Kalis yra terminas, vartojamas įvairioms druskoms, kuriose yra vandenyje tirpaus kalio, ypač kalio chloridui (KCl) ir kalio sulfatui (SOP). Jis yra būtinas žemės ūkyje, nes yra pagrindinis kalio šaltinis – viena iš trijų pagrindinių maistinių medžiagų, reikalingų augalams. Kalis yra gyvybiškai svarbus fermentų aktyvumui sukelti, fotosintezei palaikyti, vandens judėjimui augaluose reguliuoti ir atsparumui sausrai bei ligoms didinti. Jo indėlis lemia didesnį pasėlių derlių, geresnę vaisių kokybę ir didesnį atsparumą aplinkos veiksniams, o tai yra tvaraus ūkininkavimo visame pasaulyje pagrindas.
Kasybos sektoriuje kalio rūdos gavybos procesas natūraliai susidarančius kalio turinčius mineralus paverčia labai grynomis trąšomis, būtinomis augančiai populiacijai maitinti. Procesas prasideda nuo kalio rūdos gavybos, kuri gali būti atliekama požemine kasyba, tirpalų kasyba arba paviršine kasyba, priklausomai nuo telkinio gylio ir geologijos. Sodrinimo srautų schemose paprastai naudojamas kalio flotacijos procesas, kurio metu kalio druskos atskiriamos nuo molio ir druskų, po to atliekamas gravitacinis atskyrimas mineralų apdorojimo ir terminio kristalizavimo etapais, siekiant reikiamo grynumo.
Kiekvieno kalio karbonato gamybos metodų etapo optimizavimas yra labai svarbus gamyklos našumui, efektyvumui ir produkto kokybei. Būtent čia svarbiausia yra kalio karbonato suspensijos tankio matavimas. Tikslūs suspensijos tankio matavimo metodai kasyboje padeda operatoriams kontroliuoti proceso parametrus, pagerinti mineralų atskyrimo efektyvumą ir maksimaliai padidinti koncentrato išgavimo greitį. Palaikydami optimalų suspensijos tankį, įrenginiai gali pagerinti flotacijos išgavimą kalio karbonato kasyboje, optimizuoti kalio karbonato kristalizaciją siekiant grynumo ir įdiegti geriausią gravitacinio atskyrimo kasyboje praktiką. Rezultatas – nuosekli koncentrato kokybė ir ekonomiškas veikimas.
Kalio kasyba
*
Kalio kasybos proceso supratimas
1.1 Kalio telkinių tipai ir kasybos metodai
Kalis susidaro geologinėse nuogulose, susidariusiose išgaravus senoviniams sūriems vandenims. Pagrindinės nuogulų rūšys yra silvinitas, karnalitas ir antriniai garavimo procesų produktai.
- Silvinito telkiniai:Juos daugiausia sudaro kalio chloridas (KCl, žinomas kaip silvitas), sumaišytas su natrio chloridu (NaCl arba halitu). Dėl savo storio, aukštos kokybės ir paprasto apdorojimo jie dominuoja pasaulinėje gamyboje. Svarbiausi pavyzdžiai yra Saskačevano baseinas Kanadoje ir Permės baseinas Rusijoje.
- Karnalito telkiniai:Juose kartu su halitu yra hidratuoto mineralo karnalito (KMgCl₃·6H₂O). Dėl magnio kiekio perdirbimas yra sudėtingesnis. Svarbiausi telkiniai aptinkami Zechšteino baseine (Vokietija/Lenkija), Solikamske (Rusija) ir Negyvosios jūros regione.
- Garavimo (Druskos ežero) nuosėdos:Druskinguose ežeruose ir paplūdimio baseinuose, tokiuose kaip Činghajaus-Tibeto plynaukštėje, kalis susidaro nuosekliai garuojant sūrymams. Šiose aplinkose gali būti išgaunama daug mineralų, įskaitant silviną, karnalitą, polihalitą ir langbeinitą.
Kasybos metodų palyginimas
Kalio gavyba daugiausia grindžiama dviem būdais: įprastine požemine kasyba ir tirpalų kasyba.
