Повышение эффективности процесса обесшламливания высокоглинистой сильвинитовой руды

53



55



6











59









50



РЕФЕРАТ

Выпускная квалификационная работа бакалавра 59 стр., 9 рис., 10 табл., 25 источников.

СИЛЬВИНИТОВАЯ РУДА, ГЛИНИСТО-КАРБОНАТНЫЕ МИНЕРАЛЫ, ГРАВИТАЦИОННОЕ ОБЕСШЛАМЛИВАНИЕ, КОЛОННАЯ МАШИНА МПСГ, ФЛОТАЦИОННОЕ ОБЕСШЛАМЛИВАНИЕ

Целью работы является повышение эффективности процесса обесшламливания высокоглинистой сильвинитовой руды.

Для достижения поставленной цели предлагается модернизировать колонную машину. Результатом предлагаемой реконструкции является повышение эффективности процесса обесшламливания, снижение содержания KCl в шламовом продукте.

В выпускной квалификационной работе выполнен теоретический анализ процесса флотации; произведен расчет качественно-количественной схемы отделения обесшламливания сильвинитовой руды; выполнены расчеты колонной машины, подобрано и рассчитано вспомогательное оборудование.

Описаны мероприятия по охране труда на производстве.

Технико-экономические расчеты показали, что мероприятия, предлагаемые в работе, являются экономически целесообразными.

Предлагаемые технические решения могут быть использованы при внедрении схемы дополнительного обесшламливания на сильвинитовой обогатительной фабрике БКПРУ-2.






5Оглавление

	ВВЕДЕНИЕ	6

	1. ОБЗОР И АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ ИНФОРМАЦИИ	8

	1.1 Депрессия глинистого шлама	8

	1.2 Флотационное обесшламливание	9

	1.3 Гравитационное обесшламливание	10

	1.4 Технологические схемы обесшламливания сильвинитовой руды	11

	2. ХАРАКТЕРИСТИКА ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ	17

	3. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНОГО СЫРЬЯ, МАТЕРИАЛОВ, ЭНЕРГОРЕСУРСОВ	20

	4. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА	21

	4.1.  Обесшламливание сильвинитовой пульпы	21

	5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ	24

	5.1. Расчет диаметра пузырька воздуха	24

	5.2. Расчет скорости всплывания пузырьков воздуха	25

	6. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС	29

	6.1. Расчет качественно-количественной схемы до модернизации МПСГ	29

	6.2. Расчет качественно-количественной схемы после модернизации МПСГ	32

	7. УДЕЛЬНЫЕ РАСХОДЫ СЫРЬЯ, МАТЕРИАЛОВ И ЭНЕРГОРЕСУРСОВ	36

	8. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ И ЕГО РАСЧЕТ	37

	8.1. Расчет колонной машины МПСГ	37

	8.2. Расчет флотомашины ФМ-7,4 КС	41

	9. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА	43

	9.1. Опасные и вредные производственные факторы	43

	9.2. Мероприятия по технике безопасности	45

	9.3. Экологическая оценка технологического процесса	46

	10. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРЕДЛАГАЕМЫХ МЕРОПРИЯТИЙ	48

	10.1. Расчет капитальных вложений	48

	10.2. Оценка влияния реализации проекта на себестоимость продукции	48

	10.3.Оценка влияния реконструкции на экономическую эффективность производства	53

	ЗАКЛЮЧЕНИЕ	56

	БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК	57





ВВЕДЕНИЕ

Калий – питательный элемент, необходимый и незаменимый для развития растений. Он способствует поддержанию водного баланса тканей, уравновешиванию темпов дыхания и фотосинтеза, обеспечивает функционирование 60 важнейших ферментных систем в растительном организме обеспечивающих образование высокомолекулярных углеводов, белков и витаминов. Растения, обеспеченные калием, становятся более устойчивыми к избытку и недостатку влаги, повышенным и пониженным температурам, повышается их устойчивость к поражению болезнями и вредителями.

Хлорид калия имеет широкое применение в сельском хозяйстве, является сырьем для промышленного производства других соединений калия – Ka2SO4, КОН, КСlO3, К2СО3, KCN, КNО3 и пр. – применяемых во многих отраслях промышленности: стекольной, парфюмерной, лакокрасочной, консервной, кожевенной, фармацевтической. Но основное применение хлорид калия нашел в качестве удобрения. 

Калий входит в состав многих минералов и пород. Основными источниками получения соединений калия служат водорастворимые калийные соли. По составу калийные руды можно условно разделить на следующие группы: 

Сильвинитовые руды, в состав которых входит сильвин – KCl, галит – NaCl и нерастворимый в воде остаток. 

