מדידת צפיפות תרחיף אשלג בתהליך כריית אשלג

תהליך ציפת אשלגן: אופטימיזציה עם בקרת צפיפות

3.1 תהליך ציפת האשלג: יסודות

פלוטציית אשלג משמשת בעיקר להפרדת סילביט (KCl) מהליט (NaCl) וחומרים בלתי מסיסים. התהליך תלוי בהבדל בכימיה של פני השטח בין המינרלים המטרה. סילביט הופך הידרופובי באמצעות קולטים סלקטיביים, המאפשרים הפרדת קצף, בעוד שהליט וחרסית מדכאים באמצעות מדכאים.

הסרת סלייםחיוני לפני הציפה. זה מסיר חרסית עדינה וסיליקטים, אשר אחרת מצפים משטחי מינרלים, פוגעים ביעילות הריאגנטים ומפחיתים את הסלקטיביות. הסרת סליים יעילה יכולה להגיע ליעילות של עד 95%, ותומכת ישירות בהפקה ברמה גבוהה במעגל הציפה. פעולות משיגות באופן עקבי רמת ריכוז K₂O של 61-62% בגישה זו, מה שמדגיש את חשיבותה של הסרת הסליים בהפרדת מלחי אשלגן.

מעגלי הציפה מותאמים אישית על ידי הפרדת החומר המזומן לשברים גסים ועדינים לאחר הסרת הריר. כל שבר עובר מינון וטיפול ריאגנטים מיוחדים כדי למקסם את שחזור הסילביט. ריאגנטים עיקריים כוללים:

• אספני מלח(עבור סילביט),
• מדכאים פולימריים סינתטיים(כגון KS-MF) כדי לדכא הליטים לא רצויים וחומרים בלתי מסיסים,
• חומרים פעילי שטח וחומרים מפזריםכדי לקדם עוד יותר סלקטיביות ולמתן את השפעות הריר.

פרמטרים תפעוליים כמו קצב זרימה, מהירויות ערבוב התאים ומינוני ריאגנטים מותאמים להפרדה אופטימלית. ברחבי העולם, כ-70% מייצור האשלג מסתמך על ציפה בקצף, כאשר מוצרים בעלי טוהר גבוה מושגים על ידי שילוב ציפה עם שיטות התגבשות-מסה תרמית.

 

---

 

3.2 מדידת צפיפות במעגל ציפה

צפיפות התרחיף במעגל הציפה היא גורם בקרה קריטי. הוא משפיע ישירות על האינטראקציות בין בועות לחלקיקים, ומשפיע על יעילות ההיצמדות של הסילביט, קצב צריכת הריאגנטים וההפרדה הסופית.

השפעות צפיפות השלג:

• צפיפות נמוכה:מגע הבועה-חלקיקים משתפר, אך ההתאוששות עלולה להיפגע עקב יציבות קצף חלשה יותר ועלייה בסחיבת מים.
• צפיפות גבוהה:מתרחשות יותר התנגשויות, אך עודף מוצקים מעכב התקשרות סלקטיבית, דורש מינונים גבוהים יותר של ריאגנטים ויכול לדלל את איכות התרכיז.

כוונון צפיפות אופטימלי נדרש הן עבור מקטעים גסים והן עבור מקטעים עדינים כדי למקסם את יעילות הפרדת המינרלים ולמזער הפסדים. מפעילים משתמשים במדי צפיפות, מדי שטח גרעיניים וחיישנים מקוונים כדי לספק משוב בזמן אמת, המאפשר התאמות מתמשכות המשפרות את רמת התרכיז ואת הניצולת.

תפקידו של הסרת הרעים:
מחקרי מקרה מראים כי הסרת סליים קפדנית - המנוטרת על ידי מדידת צפיפות - מניבה שיעורי התאוששות של 85-87% עבור סילביט ושומרת על סלקטיביות גבוהה לציפה. הסרת חומרים בלתי מסיסים לפני שלב הציפה משפרת את ביצועי הריאגנט ומעלה את איכות המוצר הסופי, במיוחד בשילוב עם בקרת צפיפות מדויקת.

לדוגמה, באתרים המשתמשים בדיכאון סינתטי, אופטימיזציה של צפיפות לאחר הסרת סליים הוכחה כמגבירה את שיעורי ההפקה ביותר מ-2% - השפעה משמעותית בטכניקות עיבוד מינרלי אשלגן בקנה מידה גדול.

