反浮選-冷結(jié)晶生產(chǎn)氯化鉀工藝中浮選藥劑的泡沫分離回收研究

程海旺

摘 要：本文通過對反浮選--冷結(jié)晶生產(chǎn)工藝的概述，分析浮選藥劑和泡沫分離回收技術(shù)，探討影響浮選藥劑泡沫分離回收效果的主要因素時(shí)間、藥劑初始濃度、pH值、進(jìn)氣速率以及無機(jī)鹽陽離子等，總結(jié)泡沫分離回收的可行經(jīng)驗(yàn)，以期為同類項(xiàng)目提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：反浮選--冷結(jié)晶;氯化鉀生產(chǎn)工藝;浮選藥劑;泡沫分離回收

1 反浮選--冷結(jié)晶生產(chǎn)氯化鉀工藝原理概述

氯化鉀的生產(chǎn)工藝主要是除去光鹵石中的氯化鈉，利用的物質(zhì)疏水性得到低鈉光鹵石。浮選工藝是利用不同物質(zhì)的疏水性差異分離物質(zhì)，在礦漿中加入捕收藥劑改變礦物顆粒表面的疏水性，礦物和其他物質(zhì)實(shí)現(xiàn)分離。反浮選是與浮選相反的工藝，是從礦物中選出無用的物質(zhì)成分。礦漿中的氯化鈉和氯化鉀具有不明顯的疏水性差異，這是因?yàn)樗肿雍途w之間范德華力的不同和晶體構(gòu)造的不同。在礦漿中加入浮選藥劑時(shí)，如十二烷基嗎啉捕收劑等，礦漿中氯化鈉的疏水性發(fā)生改變，并不斷增強(qiáng)。冷結(jié)晶可以分解光鹵石，并結(jié)晶出氯化鉀。氯化鉀冷結(jié)晶的關(guān)鍵是過飽和度，在結(jié)晶的過程中，會先產(chǎn)生不斷增大的晶核，慢慢晶核成為晶粒，剩余的部分會進(jìn)入循環(huán)生產(chǎn)過程。氯化鉀的結(jié)晶速度需要嚴(yán)格控制，如速度過快，會造成晶核過多，晶粒太小容易重新溶解，得到的氯化鉀成品粒度小、回收率低。經(jīng)過冷結(jié)晶得到的氯化鉀粗鉀，粗鉀中含有一定量的殘余的NaCl雜質(zhì)，最后進(jìn)行淡水洗滌，以保證氯化鉀產(chǎn)品質(zhì)量。

2 浮選藥劑的泡沫分離

2.1 氯化鉀浮選藥劑

在各種生產(chǎn)領(lǐng)域，氯化鉀起著非常重要的作用。反浮選--冷結(jié)晶工藝是氯化鉀生產(chǎn)的主要方法之一。實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，生產(chǎn)氯化鉀采用的浮選藥劑對其品位和回收率影響明顯，直接決定了氯化鉀質(zhì)量的好壞。現(xiàn)在氯化鉀生產(chǎn)工藝一直在不斷革新，企業(yè)產(chǎn)能也在不斷增加。企業(yè)的開采技術(shù)和產(chǎn)能的不斷提升，大量的浮選藥劑不斷地匯入察爾汗鹽湖的鹵水中，尾礦中的浮選藥劑會吸附在光鹵石里。浮選藥劑等有機(jī)物及其光降解產(chǎn)物會影響鹽湖鹵水的品質(zhì)，影響提鉀生產(chǎn)工藝、氯化鉀產(chǎn)品純度和品質(zhì)。目前，氯化鉀生產(chǎn)常用的浮選藥劑主要是捕收劑、調(diào)整劑和起泡劑等。