В Березниках на базе Верхнекамского месторождения работают четыре калийных рудоуправления, входящих в ПАО «Уралкалий». На сильвинитовой обогатительной фабрике БКПРУ-2 хлорид калия производитсяфлотационным способом[1].

Процессобработки сильвинитовой руды на сильвинитовой фабрикетребует повышения эффективности процесса обесшламливания, что является основным критериемроста извлечения полезного компонента из руды и получения большего количества хлорида калия без значимых капитальных затрат.

Одной из проблем стадии обесшламливания на фабрике БКПРУ-2 являются колонные машины МПСГ, в которых осуществляется переработка сливов первой и второй стадий гидромеханического обесшламливания. Машины МПСГ характеризуются низким извлечением нерастворимого остатка в пенный продукт и потерями KCl со шламами.

Цель выпускной квалификационной работы – повышение эффективности процесса обесшламливания сильвинитовой руды. Для достижения поставленной цели предлагается стабилизировать процесс флотации в колонных машинах МПСГ путем распределения исходного питания (сливов гидроциклонов первой и второй стадий механического обесшламливания) по камерам колонной машины с обеспечением выгрузки камерного продукта из каждой камеры.

Результатом предлагаемой модернизации является снижение содержания н.о. в камерном продукте и увеличение селективности флотации. 








1.ОБЗОР И АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Флотационное обогащение сильвинитовых руд является основным методом производства хлорида калия на отечественных и зарубежных калийных предприятиях. В настоящее время наблюдается тенденция снижения качества исходного сырья, в сильвинитовых рудах Верхнекамского месторождения возрастает содержание хлоридов натрия, магния и примесей водонерастворимых веществ. Шламы отрицательно влияют на процессы сильвиновой флотации и обезвоживания. Обладая большой удельной поверхностью и повышенной активностью, шламы поглощают значительную часть вводимого реагента собирателя сильвина (амина), снижают скорость флотации сильвина, налипают на поверхность частиц сильвина, затрудняя их флотацию, и загрязняют концентрат. 

Учитывая отрицательное влияние н.о. на процесс сильвиновой флотации, технологическая схема обогащения предусматривает предварительное обесшламливание руды [1].

Различают следующие способы обесшламливания сильвинита [1]:

–	депрессия глинистого шлама;

–	флотационное обесшламливание;

–	механическое обесшламливание;

–	комбинированные способы.

Применение того или иного способа обесшламливания сильвинитовых руд зависит от содержания в них нерастворимого остатка (Н.О.) [1].

1.1 Депрессия глинистого шлама

Депрессия глинистого шлама основана не на выделении глинистого шлама, а на подавлении его флотации с помощью реагентов-депрессоров. Такие реагенты гидрофилизируют поверхность минералов нерастворимого остатка и «экранируют» её от сорбции собирателя [2].

В качестве реагентов-депрессоров известно применение карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и крахмала [3]. Недостатком этих регентов является высокая стоимость и низкая эффективность их действия в присутствии в жидкой фазе хлористого магния.

С целью повышения флотируемости полезного минерала в присутствии глинисто-карбонатных шламов предложено осуществлять флотацию с использованием в качестве реагента-депрессора модифицированной карбамидо-формальдегидной смолы МКС 10П (ТУ 13-7309005-628-85), получаемой путем синтеза мочевины формальдегида и полиэтиленполиамина при весовых соотношениях соответственно 1:1,12:0,05 - 1:2,70:0,30 [4].

В настоящее время на фабрике БКПРУ-2 осуществляется флотация с использованием в качестве реагента-депрессора модифицированной карбамидо-формальдегидной смолы КС-МФ (ТУ 2223-024-00203803-2000), получаемой путем поликонденсации карбамида формальдегидом  и полиэтиленполиамином [5].

Депрессия глинистого шлама связана с использованием дорогостоящих реагентов, поэтому может применяться лишь при небольшом содержании н.о. в руде, или в сочетании с другими способами [2].

1.2 Флотационное обесшламливание

Флотационное обесшламливание – метод выделения глинистого шлама, основанный на флотации минералов н.о., а минералы KCl и NaCl при этом переходят в камерный продукт. Шламовая флотация осуществляется с использованием реагента-собирателя и флокулянта [2].

В работе [6] предложены реагентные режимы, повышающие эффективность флотационного выделения водонерастворимых примесей из руды с использованием оксиэтилированного алкилфенола, получаемого алкилированием фенолов олефиновыми фракциями С8 – С14 и содержащего 25 оксиэтильных групп (торговое наименование продукта Неонол АФ 9-25).

