RU2213078C2

RU2213078C2 - Method for preparing agglomerated potassium chloride

Info

Publication number: RU2213078C2
Application number: RU2001124027A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Букша; Л.М. Перминов; П.А. Дерябин; С.Б. Фролов; Ю.И. Гержберг
Original assignee: Открытое акционерное общество "Сильвинит"
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-09-27

Abstract

FIELD: inorganic chemistry, chemical technology. SUBSTANCE: invention is designated for preparing agglomerated KCl. Method for preparing agglomerated potassium chloride from finely dispersed potassium chloride involves addition reagent promoting to agglomerization to wetted concentrate, mixing charge and its drying in drying apparatus. Potassium chloride forming in processing sylvinite ore is used as a wetted concentrate. Cyclone dust trapped in stage of treatment of foam gases of drying apparatus is added to wetted concentrate. Before drying charge is passed through turbo-bucket mixer-granulator device for charge homogenization by granulation composite, moisture, mechanical activation of potassium chloride particles to obtain granules. The latter is fed to vibroforming device for thickening and rounding granules. Invention allows preparing agglomerated KCl with required properties. EFFECT: improved preparing method. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии переработки сильвинитов флотационным способом и способом растворения-кристаллизации. Может быть использовано на калийных и других горно-химических предприятиях, связанных с получением из руды неорганических солей и возникающих при этом мелкодисперсных и пылевых фракций продукции, ухудшающих физико-механические свойства товарного продукта. The invention relates to a technology for processing sylvinites by a flotation method and a dissolution-crystallization method. It can be used in potash and other mining and chemical enterprises related to the production of inorganic salts from ore and the resulting finely dispersed and dusty fractions of products that impair the physical and mechanical properties of the commodity product.

Мелкодисперсные фракции (-0,25 мм) образуются в процессе добычи руды, ее дробления, классификации и последующих переделов, что приводит к увеличению их содержания после сушки до 30 и более процентов. При сушке в барабанных сушилках или печах "кипящего слоя" мелкодисперсная фракция выносится с дымовыми газами и при сухой очистке дымовых газов улавливается в циклонах. Fine fractions (-0.25 mm) are formed in the process of ore mining, crushing, classification and subsequent processing, which leads to an increase in their content after drying up to 30 percent or more. When drying in drum dryers or fluidized bed furnaces, the finely dispersed fraction is removed with flue gases and, when the flue gases are dry cleaned, they are trapped in cyclones.

Чтобы не снижать степень извлечения полезного компонента из руды, циклонную пыль смешивают с основным продуктом. Эта фракция является основным источником как пылимости и слеживаемости товарной продукции, так и ее пониженной текучести. In order not to reduce the degree of extraction of the useful component from the ore, cyclone dust is mixed with the main product. This fraction is the main source of both dustiness and caking of commercial products, as well as its reduced fluidity.

Основными видами борьбы с этими явлениями является обработка продукта после сушки пылеподавителями и антислеживателями. The main types of combating these phenomena is the processing of the product after drying with dust suppressors and anti-caking agents.

Известен способ, где циклонная пыль после сушки поступает в шнековый смеситель, где происходит ее смешивание в шнековом смесителе с исходной сырой массой. Затем эта смесь поступает опять на сушку (патент США 3349500, 1967 г.). A known method is, where the cyclone dust after drying enters the screw mixer, where it is mixed in the screw mixer with the original raw mass. Then this mixture goes back to drying (US patent 3349500, 1967).

Физико-механические свойства агломератов зависят от сил аутогезии, для возникновения которых недостаточно непосредственного контакта частиц, так как на их поверхности могут быть адсорбционные и окисные пленки, уменьшающие силы аутогезии. Поэтому необходимо высокоэффективное внешнее воздействие, не только гомогенизирующее шихту по грансоставу и влажности, но и образующее свежеобразованные (ювенильные) поверхности. Шнековый смеситель не может обеспечить ни одного из этих условий. The physicomechanical properties of agglomerates depend on the forces of autohesion, for the occurrence of which direct contact of the particles is not enough, since adsorption and oxide films can decrease on their surface, which reduce the forces of autohesion. Therefore, a highly effective external action is necessary, not only homogenizing the mixture in terms of grain size and moisture, but also forming freshly formed (juvenile) surfaces. A screw mixer cannot provide any of these conditions.

