固體礦溶浸開採——多元結晶製取氯化鉀的製作方法
2023-05-08 09:38:11
專利名稱：固體礦溶浸開採——多元結晶製取氯化鉀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種從固體鉀鹽礦物中直接生產氯化鉀的方法，屬於固體礦物溶解開採及加工技術領域。
目前，國內外對固體鉀鹽礦的開採有包括地下開採和露天開採的固相開採法，而液相開採則包括全溶解和選擇性溶解兩種開採法。固相開採雖然生產能力大，工效高，回採成本低，便於使用大型設備作業，但基建投資和礦石開採量大，礦石損失率和貧化率較高，地表及其植被破壞嚴重，而且在開採過程中，雜質礦物也隨有用礦物一起被開採出來，不僅對環境造成汙染和破壞，而且增加後序加工量和加工難度，因此，不適宜開採低品位的鉀鹽礦。液相開採雖然基建投資小，開採成本低，有用礦物回收率高，廢石產出量少，開採安全性高，環境汙染小，佔地面積小，對地表及其植被破壞小，但由於現有的液相開採大多用淡水作為溶劑，在採出氯化鉀的同時，仍然要採出大量的氯化鎂和氯化鈉，這對富含氯化鎂的寮國光滷石礦來說，不僅開採難度大，而且經濟效益低，尤其對環保要求較嚴的湄公河流域可謂一個難題。
本發明的目的在於提供一種投資小，成本低，回收率高，不汙染環境，不破壞地表及其植被的選擇性溶浸開採-多元結晶方法。
本發明利用光滷石加工過程中產生的廢液、廢鹽、廢水作為溶浸液，進行選擇性溶浸開採，以便在不採出氯化鈉和氯化鎂的同時，只從固體鉀鹽礦石中採出富含氯化鉀的滷液，並直接通過結晶工藝一步獲取高品質氯化鉀。
本發明通過下列工藝步驟實現它包括選擇性溶浸開採，以及將開採出來的富鉀滷水蒸髮結晶，其特徵在於選擇性溶浸開採所用的溶浸液由下列重量百分比的化學組分組成氯化鉀 ≤0.4％氯化鈉 1.8-2％氯化鎂 24.5-26％
餘量為廢鹽液及水；溶浸液溫度25-60℃；溶浸壓力孔深每下降1米，所需要表面壓力為0.115kg/cm2；溶浸液出滷量200-450m3/小時；開採出來的富鉀滷液直接經下列結晶工藝步驟1、在30-145℃溫度條件下，進行蒸髮結晶，蒸發水返回溶浸液池；結晶析出物經分離得含氯化鈉的高溫鹽和析鹽母液，高溫鹽返回溶浸池；2、在20-40℃溫度條件下，將上述析鹽母液進行冷卻結晶，析出低鈉光滷石，分離出低鈉光滷石後，得到主要成分為氯化鎂的老滷；3、在15-40℃溫度條件下，按下列重量比投料光滷石∶水∶循環母液＝1∶0.5∶4-6，進行控速分解結晶，控制攪拌速度50-100rpm，結晶反應時間60-90分鐘，分離出粗鉀後，得分解母液；4、將2步驟的老滷和3步驟的分解母液進行兌滷結晶，控制攪拌速度100-300rpm，反應時間30-70分鐘，兌滷比M25∶F＝1∶2，結晶得光滷石料漿和兌滷母液，兌滷母液返回溶浸池，光滷石料漿再返回3步驟進行控速分解結晶出粗鉀；5、將返回溶浸池的蒸發水、高溫鹽、兌滷母液配製成溶浸液後回注到礦體中進行選擇性開採。
所述溶浸液流速和流量要根據溶浸時間、溫度、採滷量等指標確定；所述溶浸液出滷量則根據生產規模確定；所述溶浸時間根據溶浸液溫度、壓力、礦物成分、溶浸液成分確定，本發明的溶浸時間4-10小時；溶浸液流速 150-250ml/分鐘；溶浸液流量 0.8-1.2m3/小時；溶浸液出滷量200-450m3/小時。
所述結晶出的粗鉀在洗滌槽中，按粗鉀∶淡水＝1∶0.3，加水進行洗滌，分離固、液相後，得優質氯化鉀，洗滌後的水返回富鉀滷水循環使用。
洗滌中的加水量按下列計算公式得出W2=Q2{(M2-M2)+(M3-M3)0.296-0.0006(t2-15)-N2}]]>式中W2粗鉀洗滌實際用水量(噸)Q2粗鉀重量(噸)M2粗鉀含氯化鈉量(噸/噸)M2精鉀中氯化鈉充許含量(噸/噸)M3粗鉀含氯化鎂量(噸/噸)M3精鉀中氯化鎂充許含量(噸/噸)t2洗滌溫度(℃)N2粗鉀含水量(噸/噸)。
所述控速分解結晶用水量按下列公式進行計算W1=Q1(M10.3541+0.00085t1-N1)]]>式中W1光滷石分解實際用水量(噸)Q1光滷石重量(噸)M1光滷石中氯化鎂含量(噸/噸)N1光滷石中含水量(噸/噸)T1分解過程的分離溫度(℃)。