- Požeminė kasyba:Naudojama daugiausia negiliems, storiems, aukštos kokybės sluoksniams, pavyzdžiui, silvinitui. Rūda išgaunama kamerų ir kolonų metodais, užtikrinant efektyvų išteklių išgavimą ir saugumą.
- Sprendimų gavyba:Taikoma gilesniems arba sudėtingesniems telkiniams, įskaitant daugelį karnalito darinių. Įpurškiamas vanduo arba sūrymas, kad ištirptų kalis, kuris vėliau pumpuojamas į paviršių kristalizacijai.
- Druskos ežero gavyba:Saulės garinimas naudojamas sausringuose regionuose kaliui išgauti iš sūrymių.
Geriausia praktika pasitelkia pažangią automatizaciją, selektyvią kasybą ir integruotus sprendimus, siekiant optimizuoti derlių ir saugą. Šiuolaikinės operacijos dažnai derina požeminę ir tirpalų kasybą; hibridinėse vietose naudojami abu, o metodas parenkamas atsižvelgiant į telkinio gylį ir mineralogiją. Pažangi kalio karbonato gamyba dabar apima šias įvairias kasybos ir gavybos technologijas, siekiant maksimaliai padidinti efektyvumą ir kokybę.
1.2 Kalio rūdos perdirbimo metodų apžvalga
Išgavus kalio rūdą, ji pereina kelis tiksliai apibrėžtus perdirbimo etapus, kad būtų gautas labai grynas koncentratas.
1. Ištraukimas ir ardymas
- Rūda kasama (išgaunama iš požemio arba ištirpinama ir pumpuojama tirpalo pavidalu).
- Mechaninis laužymas sumažina didelius gabalus, kad būtų lengviau juos tvarkyti.
- Skaldyta rūda konvejeriu arba srutų vamzdynu perkeliama į perdirbimo įmones.
- Suspensijos formavimas leidžia efektyviai perkelti ir tvarkyti smulkių dalelių medžiagas.
- Smulkintuvai ir malūnai rūdą susmulkina iki kontroliuojamo dalelių dydžio.
- Tikslinio dydžio nustatymas pagerina tolesnio mineralų atskyrimo efektyvumą ir koncentrato išgavimo greitį.
- Plūduriavimas:Pagrindinis silvinito ir daugelio karnalito rūdų gavybos procesas. Kalio mineralai selektyviai atskiriami nuo halito ir kitų priemaišų. Nusodinimas pagerina išgavimą ir grynumą, tipiškos flotacijos grandinės pasiekia 85–87 % išgavimo rodiklį ir 95 % nusodinimo efektyvumą.
- Gravitacinis atskyrimas:Retkarčiais taikoma; ypač aktualu specifinių tipų rūdoms, pasižyminčioms skirtingu tankiu, padedant optimizuoti mineralų atskyrimo efektyvumą.
- Karštas išplovimas ir kristalizavimas:Naudojamas karnalito turtingoms rūdoms ir galutiniam valymui. Ištirpintas kalis rekristalizuojamas, siekiant padidinti produkto grynumą, dažnai pasiekiant 95–99 % KCl kiekį.
- Procesų integravimas:Beveik 70 % pasaulinių kalio karbonato gamyklų pagrindiniu metodu naudoja putų flotaciją, o aukščiausiam grynumo laipsniui pasiekti naudojamas terminis tirpinimas ir kristalizacija.
2. Transportas
3. Smulkinimas ir malimas
4. Mineralų atskyrimo procesai
5. Srutų tvarkymas ir tankio kontrolė
Viso apdorojimo metu esminė yra suspensijos – skystyje suspenduotų kietųjų dalelių mišinio – koncepcija. Kalio suspensijos tankio kontrolė yra atskyrimo efektyvumo ir įrangos veikimo pagrindas. Tikslūs suspensijos tankio matavimo metodai kasyboje yra labai svarbūs norint reguliuoti srauto greitį, optimizuoti flotacijos regeneravimą ir padidinti koncentrato regeneravimo greitį. Jutikliai ir automatinės sistemos stebi ir reguliuoja tankį, kad būtų užtikrintas efektyvus kalio karbonato išgavimas ir perdirbimas.