В качестве реагентов-собирателей шламов предложены высокооксиэтилированные амины различного состава с количеством оксиэтильных групп 25 – 30 (реагент этомин НТ/40), позволяющие увеличить эффективность и селективность флотационного обесшламливания сильвинитовых руд с высоким содержанием нерастворимого остатка, а также улучшить кинетику флотации силикатно-карбонатных примесей [7].

В настоящее время на отечественных флотационных фабриках применяют регенты Неонол АФ 9-25 и этомин НТ/40.  В качестве флокулянтов применяют высокомолекулярные полиакриламидные соединения. Флокулянты способствуют укрупнению частиц глинистого шлама (флокуляция), что интенсифицирует процесс флотации минералов н.о. и снижает расход реагента-собирателя [2].

На отечественных фабриках флотационное обесшламливание осуществляется преимущественно в механических флотомашинах ФМ – 6,3 КС, конструктивной особенностью которых является наличие решетки и циркуляционного кармана.

На зарубежных фабриках процесс флотационного обесшламливания осуществляется с использованием колонных машин, например, на фабрике Боулби в колонной машине Джеймсона проводится совместная одностадийная флотация минераловн.о. и тонкодисперсного сильвина при использовании крахмала и ацетата амина [1].

Преимуществом флотационного метода обесшламливания является высокая эффективность выделения н.о., недостатками – высокое потребление электроэнергии, затраты на реагенты.

1.3 Гравитационное обесшламливание

Гравитационное обесшламливание сильвинитовой руды основано на различной крупности частиц KCl/NaCl и частиц нерастворимого остатка.

Основное оборудование гравитационного обесшламливания гидроциклоны различного диаметра (750, 500, 350 мм) с углом конусности 20 град [1].

Главной действующей в гидроциклоне силой является центробежная сила инерции, возникающая при вращении суспензии благодаря тангенциальной подаче питания и осевой разгрузке продуктов. Под действием центробежной силы более крупные и более тяжелые частицы твердого отбрасываются к стенке корпуса гидроциклона и затем разгружаются через песковую насадку, а более тонкие и легкие частицы выносятся со сливом [8].

Кроме того, для механического обесшламливания применяют следующее оборудование [1]:

- гидросепараторы, в которых относительно крупные и тяжелые частицы оседают снизу, а основная часть жидкости переливается через специальное устройство в верхней части аппарата. При этом восходящий поток жидкости уносит с собой мелкие частицы нерастворимого остатка;

- сепараторы кипящего слоя, в которых руда очищается восходящим потоком чистого рассола. При этом грубые частицы KCl/NaCl остаются во взвешенном слое на нижней части устройства, а мелкие частицы н.о. выводятся с жидкой фазой сверху.

К преимуществам гравитационного обесшламливания следует отнести отсутствие применения реагентов, отсутствие движущихся частей, а следовательно, и затрат энергии, простоту эксплуатации оборудования. Однако, схемы на основе гравитационного обесшламливания имеют значительно меньшую эффективность разделения по н.о. и больший расход оборотного раствора [3].

Для повышения эффективности применяют многостадийное гравитационное обесшламливание. Многостадийное гравитационное обесшламливание сильвинитовых руд Верхнекамского месторождения затруднено в связи с их высокой шламуемостью (образованием тонких частиц), что отрицательно сказывается на показателях процесса [1].

Комбинированный метод обесшламливания представляет собой сочетание гравитационного обесшламливания и последующей флотации песков гидроциклонов. Возможно также комбинирование методов механического обесшламливания, шламовой флотации и депрессии н.о. Такой метод применяется при обогащении руд с высоким содержанием н.о.

1.4 Технологические схемы обесшламливания сильвинитовой руды

На зарубежных калийных фабриках отдается предпочтение гравитационному методу многостадийного обесшламливания, что, по-видимому, можно объяснить более низкой шламуемостью руд в сравнении с верхнекамскими сильвинитами [1].

На флотационных фабриках г. Соликамск обесшламливание руды, содержащей не более 3% н.о., осуществляют флотационным способом. Так, например, на фабрике СКРУ-2 шламовую флотацию осуществляют в механических флотомашинах ФМ-6,3 КС с объёмом каждой камеры 6,3 м3 или 7,2 м3 (с углубленной камерой). Для интенсификации процесса флотации глинистых шламов в пульпу вводят водный раствор полиакриламида и водный раствор Неонола [9].