Известен способ гранулирования веществ с кристаллической и кристаллоподобной структурой, заключающейся в том, что исходный материал смешивают с минеральным веществом, реагирующим с водой с образованием нерастворимого в воде соединения и взятом в количестве, обеспечивающем образование микропленки на частичках материала, а затем агломерируют известным способом с добавлением гранулирующей жидкости. В качестве связующего используют гидроксид металлов 2 группы Периодической системы патент ФРГ 3209619, В 01 J 2/28, 1983 г.). A known method of granulating substances with a crystalline and crystal-like structure, which consists in the fact that the starting material is mixed with a mineral substance that reacts with water to form a water-insoluble compound and is taken in an amount that ensures the formation of a microfilm on particles of material, and then agglomerate in a known manner with the addition of granulating liquid. As a binder, metal hydroxide of the 2nd group of the Periodic System is used (German patent No. 3209619, B 01 J 2/28, 1983).

Известен способ получения гранулированных калийных удобрений путем грануляции мелкозернистой калийной соли в присутствии добавок. В качестве связующего вещества используют известь, жидкое стекло, фосфаты натрия и кальция, хлористые и сернокислые соли меди, железа, цинка, алюминия или (и) высокомолекулярные органические соединения, например карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, крахмал, соли гуминовых кислот, мочевиноформальдегидную смолу, сульфитнобардяной концентрат (СССР А.С. 648555, С 05 D 1/04; В 01 J 2/28, 1979 г.). A known method of producing granular potash fertilizers by granulation of fine-grained potassium salt in the presence of additives. The binders used are lime, water glass, sodium and calcium phosphates, chloride and sulfate salts of copper, iron, zinc, aluminum and / or high molecular weight organic compounds, for example carboxymethyl cellulose, polyacrylamide, starch, salts of humic acids, urea-formaldehyde resin, sulfite-barium concentrate (USSR A.S. 648555, C 05 D 1/04; B 01 J 2/28, 1979).

В перечисленных выше способах, а также многих других подобных используется только химический способ улучшения качества KCl. Однако для грубодисперсной многофазной системы, каковой является шихта перед сушкой, применение только химических методов недостаточно. Основные реологические свойства, характеризующие товарный КСl, могут изменяться на один или несколько порядков только под воздействием механических факторов. In the above methods, as well as many other similar methods, only the chemical method of improving the quality of KCl is used. However, for a coarse dispersed multiphase system, which is the mixture before drying, the use of chemical methods alone is not enough. The main rheological properties that characterize commodity KCl can change by one or several orders of magnitude only under the influence of mechanical factors.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения гранулированного КСl, включающий предварительное смешение сухого мелкокристаллического КСl с 0,5-10% расчетного количества сульфитно-дрожжевой бражки, взятой в виде 0,5-5,0%-ного раствора в двухвальном шнековом смесителе. При этом влажность полученной смеси должна составлять 1,0-5,0%. На второй стадии увлажненный материал подают в барабанный или тарельчатый гранулятор, где происходит его смешение со оставшимся количеством сульфитно-дрожжевой бражки, имеющей концентрацию 10,0-30,0% и подаваемой при помощи форсунки, и смесь гранулируют. Полученные гранулы сушат в сушильном барабане при 200-300^oС и классифицируют по размерам. Товарную фракцию направляют на склад, а крупные и мелкие гранулы возвращают в производственный цикл (СССР А.С. 1068409 А, С 05 D 1/02; В 01 J 2/28, 1984 г., прототип).Closest to the proposed is a method for producing granular KCl, comprising pre-mixing dry small-crystalline KCl with 0.5-10% of the estimated amount of sulphite-yeast mash taken in the form of a 0.5-5.0% solution in a twin-shaft screw mixer. The humidity of the mixture should be 1.0-5.0%. In the second stage, the moistened material is fed into a drum or plate granulator, where it is mixed with the remaining amount of sulphite-yeast mash, having a concentration of 10.0-30.0% and fed using a nozzle, and the mixture is granulated. The obtained granules are dried in a tumble dryer at 200-300 ^o C and classified by size. The commercial fraction is sent to the warehouse, and large and small granules are returned to the production cycle (USSR A.S. 1068409 A, C 05 D 1/02; B 01 J 2/28, 1984, prototype).