Svarbus srutų tankio matavimo vaidmuo
2.1 Srutos apibrėžimas kalio karbonato kasybos kontekste
Kalio kasyboje suspensija yra smulkiai sumaltos kalio rūdos ir vandens arba sūrymo mišinys. Šioje suspensijoje taip pat gali būti ištirpusių druskų ir technologinių cheminių medžiagų, ypač kalio flotacijos, kristalizacijos arba gravitacinio atskyrimo etapuose. Kietųjų medžiagų kiekis labai svyruoja priklausomai nuo apdorojimo etapo – nuo praskiestų suspensijų atskyrimo grandinėse iki tirštų suspensijų atliekų tvarkymo metu. Šių suspensijų sudėtis ir fizinės savybės dažnai keičiasi, joms įtakos turi rūdos geologija ir proceso koregavimai.
Srutų tankis – šio mišinio masė tūrio vienete – dažniausiai matuojamas keliais kritiniais etapais:
- Po smulkinimo ir malimo, siekiant kontroliuoti tiekimą į flotacijos grandines
- Postflotacija, siekiant optimizuoti tirštiklio ir skaidrintuvo operacijas
- Kristalizacijos metu, kai tikslus tankis lemia produkto grynumą ir išgavimą
- Vamzdynų transporte, siekiant sumažinti vamzdžių susidėvėjimą ir pumpavimo išlaidas
Tikslus suspensijos tankio matavimas yra automatizuoto kalio perdirbimo etapų valdymo pagrindas ir užtikrina, kad kiekviena operacija gautų optimalios konsistencijos žaliavą.
2.2 Tikslaus srutų tankio matavimo poveikis
Proceso efektyvumas ir našumas
Tikslūs tankio matavimai tiesiogiai veikia bendrą įrenginio našumą kalio karbonato kasybos procese. Siurblių ir vamzdynų dydis parenkamas atsižvelgiant į tankio lūkesčius. Pernelyg tankūs mišiniai gali sukelti per didelį susidėvėjimą, užsikimšimus arba siurblio gedimą, o praskiesti mišiniai eikvoja energiją ir sumažina mineralų atskyrimo efektyvumą.
Koncentrato regeneravimo greitis ir produkto kokybė
Tankio kontrolė flotacijos grandinėse yra gyvybiškai svarbi siekiant pagerinti flotacijos būdu išgaunamą medžiagą kalio karbonato kasyboje. Didelis arba mažas suspensijos tankis gali sutrikdyti putų stabilumą, sumažinti selektyvumą ir sumažinti KCl išgavybos greitį. Pavyzdžiui, palaikant pastovų tiekiamo mišinio tankį flotacijos metu, išgaunama 85–87 % medžiagos, o produkto KCl kiekis viršija 95 %. Panašiai ir kalio karbonato kristalizacijos procese, neteisingas tankis lemia nešvarių kristalų susidarymą ir produkto išeigų sumažėjimą, o tai kenkia įmonės ekonominiam našumui.
Flotacijos ir kristalizacijos rezultatai
Svarbiausi atskyrimo etapai, tokie kaip kalio flotacija ir kristalizacija, reikalauja siaurų tankio intervalų. Per mažas tankis lemia prastą dalelių ir burbuliukų susidūrimo dažnį flotacijos metu, o per didelis tankis padidina priemaišų patekimą ir proceso nestabilumą. Kristalizacijoje tikslus tankis yra susijęs su persisotinimo, kristalų augimo ir galiausiai galutinio produkto grynumo kontrole.
Apdorojimo problemų prevencija
Pastovus tankis taip pat padeda išvengti eksploatacinių problemų, tokių kaip vamzdžių užsikimšimai, per didelis siurblių susidėvėjimas ir nepastovi galutinių kalio produktų kokybė. Nukrypimai nuo tikslinio tankio gali sukelti nusėdimą arba stratifikaciją vamzdynuose, užteršti proceso bakus ir gauti kintamą koncentrato kokybę, dėl ko gali kilti pakartotinis apdorojimas, prastovos arba produktas gali neatitikti specifikacijų.