תהליך התגבשות אשלגן: תפקיד צפיפות הזנה

4.1 סקירה כללית של שלב התגבשות האשלג

התגבשות אשלג היא תהליך תרמי לאחר ציפה והסרת סליים בתהליך כריית האשלג. לאחר הציפה - שבה סילביט (KCl) נפרד מהליט (NaCl) וגנגים אחרים - התרכיז עובר שטיפה חמה. תהליך זה כרוך בערבוב עפרת סילבניט כתושה עם מי מלח מחוממים, בדרך כלל בטמפרטורה של 85-100 מעלות צלזיוס, תוך המסת יותר KCl מאשר NaCl עקב מסיסויות שונות שלהם בטמפרטורות גבוהות.

התשטיפים, המועשרים ב-KCl, מופרדים מהמוצקים הבלתי מומסים. לאחר מכן הם מקוררים, מה שגורם ל-KCl להתגבש באופן מועדף כאשר מסיסותו יורדת בחדות עם הטמפרטורה. גבישי KCl אלה ממוחזרים באמצעות סינון או צנטריפוגה, נשטפים ומיובשים. רצף זה - ציפה, שטיפה חמה והתגבשות - ממקסם הן את שחזור האשלג והן את טוהר המוצר, ומייצר מוצרים סופיים עם שחזור של 85-99% ותכולת KCl של 95-99%.

4.2 כיצד צפיפות התרחיף משפיעה על יעילות הגיבוש

צפיפות התרחיף היא גורם מכריע בתהליך התגבשות האשלג. היא מתייחסת למסת המוצקים התלויים בשלב הנוזלי ומשפיעה ישירות על קצב ההתגרענות, צמיחת הגבישים וטוהרם.

• שיעורי נוקלאציהצפיפות גבוהה יותר של תרחיף מגדילה את הסבירות להתגרענות גבישים, מה שמוביל לגבישים רבים יותר אך קטנים יותר. צפיפות מוגזמת עלולה לגרום למערכת להעדיף התגרענות על פני צמיחה, וכתוצאה מכך נוצרים חלקיקים עדינים ולא גבישים גדולים יותר וניתנים לשחזור.
• התפלגות גודל הגבישקלט צפוף בדרך כלל מניב גבישי אשלגן כלורי עדינים יותר, דבר שעשוי לסבך את הסינון והשטיפה במורד הזרם. צפיפות נמוכה יותר מעדיפה פחות גרעינים וצמיחה של גבישים גדולים יותר, מה שמפשט את ההתאוששות.
• טוֹהַראם התרחיף צפוף מדי, זיהומים כמו NaCl וחלקיקים בלתי מסיסים יכולים להצטבר יחד, מה שיפגע באיכות המוצר. בקרת צפיפות נכונה ממזערת תכלילים אלה, וממטבת את הטוהר.
• ביצועי סחיטת מיםגבישים עדינים יותר מחומרים בעלי צפיפות גבוהה עלולים להידחס בצפיפות, דבר המפריע לניקוז בסינון או בצנטריפוגה. דבר זה מגביר את תכולת הלחות במוצר הסופי ומעלה את דרישות אנרגיית הייבוש.

צפיפות התרחיף מצטלבת עם שיעורי השבת תרכיז, דירוג המוצר ואופטימיזציה של יעילות הפרדת המינרלים. בקרה לא מספקת עלולה להפחית הן את תפוקת האשלגן הכלילי והן את טוהר האשלגן, ולערער את התוצאות הכלכליות והתפעוליות של תהליך התגבשות האשלג.

4.3 נקודות ניטור ובקרה לצפיפות במהלך הגיבוש

מדידה וויסות מדויקות של צפיפות התרחיף חיוניות להפקת אשלג יעילה ולתוצאות התגבשות באיכות גבוהה. דגימת צפיפות מקוונת היא נוהג סטנדרטי, תוך שימוש בצפיפות מדי צינור רוטט, מדי קוריוליס או מדי צפיפות גרעינית. נתונים בזמן אמת מאפשרים ניטור רציף ותיקון מהיר כאשר מתרחשות סטיות.

