Разработка и совершенствование технологии переработки карналлитовых руд

Диссертационная работа посвящена совершенствованию существующей и разработке новых технологий переработки карналлитовых руд. Верхнекамское месторождение калийномагниевых солей является уникальным на территории России. Его запасы исчисляются в 24 млрд. т К^О и относятся к разряду калийномагниевых солей хлоридного типа. На месторождении в настоящее время эксплуатируются три пласта: сильвинитовый Красный И, сильвинитовый АВ и карналлитовый. В добываемом сильвините содержится (%): КС1 17.2−39.6, М^СЬ- 0.2−0.3, нерастворимого в воде остатка (н.о.) — 1.0−4.6, № 01- 81.6−55.5. Карналлитовая руда содержит (%): КС1- 13.4−20.6, 18- 24, и.о.- 1.5−3,.

ЫаС1- 15- 25. В пересчете на минеральный состав в карналлитовой руде содержится до 65% карналлита, 5- 15% сильвина и 15- 25% галита. Как видно, по своему составу карналлитовая руда выгодно отличается от сильвинитовой тем, что содержит больший спектр солей. Но в настоящее время ее перерабатывают только на обогащенный карналлит, используемый для производства металлического магния. Для достижения наилучших техникоэкономических показателей производства и наименьшего воздействия на экологию, необходимо комплексное использование всех компонентов руды. Таким образом, возникает необходимость в разработке технологий и организации переработки руд Верхнекамского месторождения и на другие продукты. Это позволит расширить ассортимент выпускаемой продукции. Одним из направлений решения этой задачи может явиться организация производства из карналлитовой руды, наряду с обогащенным карналлитом, хлормагниевых растворов с пониженным содержанием примесей и хлорида магния шестиводного. Последний целесообразно выпускать с повышенным качеством для увеличения рентабельности производства. В настоящее время растворы хлорида магния применяются в производстве магнезии жженой и для получения магнезиальных цементов, а хлорид магния шестиводный для получения других солей магния.

В данной работе проанализированы основные направления развития технологии обогащенного карналлита и предложены пути ее совершенствования. В литературном обзоре наряду со способами переработки карналлитовых руд и получения обогащенного карналлита для производства металлического магния рассмотрены способы получения хлормагниевых растворов и хлорида магния шестиводного. На основании анализа литературы сформулирована цель работы: повышение эффективности переработки карналлитовых руд Верхнекамского месторождения. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Усовершенствование технологии обогащенного карналлита, позволяющей увеличить выход готового продукта и улучшить его качество;

2) разработка безотходных технологий переработки карналлитовых руд, позволяющих получать новые виды продукции.

Решение поставленных целей позволит достичь максимальной степени извлечения полезного компонента из руды, расширить ассортимент выпускаемой продукции и улучшить техникоэкономические показатели как технологии производства карналлита, так и всего карналлитового комплекса.

На защиту выносятся следующие положения:

1.Результаты исследований влияния состава насыщенного раствора карналлита на состав и выход обогащенного карналлита, процесса выделения примесей из сложных растворов системы КС1- ЫаС1- СаБОдМ^СЬНгО и кристаллического хлорида магния.

2.Результаты теоретического анализа процессов массовой кристаллизации ряда продуктов в системе КС1- №С1- 1У^С12- Н2О, проведенного с использованием ЭВМ, для технологий получения обогащенного карналлита, раствора би-шофита и кристаллического хлорида магния реактивной чистоты.

3.Кинетические закономерности массовой кристаллизации хлорида магния.

4.Техно логические решения по совершенствованию производства обогащенного карналлита и созданию новых технологий получения раствора бишо-фита и кристаллического хлорида магния реактивной квалификации.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

5.5. Выводы.

1. На основании теоретического анализа и лабораторных исследований доказана принципиальная возможность и определены оптимальные параметры проведения процесса получения хлорида магния шестиводного реактивной квалификации.

2.Показано, что исходным сырьем для производства хлорида магния шестиводного может служить раствор бишофита, получаемый на карналлитовой обогатительной фабрике БПКРУ-1 АО «Уралкалий» .

3.Проведенные исследования по кинетике массовой кристаллизации MgCl2 •6Н20 показали затухающий характер осцилляции скорости генерации частиц в процессе периодической кристаллизации. Причем скорость первичной нуклеа-ции существенно выше скорости последующих процессов. Выявлен агломерационный механизм роста кристаллов, колебательный характер образования и роста частиц хлорида магния, обусловленный разрушением агломератов, достигших критических размеров. Показано, что изменение среднего размера частиц в процессе кристаллизации имеет экстремальный характер, что связано с механическим разрушением образовавшихся агломератов.

4. Установлено неоднозначное влияние скорости перемешивания на скорость образования частиц: ускорение перемешивания при медленном охлаждении, ведет к распаду образовавшихся укрупненных агломератов, а при быстром охлаждении наоборот приводит к интенсификации агломерации и слипания частиц. Варьирование скорости перемешивания значительно влияет на число получаемых частиц кристаллизата.

5. Перемешивание суспензии кристаллизанта после окончания кристаллизации, а также повышение температуры (в большей степени) интенсифицирует процесс разрушения агломерированных частиц.