Данный способ обладает теми же недостатками, что и перечисленные выше - некачественное смешение хлористого калия со связующей жидкостью, особенно при подаче основного ее количества форсункой в гранулятор, пористая структура гранул, ретур некондиционных фракций (до 30%). This method has the same drawbacks as those listed above - poor-quality mixing of potassium chloride with a binder liquid, especially when the main amount of it is fed with a nozzle into the granulator, the porous structure of the granules, retur of substandard fractions (up to 30%).

Целью предлагаемого способа является получение из мелкодисперсного флотоконцентрата и циклонной пыли агломерированного хлористого калия с заданными физико-механическими свойствами - отсутствием пылимости, слеживаемости, высокой текучестью и сохранение этих свойств в течение длительного времени, позволяющими его транспортировку (особенно морским транспортом), хранение на складе и использование потребителем в незатаренном виде. Полностью отпадает потребность в обработке антислеживателями, а количество пылеподавителя уменьшается на порядок. The aim of the proposed method is to obtain agglomerated potassium chloride with finely dispersed flotation concentrate and cyclone dust with the specified physical and mechanical properties - the absence of dust, caking, high fluidity and the preservation of these properties for a long time, allowing its transportation (especially by sea), storage in a warehouse and use by the consumer in unpacked form. There is no need for anti-caking agents, and the amount of dust suppressors is reduced by an order of magnitude.

В отличие от сплошных твердых тел прочность дисперсных пористых структур, к которым относятся агломераты, определяется не столько прочностью материала частиц, сколько прочностью контактов между ними. Эта прочность Р_с аддитивно складывается из прочности отдельных контактов (Щукин Е.Д., Кинетика и катализ, т. 6, 4, 1965 г.) в первом приближении Р_C=р₁•с, где р₁ - среднее значение прочности индивидуальных контактов (сила сцепления между частицами);
с - число контактов на единицу поверхности разрушения.In contrast to solid solids, the strength of dispersed porous structures, which include agglomerates, is determined not so much by the strength of the material of the particles, but by the strength of the contacts between them. This strength P _c additively consists of the strength of individual contacts (Schukin ED, Kinetics and catalysis, t. 6, 4, 1965) in the first approximation P _C = p ₁ • s, where p ₁ is the average value of the strength of individual contacts (adhesive force between particles);
C is the number of contacts per unit fracture surface.

Первая из этих величин р₁ отражает физико-химическую природу взаимодействия частиц между собой, тогда как вторая (х) - структуру системы, определяемую прежде всего размером частиц r и плотностью их упаковки.The first of these p ₁ values reflects the physicochemical nature of the interaction of the particles with each other, while the second (x) is the structure of the system, determined primarily by the particle size r and their packing density.

Из практики работы с дисперсными материалами известно, что с увеличением их удельной поверхности в целом имеет место тенденция к увеличению их прочности. Однако в зависимости от характера распределения частиц по размерам и их соотношения могут быть заметные отклонения от этой закономерности. From the practice of working with dispersed materials, it is known that with an increase in their specific surface area as a whole, there is a tendency to increase their strength. However, depending on the nature of the particle size distribution and their ratio, there may be noticeable deviations from this pattern.