所述冷卻結晶分為一段冷卻，二段冷卻，所用設備為兩級真空結晶器，並輔以冷析結晶、空氣冷卻等自然冷卻手段。
所述蒸髮結晶採用以多效強制循環蒸發為主，太陽能加熱為輔的加熱方式。
所述溶浸開採中，溶浸液各成分的要求是KCl含量越低，則採出的富鉀滷水中KCl量就越多，效益越高；NaCl含量應保持飽和或近飽和，以便不採出或少採出NaCl；MgCl2含量應接近KCl、NaCl及KCl·MgCl2·6H2O三鹽共飽和點時的MgCl2量，以便有效控制MgCl2採出量。
本發明與現有技術相比具有下列優點和效果1、用本發明配製的溶浸液進行選擇性溶浸開採固體鉀鹽礦，使有用的氯化鉀礦物溶解進入液相得富鉀滷液而被採出，且氯化鉀採收率較高，成本較低。而不需要的雜質礦物則原地留下，既不產生廢液和廢物，又不破壞地表及其植被，有利於提高經濟效益和保護生態環境；2、通過多元結晶工藝的有機與巧妙組合，不僅可充分發揮各種結晶工藝的特色與優勢，而且可反覆回收有價的氯化鉀，並獲得便於深加工的高品質、粗粒度氯化鉀產品，有效提高產品得率，降低能耗；3、結晶過程產生的鹽液再配製成溶浸液回注礦體循環開採，而廢水則返回富鉀滷液循環使用，從而不排放任何廢水和廢物，在不汙染環境的同時，有效降低了生產成本。
圖1為本發明之工藝流程圖。
下面通過實施例對本發明進行詳述。
實施例以寮國萬象鉀鹽礦的礦石為原料，其生產規模為年產10萬噸氯化鉀。礦石主要化學成分KCl 7.61-22.26％，平均15.70％，MgCl20.53-28.36％，平均21.48％，NaCl 20-30％，Br 0.2-0.3％。
礦物組成主要為光滷石(KCl·MgCl2·6H2O)、鉀石鹽(KCl、NaCl)、水氯鎂石(MgCl2·6H2O)、少量溢晶石(CaCl2·MgCl2·12H2O)。
採用雙井溶浸法開採，在首採區布置中心孔225mm鑽井兩對(4口)，以構成一個生產單元1、溶浸開採過程工藝條件溶浸液化學組分(重量百分比)氯化鉀0.1％氯化鈉2％氯化鎂25％
餘量為廢鹽液及水；溶浸液溫度45℃；溶浸液流量5m3/分鐘；溶浸時間6小時；溶浸壓力孔深每下降1米，所需要表面壓力為0.115kg/cm2，按300m孔深計，為34.7Kg/cm2；溶浸液出滷量300m3/小時；浸出液(富鉀滷液)化學成分KCl 4.18％，MgCl226.6％，NaCl 2％；2、結晶步驟2.1、將採出的富鉀滷液送入多效蒸發器，採用四效強制循環進行蒸髮結晶，其工藝參數見表1，其溫度為100℃，蒸發水返回溶浸液池；結晶析出物經沉降、離心分離後，得含氯化鈉的高溫鹽和析鹽母液，高溫鹽返回溶浸池配製溶浸液，析鹽母液送去冷卻結晶；2.2、在30℃溫度條件下進行冷卻結晶，將析鹽母液送入兩級真空冷卻結晶器中，冷卻、降溫，用地下水作冷卻劑，冷卻結晶工藝參數見表2、表3，冷析低鈉光滷石成分KCl/NaCl≥5％，NaCl≤5％，分離出低鈉光滷石後的老滷成分是；MgCl2≥34.5％；2.3、在15-40℃、常壓下進行控速分解結晶，按投料配比為光滷石∶水∶循環母液＝1∶0.5∶5，均速將光滷石加入分解結晶反應器，控制攪拌速度80rpm，結晶反應時間80分鐘，結晶析出粗鉀，用離心分離器分離出粗鉀後，得分解母液，粗鉀成分為KCl≥84％，NaCl 5％，MgCl23.6％，平均粒度0.5mm，分解母液成分為KCl 3％，NaCl 2.3％，MgCl224.5％，控速分解結晶工藝參數見表4；2.4、將2步驟的老滷和3步驟的分解母液均速加入兌滷結晶器中進行兌滷結晶，控制攪拌速度200rpm，反應時間50分鐘，兌滷比M25∶F＝1∶2，進一步將老滷和分解母液中的氯化鉀成分結晶析出，得光滷石料漿和兌滷母液，光滷石成分為KCl/NaCl≥4％，NaCl≤5％，平均粒徑0.7mm，兌滷母液成分為KCl 0.2％，NaCl 0.7％，MgCl231％，兌滷母液返回溶浸池配製溶浸液，兌滷光滷石送3步驟進行控速分解結晶出粗鉀，兌滷工藝參數見表5；2.5、將返回溶浸池的蒸發水、高溫鹽、兌滷母液用於配製成溶浸液後回注到礦體中進行選擇性開採；2.6、結晶出的粗鉀在洗滌槽中，按粗鉀∶淡水＝1∶0.3，加水進行洗滌，分離固、液相後，得優質氯化鉀，其產品成分為KCl 98％，NaCl 1％，MgCl20.3％，平均粒徑0.35mm，洗滌後的水返回富鉀滷水循環使用，粗鉀洗滌工藝參數見表6。
