Основы технологии калийных удобрений

Калийные минеральные удобрения представляют собой природные или синтетические соли и содержат питательный элемент в форме иона калия К⁺.

Калийные удобрения подразделяются на хлорсодержащие (основной компонент — хлорид калия КС1) и бесхлорные (например, K₂SO₄).

Все калийные удобрения растворимы в воде. Их выпускают в порошкообразном и гранулированном виде. Содержание питательного элемента (в пересчете на К₂O) колеблется от 10 % вприродных минералах до 60 % в концентрированном удобрении — хлориде калия. В общем ассортименте калийных удобрений около 94 % приходится на хлорид калия, содержащий 92—95 % КС1 (53,1—60,6 % К₂0).

В качестве сырья для получения калийных удобрений в нашей стране используется сильвинит (КС1 • NaCl) — минерал, представляющий собой механическую смесь сильвина КС1 и га-лита NaCl.

Получают хлористый калий из сильвинита двумя основными способами:

• химическим, основанным на различной растворимости КС1 и NaCl при разных температурах (галургический метод);

• физическим, основанным на различной смачиваемости КС1 и NaCl (метод флотации).

Галургический хлорид калия имеет кристаллы белого цвета с сероватым оттенком. Флотационный хлорид калия имеет более крупные кристаллы (= 0,75 мм), которые окрашены в розоватый цвет.

Галургический метод выделения хлорида калия из сильвинита основан на различии температурных коэффициентов растворимости хлоридов калия и натрия при их совместном присутствии, т.е. в системе «КС1—NaCl—Н₂0». В растворах, насыщенных обеими солями, при повышении температуры с 20—25 ° С до 90—100 °С содержание хлорида калия возрастает примерно в два раза, а хлорида натрия — несколько уменьшается.

При охлаждении этого горячего раствора он становится перенасыщенным хлоридом калия, который будет кристаллизоваться, а хлорид натрия останется в растворе. При последующем нагревании раствора он останется насыщенным хлоридом натрия и становится ненасыщенным хлоридом калия. Поэтому при обработке таким раствором нового количества сильвинита из него будет извлекаться только хлорид калия, переходящий в раствор, а хлорид натрия растворяться не будет.

Упрощенная схема получения КС1 из сильвинита галурги-ческим методом включает следующие основные стадии (см. рис. 9.5):

• дробление и усреднение руды по гранулометрическому составу;

• растворение (выщелачивание) хлорида калия из сильвинита горячим оборотным раствором (щелоком);

• отделение горячего щелока от твердой фазы (хлорида натрия и пустой породы) отстаиванием и его осветление;

• охлаждение раствора и кристаллизация из него хлорида калия;

• фильтрование суспензии и отделение концентрата хлорида калия;

• сушку концентрата хлорида калия;

• нагревание оборотного раствора и возвращение его на стадию выщелачивания сильвинита.

Выщелачивание хлорида калия из Сильвинита производится в шнековом растворителе оборотным раствором (щелоком), нагретым до 105—115 °С, с добавлением острого пара, при этом КС1 переходит в раствор, а нерастворяющийся NaCl удаляется в виде галитовых отходов. Добавление коагулянтов в раствор КС1 при отстаивании способствует более полному удалению глинистого шлама и осветлению раствора. Далее хлорид калия кристаллизуется в вакуум-кристаллизаторе, в котором вакуум создается с помощью пароструйных эжекторов, отсасывающих паровоздушную смесь. При фильтровании от кристаллов КС1 отделяется оборотный раствор, который после подогрева возвращается на стадию выщелачивания сильвинита.

Галургический метод позволяет комплексно перерабатывать полиметаллические руды, извлекая из них все полезные компоненты, в том числе хлориды магния и пищевой хлорид натрия.

В флотационном методе получения хлорида калия используется различная способность к смачиваемости водой частичек NaCl и КС1. Предварительно измельченную руду смешивают с водой (водным раствором), далее пропускают через полученную пульпу воздух, который распределяется в ней в виде мелких пузырьков. Гидрофобные минералы, которые не способны смачиваться водой (к ним относится КС1), прилипают к пузырькам воздуха и выносятся на поверхность пульпы в виде пены, которую затем удаляют и фильтруют для выделения твердых частиц. Гидрофильные минералы, которые хорошо смачиваются водой (к ним относится NaCl), оседают на дне флотационной машины и выводятся через сливное отверстие.

Для лучшего разделения гидрофобных и гидрофильных частиц исходного сырья используют так называемые флотационные реагенты. Основное назначение этих реагентов — направленно изменять смачиваемость поверхности того или иного ми-

нерала и таким образом регулировать процесс флотации. В зависимости от назначения флотореагенты подразделяются на пенообразователи, собиратели, депрессоры, активаторы.

К пенообразователям относятся вещества, способствующие образованию устойчивых пузырьков воздуха и обильной пены.

Собиратели (или коллекторы) — вещества, способные селективно адсорбироваться на поверхности минералов и придавать ей смачиваемость.

Депрессоры (подавители) — вещества, снижающие адсорбцию собирателей на поверхности минералов.

Активаторы — вещества, улучшающие адсорбцию собирателей на поверхности частичек минералов.

При флотации руд, содержащих свыше 2,5 % примесей, применяют технологические схемы обогащения с депрессией глинистых шламов или с предварительным механическим обес-шламливанием. Такая упрощенная схема флотации калийных руд представлена на рис. 9.6.

Добытая шахтным способом сильвинитовая руда первоначально подвергается мокрому помолу в стержневых мельни-

цах. Полученную пульпу классифицируют на дуговом сите с отделением кристаллов размером не более 0,75 мм. Оставшаяся после классификации фракция с частицами размером более 0,75 мм (на рис. 9.6 обозначена как +0,75) возвращается на измельчение новых порций сильвинита, а фракция с частицами размером менее 0,75 мм (-0,75) смешивается около 3 мин с 2 % -ным водным раствором карбоксиметилцеллюлозы (депрессором) и направляется на основную флотацию с предварительным добавлением в нее собирателя (1 % -ного раствора гидрохлорида амина) и вспенивателя (соснового масла).

Полученный в результате флотации концентрат, содержащий в основном хлористый калий, подвергается двум перечисткам. Затем пенный продукт (после перечисток) сгущается и фильтруется на вакуум-фильтрах, а отфильтрованные кристаллы КС1 высушиваются до 1 % -ного остаточного содержания влаги. Готовый продукт отправляется на склад храпения и отгрузки.

Галитовые хвосты основной флотации представляют собой смесь галита (NaCl) с глинистым шламом, песком и т.д. Они подвергаются классификации на дуговых ситах или гидроциклонах для отделения частиц размером более 0,25 мм. Эту фракцию отфильтровывают на вакуум-фильтрах, а фракцию с частицами размером менее 0,25 мм направляют на сгущение. Из сгустителя одна часть шлама вместе с крупной фракцией (размер частиц — более 0,25 мм) поступает на вакуум-фильтр, а вторая — идет в отвал.

Галитовые хвосты, полученные по этой схеме, загрязнены глинистым шламом, что затрудняет их обработку и увеличивает потери целевого продукта (КС1); образующийся концентрат содержит около 93 % КС1 и 0,8 % нерастворимого остатка при степени извлечения сильвина из руды 85—90 %.