии системы при элементарном акте флотации,

отнесенное к единице площади контакта газ-твердое, называется показателем

флотируемости. Видно, что чем больше, т.е. чем гидрофобнее материал, тем

лучше идет флотация, так как больше убыль свободной энергии системы.

Таким образом флотация, как и всякий процесс обогащения основана на

различиях между свойствами разделяемых минералов, в данном случае - на

разнице в удельных поверхностных энергиях. Отсюда и вытекают некоторые

особенности флотационного процесса.

4.Главные особенности флотационного процесса.

Первая особенность флотации заключается в том, что в отличие от других

методов обогащения, не существует принципиальных ограничений ее

использования для разделения любых минералов. Если гравитационными

процессами нельзя разделять минералы с одинаковыми или близкими удельными

весами, а магнитной сепарацией нельзя обогащать руды, в которых минералы

имеют одинаковую или близкую магнитную восприимчивость, то флотация

принципиально применима для обогащения любых полезных ископаемых.

Эта универсальность флотационного процесса объясняется двумя причинами:

1. Удельная поверхностная энергия минералов зависит как от их

химического состава, так и от строения решетки минералов. Поскольку

различные минералы обязательно отличаются один от другого или

составом, или строением решетки, то они должны отличаться и по

величине поверхностной энергии на границах раздела минерал - газ и

минерал - жидкость.

2. Если различие в удельных поверхностных энергиях недостаточно для

хорошего разделения минералов, то его можно увеличить нанесением на

поверхность минералов тончайших покрытий с помощью реагентов.

Например покрытие поверхности сульфидных частиц пленкой ксантогената

плотностью 15-30% от сплошного мономолекулярного слоя резко меняет

их поверхностную энергию.

При использовании других процессов различия между свойствами минералов

(например разницу в удельных весах разделяемых минералов или разницу в

магнитной восприимчивости) нельзя увелить простыми и дешевыми средствами.

Практика подтверждает положение с принципиальной возможности применения

флотации для разделения любых минералов.

Вторая особенность флотационного способа - возможность применения его

только для разделения мелких частиц, у которых потенциальная энергия

значительно меньше поверхностной. Обычной пенной флотацией полезные

минералы с плотностью больше 5 г/см3 практически не флотируются при

крупности зерен, превышающей 0.2-0.3 мм. Минералы с малой плотностью

(каменный уголь, самородная сера) при пенной флотации могут флотироваться

при крупности до 0.6 мм. В специальных флотационных процессах крупность

флотируемого материала может быть значительно повышена. Так, при обогащении

калийных сильвинитовых руд крупность частиц крупнозернистого концентрата

находится в пределах от 0.3 до 0.8 мм.

Средний состав сильвинитовых руд, % (табл. 1)

таблица 1

|Месторождение|KCl |NaCl |MgCl2 |CaSO4 |н.о. |H2O |

|Верхнекамское|25,5 |68,3 |0,3 |1,9 |2,3 |0,6 |

|Старобинское |22,2 |67,8 |1,4 |1,6 |6,7 |0,6 |

Однако нужно отметить, что состав руд отдельных участков, в частности

Верхнекамского месторождения, иногда значительно отличается от приведенных

данных.

Сильвин KCl в калийных рудах встречается в виде молочно-белых

кристаллов, чаще он имеет янтарно-желтую окраску и все оттенки красно-бурых

тонов.

Хлорид магния в сильвинитовой руде входит в состав карналлита.

Кристаллы карналлита содержатся в виде разностей от полупрозрачного до

желтого и краснобурого цвета.

В отличие от сильвинитовых руд других месторождений для руд

Старобинского месторождения характерно повышенное (до 13%) содержание

карбонатно-глинистых включений.

Нерастворимый остаток относится к полидисперсным системам: большая

часть его (40-60%) представлена фракцией –0.01+0.001 мм, количество

глинистой фракции с размером частиц менее 0.001 мм составляет 13-20%.

