Исследования по интенсификации процессов фильтрации концентрата хлорида калия и галитовых хвостов сильвинитов Тюбегатанского месторождения

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований по интенсификации и усовершенствованию процесса фильтрации концентрата хлористого калия и галитовых хвостов сильвинитов Тюбегатанского месторождения путем введения дополнительной стадии осаждения мелкой фракции шлама из маточного раствора концентрата хлористого калия в дегазационном баке в присутствии полиакриламида и подачи осветленного раствора в первую перечистную камеру флотационной машины и маточного раствора после отделения галитовых отходов в бак дегазации вместо бака дегазации галитовых отходов. Это позволяет улучшить показатели фильтрации, уменьшить количество шлама, поступающего с концентратом хлористого калия, и поддерживать влажность не более 6-7%.

ABSTRACT

The results of studies on the intensification and improvement of the filtration process of potassium chloride concentrate and halitic tailings of sylvinite of the Tyubegatan deposit by introducing an additional stage of deposition of fine fraction of sludge from the mother liquor of potassium chloride concentrate in the degassing tank in the presence of polyacrylamide and supplying the clarified solution to the first enumeration chamber of the flotation machine and mother liquor after separation of halite waste in the degassing tank, instead of the tank of halite waste. This allows you to improve filtration rates, reduce the amount of sludge coming from potassium chloride concentrate, and maintain humidity of no more than 6-7%.

Ключевые слова: концентрат, хлорид калия, галитовые отходы, флотационная машина, суспензия, фильтрация, влажность, шлам, дегазации.

Keywords: concentrate, potassium chloride, halite waste, flotation machine, suspension, filtration, moisture, sludge, degassing.

Введение. Узбекистан – агропромышленная республика, располагающая всего 14% орошаемых земель от общего количества земель сельскохозяйственного назначения [1]. Именно на орошаемых землях получает основную сельскохозяйственную продукцию. Благодаря применению минеральных удобрений достигаются высокие урожаи. Эффективность применения минеральных удобрений, химических средств защиты растений, физиологически активных препаратов выражается не только в повышении урожайности и сохранении продукции, но и в значительном росте производительности труда. Поэтому во всем мире наблюдается тенденция роста производства и применения минеральных удобрений [4; 6; 10; 11]. Республика располагает крупной отраслью, производящей азотные, фосфорные и калийные удобрения [7].

Соединения калия находят широкое применение в различных областях народного хозяйства: черной и цветной металлургии, производстве строительных материалов, пиротехнике, электрохимии, фотографии, текстильной, стекольной, фармацевтической, целлюлозно-бумажной, химической промышленности и др. [14]. Однако лишь 5-6% выпускаемой калийной продукции используется в промышленных целях, остальная применяется в сельском хозяйстве в качестве минеральных удобрений [12; 13]. Поэтому развитие калийной промышленности тесно связано с запросами и уровнем развития сельского хозяйства.

Хлористый калий является основным калийным удобрением, применяемым в сельскохозяйственном производстве Узбекистана [8]. После ввода в 2014 году второй очереди ООО «Дехканабадский калийный завод» мощности производства хлористого калия составляют 600 тыс. т в год. Эксплуатация первой очереди завода выявила существенные недостатки в технологической схеме флотационного хлористого калия из сильвинитов Тюбегатанского месторождения, а именно: недостаточная эффективность процессов обесшламливания руды в гидроциклонах и, соответственно, повышенное содержание не растворимых в воде примесей в крупной и тонкозернистой фракциях измельчительной руды, ухудшение технологических показателей процессов фильтрации концентрата хлорида калия и галитовых отходов и повышение их влажности по сравнению с проектными показателями [2; 5]. Так, при гидромеханическом обесшламливании сильвинитовых руд Тюбегатанского месторождения с содержанием 28-30% хлористого калия и 2,39-2,74% не растворимого в воде остатка в питании сильвиновой флотации составляет 1,94-2,06% с повышением до 3,03%, тогда как по проекту этот показатель должен составлять не более 1,4%.

Методы исследования. По существующей схеме на ленточный фильтр поступает пульпа после третьей перечистки из флотомашины. Концентрат хлорида калия влажностью 6-7% с помощью ленточного конвейера направляется на сушку, а фильтрат (маточный оборотный раствор) возвращается на первую перечистку для разубоживания концентрата после основной флотации. Фильтрат содержит до 1% мелкой фракции шлама, что плохо влияет на процесс флотации. Определение технологических показателей процессов и состава продуктов проводили известными методами [3; 9].