6.Проведено сравнение кинетики образования частиц хлорида магния при кристаллизации с линейным и нелинейным режимами охлаждения. Показано, что при нелинейном режиме охлаждения вторичная нуклеация протекает преимущественно на образовавшихся частицах, а при линейном режиме охлажденияв объеме раствора. При этом повышение скорости охлаждения раствора увеличивает различия в количестве образующихся частиц.

7.Определены оптимальные параметры проведения процесса:

• охлаждение исходного раствора бишофита до +5 °С с последующим отстаиванием образующегося кристаллизата;

• степень испарения полученного после охлаждения раствора следует поддерживать 7−8%;

• упаренный раствор следует охлаждать до температуры не ниже 35- 40 °C.

8.На основании определенных оптимальных параметров разработана технологическая схема. Предложено производство хлорида магния шестиводного реактивной чистоты можно организовать на базе уже существующей технологической нитки получения раствора бишофита. Это позволит снизить капитальные затраты на оборудование для нового производства. Внедрение данной технологии позволит расширить ассортимент выпускаемой на карналлитовой фабрике продукции и создать гибкий комплекс технологий, позволяющий изменять качество и разновидность продуктов производства в зависимости от требований потребителей.

Заключение

.

1.Диссертационная работа посвящена повышению эффективности переработки карналлитовых руд Верхнекамского месторождения. На основании анализа научно-технической литературы определены пути и способы совершенствования технологии получения обогащенного карналлита из природных руд. Основным направлением совершенствования выбрано повышение выхода обогащенного карналлита и получение новых видов продуктов из карналлитовых руд. Проведен анализ способов и технологий получения раствора бишофита и кристаллического бишофита реактивной чистоты.

2. Разработано математическое описание процесса массовой кристаллизации солей в системе КС1- ЫаС1- 1У^С12- Н20 и проведен теоретический анализ и оптимизация процессов переработки карналлитовых руд на обогащенный карналлит, раствор бишофита и хлорид магния реактивной чистоты. На основе математической модели составлены программы расчета для вычислений на ЭВМ, позволяющие оценивать влияние состава исходной солевой системы, температурного режима кристаллизации на состав и выход кристаллизата.

3. Изучено влияние на выход обогащенного карналлита снижения конечной температуры его кристаллизации и корректировки фазового состава обогащенного карналлита путем введения в насыщенный щелок галургического хлорида калия в виде циклонной пыли. Показано, что снижение конечной температуры кристаллизации на 9−10 °С в присутствии хлорида калия позволяет увеличить степень извлечения хлорида магния из руды на 6- 8%.

4. На карналлитовой обогатительной фабрике АО УРАЛКАЛИЙ проведены опытнопромышленные испытания по получению обогащенного карналлита с пониженной конечной температурой охлаждения. Подтверждены результаты лабораторных исследований, достигнуто увеличение выхода продукта на 10−15 т/ч.

5. Разработана безотходная технология и проведены опытно-промышленные испытания получения раствора бишофита медицинского назначения из оборотных щелоков карналлитовой обогатительной фабрики АО УРАЛКАЛИИ. В ходе испытании доказана возможность получения раствора бишофита с минимальным содержанием примесей с утилизацией побочных солей в производстве обогащенного карналлита. С помощью математической модели по результатам исследований определены оптимальные условия проведения процессов технологии. Разработанная технология защищена двумя патентами и эксплуатируется на карналлитовой обогатительной фабрике Березников-ского калийного рудоуправления № 1 с 1993 г. Получаемый по этой технологии раствор бишофита согласно заключению Всесоюзного научного центра медицинской реабилитации и физической терапии рекомендован для применения в бальнеологической практике.

6. Исследована кинетика кристаллизации 1У^С12,6Н20. Изучено влияние скорости перемешивания, режима охлаждения и скорости охлаждения на скорость образования частиц М^С^'б^О. Установлено, что на кривых скорости образования частиц выделяются две осциляции, связанные с протеканием первичной нуклеации и вторичных процессов (нуклеации, агломерации, разрушения частиц). Причем, скорость первичной нуклеации существенно выше скорости последующих процессов. Выявлен агломерационный механизм роста кристаллов, колебательный характер образования и роста частиц хлорида магния, обусловленный разрушением агломератов, достигших критического размера. Показано, что, в отличии от большинства хорошо растворимых солей, изменение среднего размера частиц в процессе кристаллизации имеет экстремальный характер, что связано с механическим разрушением частиц, имеющих низкую механическую прочность. Показано, что ускорение перемешивания при медленном охлаждении, ведет к разрушению образовавшихся укрупненных агломератов, а при быстром охлаждении наоборот приводит к интенсификации агломерации частиц. Получены уравнения кинетики для описания скорости первичного и вторичного заро-дышеобразования.

7. С целью разработки технологии получения кристаллического хлорида магния реактивной чистоты проведены лабораторные исследования стадий очистки от примесей хлормагниевых растворов, и очистки кристаллизата М^С12*6Н20 от примесей. Установлены оптимальные режимы стадий очистки от примесей КС1 и ЫаС1 хлормагниевых растворов, стадии кристаллизации и стадии очистки кристаллизата от примесей. Для гарантированного получения продукта заданного качества образовавшийся кристаллизат необходимо промывать раствором хлорида магния. На основании проведенных исследований составлены исходные данные для проектирования производства получения хлорида магния реактивной квалификации.