高含泥钾矿中矿泥分离技术及机理研究

摘要

钾是肥料三要素之一，对于农作物的增产增收具有重要作用。目前，世界上超过80%的钾是通过浮选法进行生产，中国最主要的氯化钾生产基地是青海省。然而，由于多年的过度开发，导致剩余钾矿中矿泥含量很高，这部分钾矿很难用传统的方法生产氯化钾。钾矿中存在的大量矿泥不仅阻碍了氯化钾与浮选药剂的吸附，降低氯化钾的浮选效率，而且会使氯化钾的浮选药剂消耗倍增，生产成本增加。目前，对于钾矿的脱泥有一些报道，但针对矿泥含量在40%以上的脱泥技术研究报道很少。青海省马海盐湖所赋存的固体钾矿是一种较为典型的高含泥的固体钾矿，本文以该地区的高含泥钾矿为研究对象，在对含泥钾矿矿质分析的基础上，采用机械和浮选相结合的方法对矿泥进行分离。 （1）以青海省柴达木盆地马海盐湖典型的高含泥钾矿为研究对象，在对含泥钾矿进行分级筛分的基础上，通过使用XRD、SEM和XRF等仪器对钾矿和矿泥分布规律、形貌特征和矿泥组成进行分析。结果显示，马海盐湖含泥钾矿主要是由盐类矿物和泥（水不溶物）杂质组成，其中约72%的矿泥（水不溶物）存在于粒径小于150微米的矿物之中，而约90%的有效矿石（KCl）分布在粒径大于150微米的矿物中。钾矿中矿泥大致组成为长石占30-45%，粘土占20-40%(高岭土和别的层状硅酸盐)，石英占10-20%，硫酸钙和碳酸钙矿物占5-10%。矿泥多充填于盐类矿物粒晶间或单独以微薄夹层分布，少量被盐类矿物包裹，以微细粒的状态赋存。 （2）在对钾矿和矿泥组成和分布规律研究的基础上，分别选用筛分、旋流和筛分-旋流组合工艺进行机械脱泥，并考察了工艺参数对脱泥效率的影响，确定机械脱泥的合理工艺。结果表明，旋流-筛分工艺为适合高含泥钾矿的脱泥工艺。氯化钾品位在8%、泥含量为40%的矿物可变为氯化钾品位为20%、泥含量为10%的钾矿；氯化钾含量在4%、泥含量为50%的矿物可变成氯化钾含量为14%、泥含量为15%的钾矿，脱泥效果良好。在对含泥钾矿使用旋流-筛分工艺进行脱泥后，得到的钾矿在正浮选生产氯化钾车间进行工业化实验研究，结果表明外排尾液、尾固中氯化钾含量均较低，整个过程中氯化钾的回收率为53.3%。 （3）含泥钾矿经过机械脱泥后剩余的矿泥仍然会对氯化钾浮选过程产生影响，进一步以煤油为捕收剂采用浮选手段进行脱泥。重点考察了不同乳化方式对煤油浮选矿泥的影响，确定了浮选脱泥的工艺条件。结果表明，使用煤油乳液对机械脱泥后的钾矿进行进一步脱泥浮选实验，脱泥效率能够达到90%以上。结合矿物粒度对氯化钾浮选的影响确定了含泥钾矿浮选脱泥的给矿粒径为120-150微米，表面活性剂的添加浓度为5%。在上述条件下，使用浮选脱泥后的钾矿进行浮选氯化钾，氯化钾浮选回收率可以达到80%以上。 （4）采用接触角和红外光谱等手段，对矿泥捕收剂的浮选脱泥机理进行了研究，阐明矿泥能够被选择性分离的机理，由于矿泥的主要成分是长石，所以论文以钾长石和钠长石作为研究对象。结果表明，表面活性剂分子会在钾长石和钠长石固体表面吸附，而在氯化钾晶体表面基本不会发生吸附。当长石固体表面吸附表面活性剂分子后，钾长石表面的空气接触角由19°变为29°，钠长石表面的空气接触角由17°变为24°，长石表面的煤油接触角由160°-165°变成50°-60°，而在氯化钾晶体表面的接触角基本不会发生变化。这说明表面活性剂分子会选择性的吸附在长石固体表面，使长石固体表面变得更加的疏水，这样便会促进煤油在长石表面的铺展。通过这种方式，矿泥便被选择性的浮选出来。 （5）矿泥浮选捕收剂煤油乳液的稳定性对脱泥效率有重要的影响，论文采用粒度测量、表面张力和界面张力以及显微镜观察等手段对其进行了研究。结果表明，水中和氯化钾饱和溶液中的临界胶束浓度（CMC）值分别为0.005%和0.0003%。表面活性剂分子在溶液中的胶束形成自由能（-G0mic）和吸附自由能（-G0ad）都是负值，说明表面活性剂分子在溶液中气/液界面发生的吸附过程和在溶液中胶束的形成过程都是自发形成的。MR-1表面活性剂分子在氯化钾饱和液中CMC和-G0mic值较小，这主要是由于氯化钾饱和液中离子强度较大，表面活性剂分子亲水端的双电层结构被压缩引起的。随着表面活性剂浓度的增加，煤油和两种溶液之间的界面张力会逐渐降低。在氯化钾饱和溶液中的界面张力更低，而且CMC值更小，这主要也是由于氯化钾饱和溶液中双电层被压缩后有助于表面活性剂分子在煤油-溶液界面的吸附引起的。表面活性剂浓度对煤油乳液稳定性测量结果表明当表面活性剂浓度为5%时，乳液在很长时间内不会发生明显的相分离。通过使用显微镜对煤油乳液微观形态的观察表明表面活性剂浓度为5%时，观察到的乳液液滴比较均匀并且分散较好，因此，矿泥浮选捕收剂煤油乳液中表面活性剂的浓度应选为5%，这也与浮选实验的结果一致。 本研究工作不仅可以为含泥钾矿的高效脱泥提供一定的理论基础和工业化指导，而且能够对其它矿物的脱泥提供借鉴。