שיטות עבודה מומלצות כוללות:

• מיקום אסטרטגי של חיישניםיש למקם את מכשירי הדגימה בקווי הזנה הנכנסים לקריסטל ובלולאות מחזור. זה מבטיח קריאות מדויקות ובזמן הרלוונטיות לבקרת התהליך.
• בקרת משוב אוטומטיתשילוב אותות צפיפות עם בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות (PLC) או מערכות בקרה מבוזרות (DCS). מערכות אלו מתאימות את זרימת התרחיף, את קצב המיחזור או את הוספת התמלחת כדי לשמור על טווחי צפיפות היעד.
• שילוב נתונים עם מערכות ציפהמכיוון שצפיפות התרחיף היוצאת ממעגל הציפה קובעת את התנאי ההתחלתי להתגבשות, שמירה על צפיפות עקבית של תרכיז צף מאפשרת פעולת גיבוש יציבה. קריאות צפיפות הן מיחידות הציפה והן מיחידות הגיבוש צריכות להיות מקושרות בלולאת משוב, המאפשרת התאמות מתואמות המשפרות את קצב שחזור התרכיז ואת יעילות הפרדת המינרלים.

דוגמאות לכך כוללות מעגלי שטיפה נגדיים, שבהם בקרת צפיפות בכל שלב תומכת בגדילת גבישים אופטימלית ובייבוש במורד הזרם. מפעלים מיישמים לעתים קרובות אזעקות צפיפות ומנעולי תהליך כדי למנוע אירועי צפיפות יתר או תת-צפיפות, תוך הגנה על איכות המוצר והציוד כאחד.

בקרה יעילה על צפיפות התרחיף היא אבן יסוד בשיטות ייצור אשלג מודרניות, ומציעה אמצעים לייעל את התגבשותן לטוהר, להגברת התשואה ולהפחתת צריכת אנרגיה ומים באמצעות שיטות עבודה מומלצות בטכניקות עיבוד מינרלי אשלג.

הפרדת כבידה בעיבוד מינרלים: השלמת שחזור אשלגן

5.1 מבוא לשיטות הפרדה כבידה הרלוונטיות לאשלג

הפרדת כבידה היא טכניקת עיבוד מינרלים המנצלת את ההבדלים בצפיפות החלקיקים ובמהירות השיקוע כדי להשיג הפרדה. בתהליך כריית האשלג, להפרדת כבידה יש ​​יישומים נישה, המשלימים טיפולים ראשוניים אחרים כמו ציפה, הסרת סליים וגיבוש. שיטות הפרדת כבידה הרלוונטיות לאשלג כוללות הפרדת חומרים כבדים (HMS), ג'יגינג וריכוזים ספירליים, אם כי ציפה נותרה דומיננטית בגיליונות זרימה של אשלג.

עקרון ההפרדה הכבידה מסתמך על חלקיקים בצפיפויות וגדלים שונים ששוקעים בקצב שונה כאשר הם מרחפים בנוזל. במפעלי אשלג, עיקרון זה משמש להפרדת מרכיבים צפופים יותר כגון חרסית, מינרלים בלתי מסיסים או נתרן כלורי (הליט) משברים של סילביט (עפרת אשלג). התהליך יעיל ביותר כאשר קיים הבדל מספיק בין צפיפויות המינרלים - סילביט (KCl) בעל צפיפות של כ-1.99 גרם/סמ"ק, בעוד שהליט (NaCl) הוא 2.17 גרם/סמ"ק. למרות שהפרש הצפיפות קטן, בשלבי זרימה מסוימים, הוא מנוצל לריכוז נוסף של אשלג ולהסרה של זיהומים לצד שלבי ציפה וגיבוש.

הפרדת כבידה מיושמת בדרך כלל לאחר סינון ראשוני והסרת סליים, לעתים קרובות בשילוב עם טכניקות אחרות לעיבוד מינרלי אשלג. היא משמשת כשלב משלים שבו יש להשיג טוהר או שחזור מרוכזים מכריעים, ומציעה שיטה חסכונית להפרדה גסה/עדינה כאשר סלקטיביות הציפה אינה מספקת. לדוגמה, הסרת חרסית בלתי מסיסת בהזנות לציפה, או שדרוג מקטעים גסים קטנים יותר משטיפת מסך, שניהם יכולים להפיק תועלת מהפרדת כבידה. במפעלים מסוימים, נותרו מעגלי כבידה ישנים יותר לטיפול בפסולת או מקטעי מלח ספציפיים, במיוחד כאשר ביצועי הציפה אינם אופטימליים עבור חלקיקים גסים יותר או בתמלחות מלוחות המשפיעות על הכימיה של ריאגנטים.