Авторы патента [10] предлагают осуществлять обогащение калийных руд, содержащих не более 2% н.о. без предварительной шламовой флотации путем предварительной обработки водонерастворимых примесей в питании основной и перечистных флотаций сильвина органическим реагентом-депрессором (смола КС-МФ) с последующим флотационным выделением шламов из промпродуктов перечистных флотаций сильвина. Способ позволяет увеличить извлечение KCl в концентрат и уменьшить количество жидких отходов производства, что улучшает экологию обогащения калийных руд.

На фабрике БКПРУ-2 ПАО «Уралкалий» используется наиболее сложная схема обесшламливания, сочетающая использование гравитационного, флотационного обесшламливания и депрессии н.о. реагентами – депрессорами. Использование этой схемы обусловлено высоким содержанием н.о. в руде – до 6 %. Кроме того, в руде, добываемой в шахтных полях второго рудоуправления, содержится еще один вредный компонент – хлорид магния (до 2%) [5].

С целью снижения потерь полезного компонента при обогащении, упрощения схемы обесшламливания, повышения эффективности процессов обесшламливания и снижения затрат на производство хлористого калия предлагаются различные способы обесшламливания высокоглинистых руд. Некоторые из рассмотренных способов основаны на применении колонной флотации для обесшламливания калийных руд.

Например, авторы патента [11] предлагают проводить флотационное обесшламливание путем использования на основной стадии обесшламливания процесса колонной флотации. При обесшламливании руд с содержанием н.о. более 4,0 масс.% разгрузка машины подается на контрольную шламовую флотацию, осуществляемую либо в колонных, либо предпочтительнее в механических флотомашинах, обеспечивающих более глубокую оттирку минералов н.о. с поверхности солевых частиц и, как следствие, лучшую флотируемость сильвина. 

На применении колонной шламовой флотации основан способ обогащения калийсодержащих руд с высоким содержанием нерастворимого остатка (н.о.) [12], включающий дробление, классификацию, измельчение исходного сырья, кондиционирование рудной пульпы с флокулянтом и собирателем, однопоточное обесшламливание пульпы методом колонной шламовой флотации и последующую флотацию сильвина. Недостатком данного способа является низкая селективность процесса обесшламливания при содержании н.о. в руде более 6% и, как следствие, повышение потерь полезного компонента со шламами.

Ряд авторов предлагают раздельное многопоточное обесшламливание. Например, по способу [13] суспендированную руду направляют на предварительную классификацию с получением двух потоков, обесшламливание которых осуществляют раздельно, а подрешетный продукт предварительной классификации после обработки реагентами направляют на шламовую флотацию с получением пенного отвального шлама и камерного продукта, при этом надрешетный продукт предварительной классификации измельчают и производят его повторную классификацию, после чего подрешетный продукт повторной классификации объединяют с камерным продуктом обесшламливания, а объединенный поток рудной суспензии направляют на контрольное обесшламливание с последующей флотацией сильвина.

Авторы патента [14] предлагают следующий способ. Дробленую сухим способом руду крупностью до 20 мм суспендируют оборотным насыщенным раствором калийного производства в массовом соотношении ж: т = 1,5-2,0 и предварительно классифицируют по классу крупности 0,7 мм. Надрешетный продукт измельчают в стержневой мельнице при ж:т = 0,8-0,9 и классифицируют на первой стадии по крупности 1,0 мм при плотности питания ж:т = 1,5. Надрешетный продукт классификации крупностью -1мм при ж:т=0,8-0,9 возвращают на доизмельчение в мельницу, а подрешетный продукт крупностью -1 мм при плотности ж:т=1,5 классифицируют на второй стадии по крупности 0,7 мм при плотности продукта ж:т=2,5-3,0. Подрешетный продукт второй стадии классификации крупностью -0,7 мм объединяют с подрешетным продуктом предварительной классификации рудной суспензии (1-й рудный поток) и обрабатывают реагентами: флокулянтом, например Accofloc 110, в количестве 450 г/т н.о. в руде, собирателем, этомином НТ/40 фирмы AKZO-Nobel, в количестве 200 г/т н.о. в руде – и подают на шламовую флотацию, предпочтительно на пневматических флотомашинах, после которых получают пенный отвальный шлам и камерный продукт. Из пенного отвального шлама извлекают до 80-85% н.о. при содержании в твердой фазе не более 15% KCl. После сгущения в сгустителе отвальный шлам сбрасывают в шламохранилище. Камерный продукт обрабатывают реагентами и флотируют мелкозернистый KCl, который после обезвоживания на центрифугах и сушки является готовым продуктом.