目录

第一章 文献综述

1.1 研究背景

1.2国内外氯化钾生产工艺概述

1.2.1国外氯化钾生产工艺概述

1.2.2国内氯化钾生产工艺概述

1.3矿泥对浮选的影响及脱泥技术研究

1.3.1 矿泥对浮选过程的影响

1.3.2脱泥技术研究进展

1.3.3 浮选脱泥捕收剂

1.3.4浮选脱泥机理研究

1.4 本文主要研究内容

第二章 钾矿矿质组分分析

2.1原料和实验方法

2.1.1 实验原料

2.1.2实验仪器

2.1.3实验方法

2.2 结果与讨论

2.2.1含泥钾矿分级筛分

2.2.2钾矿和矿泥的形貌分析

2.2.3 钾矿矿泥组成成分分析

2.2.4钾矿矿泥粒度分布分析

2.3 本章小结

第三章 含泥钾矿机械脱泥工艺研究

3.1原料和实验方法

3.1.1 实验原料

3.1.2 实验仪器

3.1.3 实验方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 筛分脱泥实验研究

3.2.2 旋流脱泥实验研究

3.2.3旋流-筛分脱泥实验研究

3.2.4正浮选生产氯化钾的工业化试验

3.3 本章小结

第四章 改性煤油乳化捕收剂浮选脱泥技术研究

4.1 原料和实验方法

4.1.1 实验原料

4.1.2实验仪器

4.1.3 实验方法

4.2结果与讨论

4.2.1 矿泥含量对氯化钾浮选的影响研究

4.2.2改性煤油乳化捕收剂浮选矿泥的研究

4.2.3浮选工艺条件优化

4.2.4浮选脱泥后钾矿浮选氯化钾实验研究

4.3本章小结

第五章 改性煤油乳化捕收剂选择性浮选矿泥的机理研究

5.1原料和实验方法

5.1.1 实验原料

5.1.2实验仪器

5.1.3 实验方法

5.2结果与讨论

5.2.1表面活性剂（乳化剂）吸附性能研究

5.2.2矿物表面的疏水性研究

5.2.3 固体表面自由能

5.3 本章小结

第六章 改性煤油乳液捕收剂的稳定性分析

6.1 原料及实验方法

6.1.1 实验原料

6.1.2实验仪器

6.1.3实验方法

6.2结果与讨论

6.2.1 表面张力

6.2.2界面张力

6.2.3煤油乳液的粒径分布

6.2.4煤油乳液稳定性

6.2.5煤油乳液形态

6.3本章小结

第七章 结论与建议

7.1 研究结论

7.2创新点

7.3建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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