הפרדת כבידה אינה תחליף לתהליך ציפה של אשלג, אך היא משלימה אותו, במיוחד במצבים בהם שיפור ניצול הציפה בכריית אשלג או הגדלת קצב ניצול התרכיז הכולל חשוב. כאשר נדרשת אופטימיזציה ספציפית של יעילות הפרדת מינרלים - כגון השגת טוהר מוצר גבוה במיוחד או הסרת גנג עיקש - הפרדת כבידה היא בעלת ערך כגישה משנית.

5.2 צפיפות השלג והפרדת כוח הכבידה

יעילות ההפרדה הכבידה בתהליך התגבשות האשלג ובשיטות ייצור אשלג אחרות קשורה ישירות לצפיפות התרחיף. הקשר הבסיסי כאן הוא בין צפיפות התרחיף, מהירות השקיעה של החלקיקים והיעילות הכוללת של ההפרדה.

כפי שמוגדר על ידי חוק סטוקס, בזרימה למינרית, מהירות השיקוע של חלקיק עולה עם ההפרש בין צפיפות החלקיקים לנוזל וככל שגודל החלקיקים גדל. בתהליך כריית אשלג, שליטה בצפיפות התרחיף מאפשרת למפעילים לכוון את התווך כך שסילביט או מינרלים נלווים שוקעים או צופים בקצב אופטימלי. צפיפות תרחיף גבוהה מדי מובילה לשיקוע מוגבל - חלקיקים מעכבים את תנועתו זה של זה - מה שמפחית את יעילות הפרדת המינרלים ומניב רמות ריכוז ירודות. לעומת זאת, צפיפויות נמוכות מאוד עלולות להפחית את תפוקת ההפרדה ולהוביל לסחיפת גנגה דקה, מה שמקטין את ההתאוששות.

אופטימיזציה של צפיפות ההזנה, הנמדדת באמצעות טכניקות מדויקות למדידת צפיפות תרחיף אשלגן, מוכרת כאחת השיטות הטובות ביותר להפרדה כבידה בכרייה:

• תרחיפים בצפיפות גבוהה:
  • גורם לאינטראקציות בין חלקיקים (הפרעה לשקיעה)
  • חדות הפרדה נמוכה יותר
  • העברת קנסות מוגדלת
• תרחיפים בצפיפות נמוכה:
  • שימוש מוגבר במים ובאנרגיה לטיפול בתערובת רטיבות
  • תפוקת תהליך מופחתת
  • פוטנציאל לאובדן מינרלים יקרי ערך

צפיפויות תפעוליות יעד נעות בדרך כלל בין 25% ל-40% מוצקים לפי משקל, בהתאם למכשיר ההפרדה במשקל הסגולי ולמינרלוגיה. מפעילים נוטים להתאים רמות אלו במהלך שלבי ההפעלה והשטיפה, תוך איזון בין צרכים מתחרים לקצב שחזור התרכיז וטוהר המוצר.

לדוגמה, במעגל ספירלי של אשלג, התאמת צפיפות ההזנה בטווח אופטימלי זה משפיעה על פיצול ה-KCl בתרכיז נקי לעומת ביניים ופסולת. הסרת סליים במעלה הזרם, המסירה חרסית וסחף עדינים במיוחד, היא שלב בקרה קריטי כדי להבטיח שהפרדת ההזנה לכוח הכבידה תישאר בחלון הצפיפות הנכון. טכניקות מדידת צפיפות איכותיות עבור סלרי בכרייה, כגון מדי צפיפות גרעינית או מדי קוריוליס, מאפשרות למערכות בקרה אוטומטיות לשמור על יעדים אלה, מה שמוביל לביצועי תהליך עקביים ולמיצוי אשלג יעיל.

בקרת צפיפות התערובת הקפדנית בשלב זה לא רק משפרת את תוצאות הציפה או הגיבוש במורד הזרם, אלא גם מתייחסת ישירות לשיטות להגברת שחזור התרכיז בעיבוד מינרלים על ידי מזעור הפסדים במהלך שלבי הפרדה ביניים. תשומת לב מפורטת זו לצפיפות התערובת במעגלי כבידה היא קריטית לטכניקות עיבוד מינרלי אשלג מודרניות ומהווה בסיס לאסטרטגיות רחבות יותר לאופטימיזציה של גיבוש אשלג לטוהר ותפוקה.