2.2 浮選藥劑作用

氯化鉀生產(chǎn)工藝中反浮選--冷結(jié)晶法是鉀鹽生產(chǎn)最有效的方法和技術(shù)，我國大部分鉀鹽產(chǎn)品是通過該技術(shù)得到。目前我國提取氯化鉀的先進(jìn)水平的反浮選--冷結(jié)晶生產(chǎn)氯化鉀工藝中，浮選藥劑中的陰離子型捕收劑脂肪酸鹽和陽離子型捕收劑脂肪嗎啉可以用于反浮選。氯化鉀的浮選過程是在NaCl-KCl的飽和溶液中進(jìn)行的。氯化鉀浮選主要分為氯化鉀晶體的選擇性吸附和捕收劑的彌散兩部分。浮選礦漿是高濃度電解質(zhì)飽和鹵水體系，氯化鉀顆粒表面親水性較強(qiáng)，溶液電解質(zhì)中高離子濃度會影響到其表面性質(zhì)。在浮選時(shí)，礦漿的性質(zhì)會因?yàn)楦∵x藥劑和無機(jī)鹽離子濃度等不同因素的變化而改變。

3 浮選藥劑的泡沫分離回收

浮選藥劑的泡沫分離回收是一種利用表面活性劑與產(chǎn)生的氣泡來吸附、分離礦漿中物質(zhì)的工業(yè)化技術(shù)，采用此方法需要的設(shè)備簡單易操作、生產(chǎn)成本低、資源消耗少以及可連續(xù)作業(yè)等，在濃度較低時(shí)分離的效果良好。該方法在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)中十分具有推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。泡沫分離回收是分離和回收氯化鉀的一種有效方法。浮選藥劑的泡沫分離利用的是不同物質(zhì)之間表面吸附能力的差異[1]。表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)是由親水基團(tuán)和親油基團(tuán)組成，在溶液中表面活性劑的作用下，降低溶液的表面張力，形成大量小氣泡。浮選藥劑的泡沫分離回收是利用表面活性劑選擇分離、吸附、回收的方法。在分離設(shè)備中的礦漿中加入充足的空氣，使礦漿的表面活性物質(zhì)隨著產(chǎn)生的豐富的氣泡上浮，到達(dá)上方聚集在表面，形成泡沫層刮出泡沫，物質(zhì)都聚集在泡沫內(nèi)，這樣實(shí)現(xiàn)了礦物質(zhì)的分離，達(dá)到凈化氯化鉀的目的。

4 影響浮選藥劑泡沫分離回收效果的因素

4.1 泡沫分離回收時(shí)間

浮選藥劑的泡沫分離回收的時(shí)間對分離過程、分離效果非常重要。礦漿加入浮選藥劑后反應(yīng)時(shí)間的增加，氣泡帶出更多的表面活性物質(zhì)，增加氯化鉀回收率[2]。一般反應(yīng)時(shí)間越長，表面活性物質(zhì)被吸附得就更加充分，越可以提升氯化鉀的回收率。在分離時(shí)，延長氣泡在礦漿中停留的時(shí)間，礦漿中的非表面活性物質(zhì)和表面活性物質(zhì)進(jìn)行充分結(jié)合，也可以促進(jìn)回收率的提高。但生物活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變已經(jīng)失活時(shí)，氣泡停留時(shí)間的延長會降低回收率降，研究泡沫分離時(shí)間對浮選藥劑泡沫分離回收影響十分必要。

4.2 浮選藥劑的初始濃度

浮選藥劑泡沫分離中初始濃度對于分離過程和分離效果非常關(guān)鍵。浮選藥劑的初始濃度增加，可以增加溶液中的表面活性物質(zhì)，穩(wěn)定產(chǎn)生夾帶的液體量更多的泡沫，促使表面活性物質(zhì)更多地吸附在泡沫上被帶出，進(jìn)而增加產(chǎn)品回收率[3]。但分離時(shí)間越長，表面活性物質(zhì)濃度就越低，當(dāng)表面活性物質(zhì)的濃度無法滿足分離要求時(shí)，無法分離產(chǎn)生的泡沫。