表1四效強制循環蒸發設計參數
表2一段光滷石冷卻結晶設計參數
表3 二段低溫鹽冷卻結晶設計參數
表4控速分解結晶工藝主要設計參數
表5 兌滷結晶工藝主要設計參數
表6粗鉀洗滌工藝主要設計參數
權利要求
1.一種固體礦溶浸開採-多元結晶製取氯化鉀的方法，它包括選擇性溶浸開採，以及將開採出來的富鉀滷水蒸髮結晶，其特徵在於選擇性溶浸開採所用的溶浸液由下列重量百分比的化學組分組成氯化鉀 ≤0.4％氯化鈉 1.8-2％氯化鎂 24.5-26％餘量為廢鹽液及水；溶浸液溫度25-60℃；溶浸壓力孔深每下降1米，所需要表面壓力為0.115kg/cm2；溶浸液出滷量200-450m3/小時；開採出來的富鉀滷液直接經下列結晶工藝步驟A、在30-145℃溫度條件下，進行蒸髮結晶，蒸發水返回溶浸液池；結晶析出物經分離得含氯化鈉的高溫鹽和析鹽母液，高溫鹽返回溶浸池；B、在20-40℃溫度條件下，將上述析鹽母液進行冷卻結晶，析出低鈉光滷石，分離出低鈉光滷石後，得到主要成分為氯化鎂的老滷；C、在15-40℃溫度條件下，按下列重量比投料光滷石∶水∶循環母液＝1∶0.5∶4-6，進行控速分解結晶，控制攪拌速度50-100rpm，結晶反應時間60-90分鐘，分離出粗鉀後，得分解母液；D、將2步驟的老滷和3步驟的分解母液進行兌滷結晶，控制攪拌速度100-300rpm，反應時間30-70分鐘，兌滷比M25∶F＝1∶2，結晶得光滷石料漿和兌滷母液，兌滷母液返回溶浸池，光滷石料漿再返回3步驟進行控速分解結晶出粗鉀；E、將返回溶浸池的蒸發水、高溫鹽、兌滷母液配製成溶浸液後回注到礦體中進行選擇性開採。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述溶浸時間、溶浸液流速和流量、溶浸液出滷量為溶浸時間4-10小時；溶浸液流速 150-250ml/分鐘；溶浸液流量 0.8-1.2m3/小時；溶浸液出滷量200-450m3/小時。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述結晶出的粗鉀在洗滌槽中，按粗鉀∶淡水＝1∶0.3，加水進行洗滌，分離固、液相後，得優質氯化鉀，洗滌後的水返回富鉀滷水循環使用。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述冷卻結晶分為一段冷卻，二段冷卻，所用設備為兩級真空結晶器，並輔以冷析結晶、空氣冷卻的自然冷卻手段。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述蒸髮結晶採用以多效強制循環蒸發為主，太陽能加熱為輔的加熱方式。
全文摘要
本發明提供一種固體礦溶浸開採——多元結晶製取氯化鉀的方法。利用光滷石加工過程中產生的廢液、廢鹽、廢水作為溶浸液，進行選擇性溶浸開採，以便在不採出氯化鈉和氯化鎂的同時，只從固體鉀鹽礦石中採出富含氯化鉀的滷液，並直接通過結晶工藝一步獲取高品質氯化鉀，同時用結晶過程的廢液配成溶浸液回注礦體循環開採，廢水則循環使用，不排放任何廢水和廢物，因此不汙染環境、不破壞地表及其植被，並有效降低生產成本。通過多元結晶工藝的有機與巧妙組合，在充分發揮各種結晶工藝的特色與優勢的同時，能反覆回收有價的氯化鉀，獲得便於深加工的高品質、粗粒度氯化鉀產品，有效提高產品得率，降低能耗。
文檔編號C01D3/06GK1490246SQ0213391
公開日2004年4月21日 申請日期2002年10月15日 優先權日2002年10月15日
發明者程忠, 李曉明, 程 忠 申請人:李曉明, 程忠