Надрешетный продукт второй стадии повторной классификации крупностью -1,0+0,7 мм направляют на обесшламливание, которое в зависимости от содержания н.о. в руде осуществляют известными методами: гидромеханическим в гидроциклонах, гидросепараторах (н.о. в руде 2-5%), методом депрессии н.о. реагентом депрессором, например мочевино-формальдегидными смолами (н.о. в питании процесса 1-3%), либо комбинацией методов, включая шламовую флотацию.

С целью повышения эффективности обесшламливания предложены способы обесшламливания с использованием ультразвуковой обработки [15, 16].

На основании проведенного анализа литературных данных и патентного поиска можно сделать следующие выводы:

- наименее затратным способом является многостадийное гравитационное обесшламливание калийных руд, так как этот метод не требует применения реагентов, однако, в связи с повышенной шламуемостью этот способ не подходит для выделения н.о. из верхнекамских руд;

- наиболее эффективными реагентами при обесшламливании в настоящее время являются этомин НТ/40 (собиратель) и карбамидоформальдегидная смола КС-МФ (депрессор);

- рассмотренные способы раздельного обесшламливания характеризуются многопоточностью, сложностью технологической схемы, что затрудняет их реализацию в условиях многостадийного обесшламливания сильвинитовой руды. Тем не менее, схемы раздельного обесшламливания продуктов предварительной и поверочной классификации являются весьма эффективными. 

Учитывая сказанное, в основу повышения эффективности процесса обесшламливания сильвинита на БКПРУ-2 положена модернизация колонной машины МПСГ. Сущность модернизации заключается в следующем:

Модернизация колонных машин заключается в стабилизации процесса флотации в колонной машине путём распределения исходного питания по всем камерам и обеспечением выгрузки камерного продукта из каждой камеры. 

Распределение питания по камерам МПСГ с раздельной разгрузкой каждой камеры обеспечивает противоток пульпы и воздуха и, следовательно, повышает удельную производительность аппарата. Это обусловлено низким значением инерционных сил, разрушающих флотокомплекс, высокой вероятностью столкновения частиц с пузырьками воздуха и отсутствием продольного перемешивания пульпы в камере.

 Распределение питания осуществлялось следующим образом: в 1 и 2 камеры подавали слив гидроциклонов поз. 18, в 3 камеру - слив гидроциклонов поз. 43. Испытания колонной машины показали, что третья камера при подаче на неё только слива гидроциклонов поз. 43, работает неэффективно. Поэтому, по результатам испытаний МПСГ, были выданы следующие рекомендации:

-	установить в пенных желобах колонных машин брызгалки для разрушения пены;

-	установить коллектор для смешения сливов гидроциклонов поз. 18 и поз. 43 и равномерного распределения их по всем трём камерам МПСГ.









2.ХАРАКТЕРИСТИКА ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

			Калий хлористый (хлорид калия) производят для реализации внутри страны и для поставок на экспорт.

			Калий хлористый, выпускаемый в соответствии с настоящим регламентом, должен соответствовать требованиям действующей нормативно- технической документации:

			- СТО СПЭКС 001-98 с изм. 1-10 «Калий хлористый, поставляемый на экспорт», марки Н – непылящий продукт, получаемый в результате обработки продукта марки «мелкий» реагентами-пылеподавителями;

			- ГОСТ 4568-95 «Калий хлористый» марки «мелкий»;

			-ТУ 2111-038-00203944-2003 «Концентрат минеральный «Сильвин»;

			- ТУ 2184-041-00203944-2004 с изм.1 Калий хлористый (для экспорта) марки КСl – розовый кристаллический (К2О=60 %)".

			Основные константы продукции:

			- химическая формула основного вещества (калия хлористого) – KCl; 

			- молекулярная масса – 74,555 (условные единицы);

			- плотность кристаллов  калия хлористого при  температуре 25°С изменяется в пределах - (1950 - 2000) кг/;

			- насыпная масса в зависимости от времени хранения – (900 - 1400) кг/м3;

			- температура плавления – 768 °С;

			- удельная теплоемкость в интервале температур (25 – 771)°С при постоянном давлении – 0,699 кДж/(кгК).

			Калий хлористый не образует токсичных соединений в воздушной среде, негорюч, пожаробезопасен и взрывобезопасен. Калий хлористый не относится к коррозионным веществам, а работы с ним являются безопасными с точки зрения радиации.

			Калий хлористый по степени воздействия на организм человека относится к веществам умеренно опасным – 3-ий класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76.

			Пылевидные частицы калия хлористого, попадая на раны, имеющиеся на коже, ухудшают их заживление. На неповреждённую кожу калий хлористый вредного воздействия не оказывает.