Отсюда следует, что сформировать оптимальную структуру агломерата можно только при определенном соотношении крупных и мелких частиц в исходной шихте. Работой (Кувшинников И.М., Ж. Хим. пром. 10, 1994, стр.43-49) было показано, что оптимальное количество пылевых фракций КСl при агломерации должно составлять ~20-30%. It follows that the optimal agglomerate structure can be formed only with a certain ratio of large and small particles in the initial charge. The work (Kuvshinnikov IM, Zh. Chem. Prom. 10, 1994, pp. 43-49) showed that the optimal amount of KCl dust fractions during agglomeration should be ~ 20-30%.

Поставленная задача достигается способом получения агломерированного хлористого калия из мелкодисперсного калия, включающим введение во влажный концентрат реагента, способствующего агломерации, смешивание шихты и ее сушку в сушильном аппарате. В качестве влажного концентрата используют хлористый калий, образующийся при переработке сильвинитовой руды. Во влажный концентрат вводят циклонную пыль, уловленную на стадии сухой очистки дымовых газов сушильного аппарата, перед сушкой шихту пропускают через турболопастной смеситель - гранулятор для гомогенизации шихты по грансоставу, влажности, механоактивации частичек хлористого калия с получением гранул, последние подают в виброформователь для уплотнения и окатывания гранул. The problem is achieved by a method of producing agglomerated potassium chloride from finely divided potassium, including the introduction of a reagent that promotes agglomeration into a wet concentrate, mixing the mixture and drying it in a drying apparatus. Potassium chloride formed during the processing of sylvinite ore is used as a wet concentrate. Cyclone dust is introduced into the wet concentrate, which was captured during the dry cleaning of the flue gases of the drying apparatus, before drying, the mixture is passed through a turbopaste mixer - a granulator to homogenize the mixture according to the granulation composition, humidity, mechanically activate particles of potassium chloride to obtain granules, the latter are fed to a vibration former for compaction and pelletizing granules.

В качестве агломерирующего реагента вводят неорганические вещества, вступающие в реакцию с хлористым калием с образованием двойных солей, обладающих меньшей гигроскопичностью, чем хлористый калий. Inorganic substances are introduced as an agglomerating reagent, which react with potassium chloride to form double salts, which are less hygroscopic than potassium chloride.

Горячая сухая циклонная пыль является не только "строительным материалом" для агломератов, но и снимает поверхностную влагу с частичек и служит "абразивом" для образования ювенильных поверхностей. Hot dry cyclone dust is not only a “building material” for agglomerates, but also removes surface moisture from particles and serves as an “abrasive” for the formation of juvenile surfaces.

Использование в качестве смесителя высокоскоростного турболопастного смесителя - гранулятора с высоким и равномерным энергетическим полем позволяет не только провести эффективную гомогенизацию по гранулометрическому составу и влажности, но и получить ювенильные (механоактивированные) поверхности, обеспечивающие более полное сцепление частичек между собой (силы когезии). Using as a mixer a high-speed turbo-pad mixer - a granulator with a high and uniform energy field allows not only to carry out effective homogenization according to particle size distribution and humidity, but also to obtain juvenile (mechanically activated) surfaces that provide more complete adhesion of particles to each other (cohesion forces).

В качестве реагентов, способствующих агломерации, вводятся фосфаты и сульфаты натрия и аммония. Использование неорганических добавок, образующих с КСl химические соединения (двойные соли) с меньшей гигроскопичностью, чем KCl, существенно меняют свойства агломератов, снижая скорость водопоглощения и увеличивая их плотность и, следовательно, прочность. Раствор реагента вводится в шихту на стадии гомогенизации. Наличие в приповерхностном слое частиц КСl веществ с меньшей гигроскопичностью снижает скорость диффузии влаги, уменьшая гигроскопичность и слеживаемость. As reagents that promote agglomeration, sodium and ammonium phosphates and sulfates are introduced. The use of inorganic additives that form chemical compounds (double salts) with KCl with lower hygroscopicity than KCl significantly change the properties of agglomerates, reducing the rate of water absorption and increasing their density and, therefore, strength. The reagent solution is introduced into the mixture at the stage of homogenization. The presence in the surface layer of KCl particles of substances with less hygroscopicity reduces the rate of moisture diffusion, reducing hygroscopicity and caking.