4.3 pH值

pH值可以影響分離過程中泡沫的夾帶能力和礦漿表面張力，pH值對表面活性物質(zhì)的泡沫分離回收效率有一定的影響。表面張力較低時(shí)，實(shí)現(xiàn)的分離效果良好;當(dāng)?shù)V漿處于等電點(diǎn)時(shí)，藥劑提高了表面活性和發(fā)泡能力，提升物質(zhì)顆粒的富集比。浮選藥劑可以吸附、優(yōu)化整個(gè)分離過程和分離效果。

4.4 進(jìn)氣速率

浮選藥劑進(jìn)行分離時(shí)，礦漿中加入氣體的進(jìn)氣速率對整個(gè)分離過程的分離效果有一定影響作用，其影響主要體現(xiàn)在改變分離塔中物質(zhì)的流體力學(xué)特性。當(dāng)進(jìn)氣速率低于生產(chǎn)需要時(shí)，產(chǎn)生的氣泡會較長時(shí)間地停留，提高富集比;當(dāng)進(jìn)氣速率高于生產(chǎn)需要時(shí)，氣泡只能較短時(shí)間地停留，降低富集比。但進(jìn)氣速率過高，塔頂泡沫層中容易發(fā)生氣液分離進(jìn)而形成乳化氣體，不利于氯化鉀進(jìn)行濃縮和提取[4]。

4.5 無機(jī)鹽陽離子

不同離子形態(tài)等對浮選藥劑的分離回收產(chǎn)生一定的影響。本文探討通過表面張力法測定浮選藥劑的臨界膠束濃度，測定無機(jī)鹽離子對分離效果的干擾和影響，研究無機(jī)鹽陽離子對浮選藥劑分離回收的影響。單一離子型表面活性劑的離子頭的離子氛厚度被無機(jī)鹽陽離子影響，減小了表面活性劑離子頭之間的相互排斥作用，提高表面活性劑的吸附作用，使其形成膠團(tuán)更加容易，降低溶液的表面張力。等碳鏈長的正、負(fù)離子表面活性劑等摩爾混合體系，反電性極性基之間存在非常強(qiáng)烈的靜電吸引作用，在礦漿界面和膠團(tuán)中的正、負(fù)表面活性劑離子的電性可以進(jìn)行中和，擴(kuò)散雙電層不復(fù)存在，無機(jī)鹽的加入對其表面活性沒有明顯影響。正負(fù)離子表面活性劑混合溶液的高表面活性，源于反電性極性基之間強(qiáng)烈的靜電吸引作用。

實(shí)踐證明，礦漿中無機(jī)鹽陽離子的含量對浮選藥劑的泡沫分離的富集比和回收率起到重要的影響作用。無機(jī)鹽陽離子濃度低于0.1mol/L時(shí)，浮選藥劑泡沫分離回收的富集比因?yàn)闊o機(jī)鹽陽離子的濃度的增加而降低;但其濃度達(dá)到0.1mol/L時(shí)，浮選藥劑分離回收過程的富集比是穩(wěn)定的。無機(jī)鹽陽離子濃度低于0.1mol/L時(shí)，浮選藥劑進(jìn)行泡沫分離的回收率隨著其濃度的增加而增加;當(dāng)其濃度達(dá)到0.1mol/L時(shí)，浮選藥劑分離的回收率是穩(wěn)定的。無機(jī)鹽陽離子對浮選藥劑的泡沫分離回收效果和影響能力的大小依次為鈣離子>鎂離子>鉀離子>鈉離子。

5 結(jié)語

在反浮選--冷結(jié)晶生產(chǎn)氯化鉀工藝中浮選藥劑對泡沫分離回收效果的影響，需要綜合考慮泡沫分離回收時(shí)間、初始濃度、pH值、進(jìn)氣速率以及無機(jī)鹽陽離子等因素，不斷優(yōu)化和提高生產(chǎn)工藝，不斷提高生產(chǎn)效率和氯化鉀回收率，保證氯化鉀產(chǎn)品品質(zhì)。

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