			Предельно допустимая концентрация (ПДК) пыли калия хлористого в воздухе рабочей зоны производственных помещений равна величине 5 мг/м3 по ГН 2.2.5.1313-03.

			Калий хлористый предназначен для применения в сельском хозяйстве в качестве однокомпонентного калийного удобрения (для непосредственного внесения в почву), для использования в промышленности, в том числе, для производства туковых смесей (сложных минеральных удобрений), а также для поставок на экспорт.

			Калий хлористый поставляется на экспорт по стандарту союза производителей и экспортеров калия и соли СТО СПЭКС 001-98 c изм. 1-10 и по техническим условиям ТУ 2184-041-00203944-2004 с изм. 1.

			Для выполнения требований санитарных правил, все виды продукции имеют санитарно-эпидемиологическое заключение, в том числе и по радиационной безопасности. 

			В соответствии с нормативной документацией готовый продукт должен соответствовать показателям, приведенным в таблице 1,2 [5].

Таблица 1–Технические требования, предъявляемые к продукции «Калийхлористый, поставляемый на экспорт, марка Н» по СТОСПЭКС 001 – 98

п/п

Наименование показателя

Требования и нормы

1

 Внешний вид

Мелкие зёрна различных оттенков розового и красно-бурого цвета



2



 Массовая доля калия хлористого, %, не менее

 в пересчете на К2О, %, не менее

95

60

3

 Массовая доля воды, %, не более

0,5



4



Гранулометрический состав (массовая доля     фракций): 

   - менее 2 мм, %, не менее





90

5

 Пылимость, г/кг, не более

0,20


Таблица 2 - Технические требования, предъявляемые к продукции "Калий хлористый, поставляемый на экспорт, марка Г (гранулированный продукт)" по СТО СПЭКС 001-98

п/п

Наименование показателя

Норма

1

Внешний вид

Гранулы неправильной формы от серовато-белого до красно-бурого цвета.

2

		Массовая доля хлористого калия, %, не менее



95



в пересчете на К2О, %, не менее

60

3

Массовая доля воды, %, не более

0,5

4

		Гранулометрический состав

(массовая доля фракций)



выше 4 мм, %, не более

3



от 2 до 4 мм, %, не менее

87



от 1 до 2 мм, ;%, не более

8



менее 1 мм, %, не более

в т.ч. менее 0,5 мм, %, не более

2

0,5







5

		Динамическая прочность

(массовая доля неразрушенных гранул), %, не менее

85

6

Пылимость

0,05 г/кг, не более



3.ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНОГО СЫРЬЯ, МАТЕРИАЛОВ, ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

Исходным сырьем для производства калия хлористого является руда сильвинитовая далее по тексту «сильвинит», представляющий собой дробленую  руду, в состав которой входят водорастворимые минералы, которые представлены, в основном, сильвином (KCl) и галитом (NaCl), а также примеси минеральных соединений, содержащих соли кальция, магния, нерастворимого в воде остатка и др.

Из флотационных реагентов на обогатительной фабрике используют: полиакриламид сухой, амины отечественного и импортного (Флотигам S и Армин НТ) производства, эфир гликолевый, смолу карбамидоформальдегидную  марки КС-МФ, этомин НТ/40, газойль каталитический. После сушки продукт обрабатывается реагентами – пылеподавителями (различные марки полиэтиленгликолей) и антислеживателями (калий железистосинеродистый или натрий железистосинеродистый). 

В сушильном отделении на печах «КС» в качестве топлива используются  природный газ. В качестве других энергоносителей используются пар, поступающий из парокотельного цеха, и электроэнергия – от ТЭЦ-10.

Источником промышленного водоснабжения фабрики является Верхне-Зыряновское водохранилище (пруд  № 2). В целях экономии водных ресурсов на рудоуправлении разработана и внедрена схема оборотного водоснабжения цеха[5]. 

Таким образом, БКПРУ-2 занимает выгодное географическое месторасположение, что определяется близостью источников сырья, энергетических и водных ресурсов, а выбор используемых в производстве вспомогательных материалов и реагентов обусловлен выгодным сочетанием как технологических показателей (качество, извлечение), так и экономических (низкая стоимость). 

4.ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Процесс обогащения руды в главном производственном участке осуществляется на четырёх параллельно работающих технологических секциях.

Технологическая схема в главном корпусе представлена следующими переделами:

-  мокрого измельчения и классификации руды;

-  обесшламливания руды;

-  сильвиновой флотации;

-  сгущения и обезвоживания продуктов обогащения[5].