2.3 Pramonės standartai ir šiuolaikinės tankio matavimo technologijos
Tikslus kalio karbonato suspensijos tankio matavimas priklauso nuo įprastų ir pažangių technologijų, pritaikytų šiam procesui, derinio:
1Koriolio masės srauto matuokliai
Koriolio matuokliai matuoja masės srautą ir tankį, aptikdami jutiklių vamzdelių virpesių pokyčius. Jie pasižymi tikslumu ir gali apdoroti kintamą suspensijos sudėtį, todėl tinka tiksliam procesų valdymui. Nepaisant didelių kapitalo sąnaudų ir jautrumo dilimui abrazyvinėse suspensijose, jie yra pageidaujami tose srityse, kuriose pirmenybė teikiama koncentrato išgavimo greičio optimizavimui ir skaitmeninei integracijai. Jų tiesioginė skaitmeninė išvestis leidžia sklandžiai prisijungti prie gamyklos automatizavimo ir analizės sistemų.
2Ultragarsiniai tankio matuokliai
Ultragarsiniai matuokliai, naudodami garso greitį srutose, leidžia įvertinti tankį linijoje be judančių dalių. Nors jie patrauklūs saugos ir priežiūros požiūriu, jų tikslumą gali kelti svyruojantis dalelių dydis arba koncentracija – tai būdinga kalio uolienų atliekų srautams.
3Rankinis mėginių ėmimas ir laboratorinė analizė
Laboratoriniai matavimai – gravimetriniai ar piknometriniai – nustato kalibravimo ir kokybės užtikrinimo standartą. Jie pasižymi dideliu tikslumu, tačiau dėl darbo jėgos poreikio ir mėginių ėmimo vėlavimų netinka realiuoju laikui valdyti.
Atrankos kriterijai
Tankio matavimo technologijos pasirinkimas kalio mineralų perdirbime turi subalansuoti:
- Tikslumas (proceso stabilumas, kokybė)
- Priežiūros poreikiai
- Darbuotojų sauga (ypač radiometrinių šaltinių atveju)
- Integracijos su gamyklos automatizavimu ir realaus laiko procesų analitika galimybė
Daugelyje įmonių nuolatiniai internetiniai skaitikliai derinami su periodiniais laboratoriniais patikrinimais, siekiant patikimos ir atsekamos kontrolės.
Skaitmeninimo tendencijos
Šiuolaikinės gamyklos pereina prie realaus laiko analizės ir automatizuoto procesų valdymo, tiesiogiai susiedamos tankio matuoklius su paskirstytomis valdymo sistemomis (DCS), kad būtų galima greitai atlikti pakeitimus. Tai padeda padidinti energijos vartojimo efektyvumą, užtikrinti nuoseklią produktų kokybę ir sumažinti žmogiškųjų klaidų skaičių.
Šiuolaikiniai tankio matavimo metodai ir kontrolė dabar yra būtini efektyviems kalio karbonato gamybos metodams, optimizuojantiems gravitacinį atskyrimą mineralų perdirbime ir laikantis griežtų produktų bei aplinkosaugos reikalavimų.
Kalio flotacijos procesas: optimizavimas kontroliuojant tankį
3.1 Kalio flotacijos procesas: pagrindai
Kalio flotacija daugiausia naudojama silvinui (KCl) atskirti nuo halito (NaCl) ir netirpių medžiagų. Procesas priklauso nuo skirtingos tiriamųjų mineralų paviršiaus cheminės sudėties. Silvinas paverčiamas hidrofobiniu naudojant selektyvius kolektorius, kurie leidžia atskirti putas, o halitas ir molis slopinami slopinamosiomis medžiagomis.
Gleivių šalinimasyra labai svarbus prieš flotaciją. Jis pašalina smulkius molio ir silikatų daleles, kurios kitaip padengia mineralų paviršius, mažina reagentų efektyvumą ir selektyvumą. Efektyvus gleivių šalinimas gali pasiekti net 95 % efektyvumą, tiesiogiai palaikydamas aukštos kokybės regeneravimą flotacijos grandinėje. Taikant šį metodą, operacijos nuolat pasiekia 61–62 % K₂O koncentrato kokybės, o tai pabrėžia gleivių šalinimo svarbą kalio druskos atskyrime.