Составляющие остаток породы всегда содержат карбонаты, преимущественно

доломитовые и относятся к доломитовым мергелям и глинам, иногда встречаются

разности с избытком кальция (Верхнекамское месторождение):

таблица 2

|Cоставляющие нерастворимого остатка|% |

|SiO2 |38,5-45,0 |

|Al2O3 |10,5-12,5 |

|Fe2O3 |4,4-4,9 |

|TiO2 |0,7-0,9 |

|CaO |9,0-19,1 |

|MgO |6,5-9,1 |

|SO3 |0,1-3,5 |

|CO2 |13,0-17,8 |

При дальнейших расчетах мы будем пользоваться данными, полученными для

Верхнекамского месторождения.

Бром – постоянный элемент всех солевых месторождений, так как входит в

состав морской воды и при ее концентрировании распределяется между рассолом

и выпадающими в осадок солями. Причем бром, как обычно, изоморфно замещает

хлор в минералах. Содержание брома в сильвинитовых рудах Верхнекамского

месторождения изменяется от 0.04 до 0.08%. Количество лития в рудах

составляет 1.1(10-4 – 5.5(10-3%.

Имеющая в калийных рудах газы (водород, метан, некоторые предельные

углеводороды, сероводород, двуокись углерода, азот и др.) находятся в двух

формах: микрогазоносной, обусловленной наличием газов в кристаллах солей, и

макрогазоносной, связанной с нахождением относительно больших количеств

газов в макротрещинах, кавернах и различного рода полостях соленосных руд.

При получении хлорида калия методами обогащения следует учитывать и

некоторые другие свойства сильвинитовой руды:

1) Объемный вес руды 2.10 т/м3;

2) Коэффициент разрыхления:

первоначальный 1.3-1.45

остаточный 1.1-1.2;

3) Максимальную крупность кусков до 150 мм;

4) Насыпной вес руды после дробления 1.4-1.6 т/м3.

Твердость некоторых минералов указана в таблице 3.

таблица 3

|Минерал |Номер по шкале |Минерал |Номер по шкале|

| |твердости | |твердости |

|Тальк |1 |Апатит |5 |

|Сильвин |1.5-2 |Пирит |6-6,5 |

|Галит |2 |Кварц |7 |

|Карналлит|2-3 |Корунд |9 |

|Кальцит |3 |Алмаз |10 |

Ниже приведены пределы прочности на сжатие для некоторых горных пород и

минералов, а также для составляющих сильвинитов руды Верхнекамского

месторождения калийных солей:

таблица 4

|Горные породы,|Предел прочности |Горные породы |Предел |

|минералы | |Верхнекамского |прочности |

| | |месторождения | |

|Базальты |20-30 |Березниковский | |

| | |участок | |

|Медная руда |11-26 |Сильвинит Кр.П |3,58 |

|Кварциты |20-22 |Сильвинит АБ |2,72 |

|Граниты |12-18 |Карналлит В |3,07 |

|Магнитный |8-18 |Галит |3,54 |

|железняк | | | |

|Мрамор |5,5-15 |Дурыманский | |

| | |участок | |

|Бурый железняк|4-12 |Сильвинит Кр.П |2,83 |

|Известняки |4-10 |Сильвинит АБ |2,22 |

|Песчаник |3,4-10 |Галит |3,08 |

|Сфалерит |1 |Балаховцевский | |

| | |участок | |

|Галенит |0,45 |Сильвинит Кр.П |2,24 |

| | |Сильвинит АБ |1,9 |

| | |Галит |2,65 |

Поскольку продукт обогащения сильвинитовых руд – хлорид калия является

конечным продуктов процесса и не подвергается дальнейшим превращениям, то

основным требованием на стадии измельчения является равномерность зерен.

Эта задача лучше может быть решена при измельчении в стержневых мельницах

(табл.5)

таблица 5

Гранулометрический состав руды после солемельницы

|Размер частиц, |Выход, % |

|мм | |

| |на БКРУ-2 |на СКРУ-2 |

|+10 |18,6 |10,6 |

|+15 |8,7 |11,3 |

|+3 |6,9 |9,8 |

|+2 |10,9 |13 |

|+1 |8,8 |19,6 |

|+0,7 |13,8 |5,2 |

|+0,5 |10,6 |11,8 |

Страницы: 1, 2, 3