4.1. Обесшламливание сильвинитовой пульпы

Обесшламливание сильвинитовой пульпы осуществляют по комбинированной схеме, в которой сочетают механические и флотационные способы очистки пульпы от глинисто-карбонатных минералов.

Первую стадию обесшламливания сильвинитовой пульпы производят в гидроциклонах СВП-710 поз. 18.

Сильвинитовую пульпу с плотностью (1360–1395) кг/м3 или  Ж:Т = 2,6–3,5  на I – IV  секциях из мешалки поз. 12 насосами подают в гидроциклоны поз. 18.

На каждой секции установлено по 4 гидроциклона  СВП-710 мм (два – в работе, два – в резерве). Давление пульпы на входе в гидроциклоны СВП-710 поз. 18 должно поддерживаться в пределах (100–120) кПа или (1,0–1,2) кгс/см2. Разделение пульпы в гидроциклонах происходит по классу крупности 0,2 мм.

Пески гидроциклонов поз. 18 с плотностью (1664-1750) кг/м3 или Ж:Т = 0,4–0,6 поступают в песковый желоб, где их разбавляют маточным раствором до плотности 1360 кг/м3 или Ж:Т не более 3,5 и самотеком подаются на вторую стадию механического обесшламливания, осуществляемую в гидроциклонах СВП-500 (2 – в работе, 2 – в резерве). 

Давление пульпы на входе в гидроциклоны СВП-500 должно поддерживаться в пределах (70–110) кПа или (0,7 –1,1) кгс/см2. 

Пески гидроциклонов поз. 43 с плотностью (1600–1703) кг/м3  или Ж:Т = 0,6–0,8 и камерный продукт флотационных машин шламовой флотации поз. 45 самотёком поступают в зумпф поз. 24, из которого пульпа насосами подаётся на основную сильвиновую флотацию поз. 46.

Для интенсификации процессов флотационного обесшламливания и сгущения шламов применяют флокулянт – водный раствор полиакриламида с массовой долей основного вещества 0,09 %. 

? сливов гидроциклонов поз. 18 самотёком поступают в первую камеру и ? сливов во вторую камеру колонной машины (МПСГ) поз. 21, сливы поз.43 самотеком поступают в третью камеру колонной машины.Кроме того, предусмотрено равномерное распределение сливов поз.18 и поз.43 по всем трем камерам. Плотность питания колонных машин изменяется в пределах 1261–1268 кг/м3 или Ж:Т = 15–19. В питание колонной машины МПСГ поз. 21 (в сливы гидроциклонов поз. 18 и поз. 43) подают флокулянт – водный раствор полиакриламида.

Пенный продукт колонных машин с плотностью (1294–1326) кг/м3 или Ж:Т = 5–8 самотёком поступает в сгуститель для сгущения шламов поз.25–1. Камерный продукт колонных машин с плотностью не менее 1255 кг/м3 самотёком поступает в сгустители: на I секции – поз.76а, на II секции  –  поз. 25-3, на III секции  – поз. 79, на IV секции – поз. 73. Для интенсификации процесса сгущения в питание сгустителей поз. 73, поз. 25-3, поз. 79, поз. 76а дозируют водный раствор полиакриламида.

Разгрузки радиальных сгустителей поз. 73, поз. 25-3, поз. 79, 76ас плотностью (1294-1346) кг/м3 или Ж:Т = 4–8 перекачиваются посекционно в питание основной шламовой флотации, где подвергаются процессу флотационного обесшламливания в машине флотационной ФМ-7,4 КС поз. 45, оснащённой пеногонами.

В питание шламовой флотации поз. 45 для флокуляции шламов, подают водный раствор полиакриламида, а в качестве реагента  собирателя шламов используется водный раствор этомина НТ/40 с массовой долей (1,6±0,2) %. 

Камерный продукт флотомашины поз.45, куда подаётся депрессор шламов – водный раствор карбамидоформальдегидной смолы марки КС-МФ с массовой долей основного вещества (5±1) %, самотёком поступает в зумпф поз. 24.

Пенный продукт шламовой флотации поз. 45 с 1-3-й самотёком поступает в сгуститель шламов поз. 25-1, а с 4-8-й камер подвергается перечистной операции  в четырёхкамерной флотационной машине ФМ-7,4 КС поз. 44, оснащённой пеногонами.

В питание флотационных машин поз. 44 в соответствии с режимной картой подают водный раствор ПАА с массовой долей основного вещества 0,09 %. 