С увеличением плотности структуры агломерата резко увеличивается его прочность, что объясняется увеличением площади контакта и молекулярных сил взаимодействия. Уплотнение - завершающая стадия формирования структуры агломерата (до его затвердения при сушке и образования кристаллизационных связей между частичками). With an increase in the density of the structure of the agglomerate, its strength sharply increases, which is explained by an increase in the contact area and molecular forces of interaction. Sealing is the final stage in the formation of the structure of the agglomerate (before it hardens during drying and the formation of crystallization bonds between particles).

Уплотнение и окатывание агломератов производится при помощи вибрации с заданной частотой и амплитудой на виброформователе, обеспечивающем благодаря заданной поверхности высоту слоя гранул. The agglomerates are sealed and rolled by vibration with a given frequency and amplitude on a vibration former, which, thanks to a given surface, ensures the height of the granule layer.

Далее предварительно сагломерированный продукт направляется на сушку в сушильный аппарат, где в результате кристаллизации пропитывающего раствора между частичками, образующими агломерат, возникают кристалличестические мостики. Next, the pre-agglomerated product is sent for drying to the drying apparatus, where crystalline bridges appear between the particles forming the agglomerate as a result of crystallization of the impregnating solution.

Пример осуществления способа. An example implementation of the method.

В 910 кг флотоконцентрата с влажностью 5% добавляем 123 кг горячей сухой циклонной пыли и 25,5 кг 20%-ного раствора аммофоса (из расчета 5% основного вещества на 1 т абсолютно сухого КСl). Эта шихта пропускается через турболопастной смеситель-гранулятор и гранулы попадают на виброформователь, где происходит их уплотнение и окатывание. После этого гранулы подаются в сушильный аппарат, где испаряется 58,9 кг воды и выходит 1000 кг KCl с влажностью 0,5%. In 910 kg of flotation concentrate with a moisture content of 5%, we add 123 kg of hot dry cyclone dust and 25.5 kg of a 20% solution of ammophos (based on 5% of the basic substance per 1 ton of absolutely dry KCl). This charge is passed through a turbopaste mixer-granulator and the granules fall on a vibrating former, where they are compacted and rolled. After that, the granules are fed to a dryer, where 58.9 kg of water evaporates and 1000 kg of KCl with a moisture content of 0.5% comes out.

Основные физические свойства агломерированного хлористого калия, полученного с добавлением NH₄H₂PO₄ и NaH₂PO₄, приведены в таблице.The main physical properties of the agglomerated potassium chloride obtained with the addition of NH ₄ H ₂ PO ₄ and NaH ₂ PO ₄ are shown in the table.

Как видно из таблицы, плотность и пористость агломерированного КСl при прочих равных условиях приближается к значениям монокристалла, что сказывается на его скорости водопоглощения. Уменьшение гигроскопичности продукции - один из основных факторов сохранения физико-механических свойств в течение длительного времени. As can be seen from the table, the density and porosity of the agglomerated KCl, ceteris paribus, approaches the values of the single crystal, which affects its rate of water absorption. Reducing the hygroscopicity of products is one of the main factors in maintaining physical and mechanical properties for a long time.

Claims

1. A method of producing agglomerated potassium chloride from finely divided potassium chloride, comprising introducing an agglomeration reagent into a wet concentrate, mixing the mixture and drying it in a drying apparatus, characterized in that potassium chloride formed during processing of sylvinite ore is used as a wet concentrate the wet concentrate is introduced into the cyclone dust trapped at the stage of dry cleaning of the flue gases of the drying apparatus; before drying, the charge is passed through a turbulent mixer-granule an atomizer for the homogenization of the mixture according to the grain size, moisture, mechanical activation of particles of potassium chloride to obtain granules, the latter is fed to a vibrator for compaction and pelletizing.

2. The method according to p. 1, characterized in that inorganic substances are introduced as an agglomerating reagent, which react with potassium chloride to form double salts, which are less hygroscopic than potassium chloride.