Результаты и обсуждение. При многократном использовании маточного раствора после отделения концентрата хлорида калия количество мелкодисперсных частиц шлама в растворе увеличивается, и при фильтрации они забивают поры фильтровальной ткани. В результате влажность продукта повышается, а в процессе сушки образуются комки. Это ухудшает один из основных показателей товарных свойств – рассыпчатость.

В таблице 1 приведены данные влияния температуры и кратности использования маточного раствора на скорость фильтрации концентрата хлорида калия и содержание влаги по существующей схеме.

С повышением температуры с 20 до 60°С скорость фильтрации при разрежении 300 мм рт. ст. повышается с 2083,0 до 2491,6 кг/м²·ч по пульпе и с 1114,4 до 1333,0 кг/м²·ч по сухому остатку. Заметное влияние на скорость фильтрации и содержание влаги в шламе оказывает разряжение, создаваемое при фильтрации.

Таблица 1.

Влияние температуры и кратности использования маточного раствора на скорость фильтрации концентрата

При разряжении 200 мм рт. ст. скорость фильтрации по пульпе при 60°С составляет 2195,4 кг/м²·ч, тогда как при разряжении 500 мм рт. ст. этот показатель достигает 3977,7 кг/м²·ч. При этих показателях влажность концентрата хлорида калия снижается с 7,6% до 6,6%.

Повышение кратности использования маточного раствора с одного до пяти существенно влияет на скорость фильтрации. Если при 20°С скорость фильтрации по пульпе составляет 2083,0 кг/м²·ч, то после пятикратного использования фильтрата скорость фильтрации снижается до 1372,6 кг/м²·ч, или на 34,1%.

При трехкратном использовании снижается на 22,14%. Влажность осадка концентрата хлорида калия при этом повышается с 7,3% до 9,4% при пятикратном использовании маточного раствора и до 8,3% при трехкратном.

Для снижения влажности концентрата и улучшения процесса фильтрации внесены изменения в технологическую схему (рис. 1). Маточный раствор после фильтрации направляется в дегазационный бак, где под действием полиакриламида суспензия сгущается, а осветленный раствор поступает в первую перечистную камеру флотомашины. Сгущенный осадок направляется в имеющийся отстойник. В результате резко уменьшается количество шлама, поступающего с концентратом, улучшаются показатели фильтрации, влажность составляет не более 6-7%, снижаются расходы тепловой энергии на сушку, улучшаются товарные свойства хлористого калия.

По существующей схеме отделения галитовых хвостов от маточного раствора предусматривается фильтрация пульпы на ленточном фильтре. Галитовые хвосты влажностью 6-7% направляются в хвостохранилище. Маточный раствор проходит через дегазационный бак и собирается в промежуточной емкости. Фильтрат содержит до 1,1% мелкодисперсных частиц шлама. Этот раствор используется для разубоживания сгущенного осадка галитовых хвостов после флотомашины перед подачей на фильтрацию.

Рисунок 1. Технологическая схема интенсификации процесса фильтрации концентрата хлористого калия

В таблице 2 приведены результаты влияния температуры и кратности использования маточного раствора на скорость фильтрации галитовых отходов и содержание в них влаги.

С повышением температуры с 20 до 60°С скорость фильтрации при 300 мм рт. ст. повышается с 1329,8 до 1758,8 кг/м²·ч по пульпе и с 711,4 до 940,9 кг/м²·ч по сухому остатку. При разряжении 200 мм рт. ст. скорость фильтрации по пульпе при 60°С составляет 1447,0 кг/м²·ч, тогда как при разряжении 500 мм рт. ст. этот показатель достигает 3319,2 кг/м²·ч. При этих показателях влажность галитовых отходов снижается с 7,6,% до 6,6%.

Повышение кратности использования маточного раствора с одного до пяти существенно влияет на скорость фильтрации. Если при 20°С скорость фильтрации по пульпе составляет 1329,8 кг/м²·ч, то после пятикратного использования фильтрата скорость фильтрации снижается до 876,3 кг/м²·ч, или на 34,1%. При трехкратном использовании снижается на 22,14%. Влажность осадка галитовых отходов при этом повышается с 7,7% до 9,8% при пятикратном использовании маточного раствора и до 8,3% при трехкратном. Для снижения влажности и улучшения процесса фильтрации галитовых отходов в технологическую схему внесли изменения. 