Пенный продукт перечистки шламов самотёком поступает в сгуститель шламов поз. 25-1. Камерный продукт поз. 44 поступает на сгущение в сгуститель поз. 51–2. Разгрузка сгустителя поз. 51–2 возвращается в голову процесса в питание сит предварительной классификации поз. 11. Слив сгустителя вместе с пенным продуктом с поверхности сгустителя направляется в сгуститель шламов  поз. 25–1.

Дозирование водных растворов реагентов (ПАА, карбамидоформальдегидная смола и др.) и  водной эмульсии амин - газойль каталитический - вспениватель, которые предусмотрены к применению настоящим технологическим регламентом, производится в соответствии с режимными картами расхода, которые выпускаются отдельным документом для каждого реагента на период действия утвержденных норм расхода. Разработчиками режимных карт являются специалисты технического отдела, рудоуправления и УИИ [5].

5.ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

В основу флотационного метода обогащения заложены физико-химические свойства поверхностей минеральных частиц, селективно изменяемые под действием флотационных реагентов.

Флотация – это наиболее распространенный способ обогащения минерализованных руд. При флотации через пульпу обогащаемой руды продувают пузырьки воздуха. Частицы несмачиваемых минералов прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность в виде минерализованной пены, а смачиваемые частицы остаются в суспензии во взвешенном состоянии или тонут.

Флотируемость минерала зависит от степени смачивания его поверхности водой. Чем хуже минерал смачивается, тем легче пузырек воздуха вытесняет с поверхности воду, сильнее закрепляется на минерале, и выносит его на поверхность.

В теории флотации выделяют четыре стадии взаимодействия минеральных частиц и пузырьков воздуха:

- столкновение частиц с пузырьками воздуха;

- закрепление частиц на пузырьках при их столкновении;

- сохранение образовавшегося комплекса пузырек-частица;

- вынос частицы в концентрат [17].

5.1. Расчет диаметра пузырька воздуха

На обогатительной фабрике второго Березниковского рудоуправления ПАО «Уралкалий» применяется средний помол. Исходя из этого, произведем расчеты диаметров пузырьков воздуха для частиц 0,01 мм; 0,02 мм; 0,03 мм; 0,04 мм; 0,05 мм; 0,06 мм; 0,07мм; 0,08 мм; 0,09 мм; 0,1мм; 0,12 мм; 0,13 мм; 0,14 мм; 0,15 мм; 0,16 мм; 0,17 мм; 0,18 мм; 0,19 мм; 0,2мм.

Диаметр пузырька воздуха  произведем по формуле:

		;		

где	D– диаметр пузырька воздуха;

d – диаметр пузырька частицы;

E – эффект зацепления =0,413.

Рассчитаем диаметр пузырьков воздуха для всех диаметров частиц сильвина, участвующих в закрупненной флотации мелкого зерна:

	При  = 0,01 мм                            =  = 0,019057705 мм.	



5.2. Расчет скорости всплывания пузырьков воздуха

После расчета диаметров пузырьков можно произвести расчет скорости их всплывания.

? = 1,53·/с;

	U = ·;	

где 	g – ускорение силы тяжести, 9,81;

 – плотность жидкости, 1236 ;

 – плотность газа, 1,29 ;

R– радиус пузырька воздуха;

? – вязкость жидкости:

	? = ?· = 1,53··1236 = 1891· кг/м·с;	

при ==·0,019057705=0,009528853 мм;



Графически зависимость скорости всплывания воздушных пузырьков  от  их диаметрапоказана на рисунке 1.










Рисунок 1 – Зависимость скорости всплывания пузырьков воздуха от их диаметра

Зная скорость и диаметр воздушного пузырька для фракций, найдем средний минимальный диаметр частицы, которая может столкнуться с пузырьком за счет инерционных сил. Расчет произведем по формуле Ленгмюра:

	=;	

где 	 разность плотностей частицы и среды, 2000-1236 ;

U – скорость  всплывания пузырька; 

D – диаметр пузырька;

? – вязкость среды, 1891·кг/м·с;

К – число Стокса, 1,214.

== 0,003993828 м = 3,993828461мм;

Найдем «критический диаметр частиц», ниже которого силы инерции не обеспечивают сближения частицы с пузырьком. Расчет произведем по формуле:

	=·;	

где	 – разность плотностей частицы и среды, 2000-1236=764 ;

? – плотность частицы, 2000 ;

D – диаметр пузырька;

? – кинематическая вязкость среды, 1,53·/с.

==0,000523 м= 0,5229мм; (9)

Для определения максимального диаметра частицы способной удерживаться на пузырьке используют уравнение:

	sin? -.......................