Таблица 2.

Влияние температуры и кратности использования маточного раствора на скорость фильтрации галитовых отходов

Технологическая схема повышения фильтрации галитовых отходов приведена на рисунке 2. Маточный раствор после фильтрации направляется в бак дегазации шлама вместо бака дегазации отходов и вместе со сливом с гидроциклонов направляется в отстойник. В отстойник добавляют полиакриламид для быстрейшего осаждения частиц, взвеси. Осветленный раствор подают на разубоживание сгущенного осадка галитовых отходов. Исключение из технологической нитки бака дегазации и промежуточной емкости для маточного раствора галитовых отходов позволяет улучшить технологические показатели процесса фильтрации.

Рисунок 2. Технологическая схема интенсификации фильтрации галитового хвоста

В результате резко уменьшается количество шлама, подаваемого на фильтровальную ткань, влажность хвостов снижается до требуемых 6-8%, уменьшается количество расходуемой технической воды и, соответственно, расход сильвинитовой руды, что приводит к повышению степени извлечения хлорида калия из руды.

Заключение. Таким образом, проведенные усовершенствования процесса фильтрации концентрата хлористого калия и галитовых хвостов позволяют выйти на технологические показатели, заложенные в проекте, по содержанию влаги (6-8%) в продуктах, снизить содержание мелкой фракции шламов до 0,3-0,5% и повысить показатели фильтрации до 1100-1200 кг/м² ч по сухому хлориду калия и до 900-1000 кг/м²ч по галитовым отходам. Улучшаются товарные свойства продукционного хлористого калия.

Список литературы:
1. Беглов Б.М., Намазов Ш.С. Фосфориты Центральных Кызылкумов и их переработка. – Ташкент: Ин-т общей и неорганической химии АН РУз, 2013. – 460 с.
2. Бурриель-Марти Ф., Рамирес-Муньос Х. Фотометрия пламени. – М.: Мир, 1972. – 520 с.
3. Исследование процесса обесшламливания низкосортных сильвинитовых руд Тюбегатанского месторождения / М.А. Самадий, А.Н. Бобокулов, М.С. Росилов и др. // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2016. № 9 (30) [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/3583 (дата обращения: 04.07.2019).
4. Кудинова О. Минеральные удобрения. Тенденции и прогнозы // The Chemicval journal. – 2010. – № 5. – С. 44-47.
5. Методы анализа комплексных удобрений // М.М. Винник, Л.Н. Ербанова и др. – М.: Химия, 1975. – 218 с.
6. Мирзакулов Х.Ч. Физико-химические основы и технология переработки фосфоритов Центральных Кызылкумов. – Ташкент, 2019. – 424 с.
7. Обзор состояния экономики и основных направлений внешнеэкономической деятельности Республики Узбекистан. – Ташкент: Торговое представительство Российской Федерации в Республике Узбекистан, 2016. – С. 44-45.
8. Постоянный технологический регламент производства хлористого калия из сильвинитовой руды флотационным методом «Дехканабадского завода калийных удобрений» (Утв. 31.12.2017 г.). – 81 с.
9. Самадий М.А., Бобоев А.Х., Мирзакулов Х.Ч. Исследование по повышению эффективности процесса обесшламливания сильвинитовой руды Тюбегатанского месторождения // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2017. № 2 (35) [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/4277 (дата обращения: 04.07.2019).
10. Abbas G., Aslam M., Malik A.U., Abbas Z., Ali M. and Hussain F. Potassium sulfate effects on grows and yield of mungbean under arid climate. Internatinal Journal. Agric. Sci. 2011. Vol. 3. № 2. Р. 72-75.
11. Heffer P. and Prud’homme M. Fertilizer outlook 2015-2019. International Fertilizer Industry Association (IFA), 83rd IFA Annual Conference Istanbul (Turkey), 25-27 May 2015. Р. 1-8.
12. Johnston A.E. Understanding potassium and its use in agriculture. European fertilizer manufacturers assosiation. 2013. Р. 16-17.
13. Mineral commodity summaries 2012. U. S. Geological Survey. 2012. Р. 122.
14. Perucca C.F. Potash Processing in Saskatchewan: A rewiew of process technologies. CIM Bulletin 96 (1070). 2003. Р. 61-65.