Flotacijos grandinės yra pritaikomos atskiriant žaliavą į stambias ir smulkias frakcijas po gleivių pašalinimo. Kiekviena frakcija yra specialiai dozuojama ir kondicionuojama, siekiant maksimaliai padidinti silvito išgavimą. Pagrindiniai reagentai:
- Druskos tipo kolektoriai(silvitui),
- Sintetiniai polimerų slopintojai(pvz., KS-MF) nepageidaujamiems halitams ir netirpiems junginiams slopinti,
- Paviršinio aktyvumo medžiagos ir dispergentaisiekiant dar labiau skatinti selektyvumą ir sumažinti gleivių poveikį.
Optimaliam atskyrimui reguliuojami tokie veikimo parametrai kaip srauto greitis, ląstelių maišymo greitis ir reagentų dozės. Pasauliniu mastu apie 70 % kalio karbonato gamybos priklauso nuo putų flotacijos, o didelio grynumo produktai gaunami derinant flotaciją su terminio tirpinimo-kristalizacijos metodais.
3.2 Tankio matavimas flotacijos grandinėje
Flotacijos grandinėje esančios suspensijos tankis yra labai svarbus valdymo veiksnys. Jis tiesiogiai veikia burbuliukų ir dalelių sąveiką, darydamas įtaką silvito prisijungimo efektyvumui, reagentų sunaudojimo greičiui ir galutiniam atskyrimui.
Srutų tankio poveikis:
- Mažas tankis:Burbulų ir dalelių sąlytis pagerėja, tačiau dėl silpnesnio putų stabilumo ir padidėjusio vandens pernašos gali nukentėti regeneracija.
- Didelis tankis:Pasitaiko daugiau susidūrimų, tačiau kietųjų dalelių perteklius trukdo selektyviam prisijungimui, reikalauja didesnių reagentų dozių ir gali sumažinti koncentrato kokybę.
Optimalus tankio reguliavimas reikalingas tiek stambioms, tiek smulkioms frakcijoms, siekiant maksimaliai padidinti mineralų atskyrimo efektyvumą ir sumažinti nuostolius. Operatoriai naudoja tankio matuoklius, branduolinius matuoklius ir integruotus jutiklius, kad gautų grįžtamąjį ryšį realiuoju laiku, leidžiantį nuolat reguliuoti koncentrato kokybę ir išgavimą.
Deslimingo vaidmuo:
Atvejų tyrimai rodo, kad griežtas gleivių šalinimas, stebimas matuojant tankį, leidžia pasiekti 85–87 % silvito išgavimo rodiklį ir išlaikyti aukštą flotacijos selektyvumą. Netirpių medžiagų pašalinimas prieš flotacijos etapą pagerina reagento veikimą ir padidina galutinio produkto kokybę, ypač derinant tai su tiksliu tankio valdymu.
Pavyzdžiui, vietose, kuriose naudojami sintetiniai slopintojai, tankio optimizavimas po gleivių šalinimo padidina išgavimo rodiklius daugiau nei 2 % – tai didelis poveikis didelio masto kalio mineralų perdirbimo technologijoms.
Kalio kristalizacijos procesas: pašarų tankio vaidmuo
4.1 Kalio kristalizacijos etapo apžvalga
Kalio kristalizacija yra terminis procesas, vykstantis po flotacijos ir gleivių šalinimo kalio gavybos procese. Po flotacijos, kai silvitas (KCl) atskiriamas nuo halito (NaCl) ir kitų priemaišų, koncentratas karštai išplaunamas. Tai apima susmulkintos silvinito rūdos maišymą su pašildytu sūrymu, paprastai 85–100 °C temperatūroje, ištirpinant daugiau KCl nei NaCl dėl jų skirtingo tirpumo aukštoje temperatūroje.
KCl praturtintas filtratas atskiriamas nuo neištirpusių kietųjų dalelių. Tada jis aušinamas, todėl KCl pirmiausia kristalizuojasi, nes jo tirpumas staigiai mažėja kylant temperatūrai. Šie KCl kristalai išskiriami filtruojant arba centrifuguojant, plaunami ir džiovinami. Ši seka – flotacija, karštas išplovimas ir kristalizacija – maksimaliai padidina kalio karbonato išgavimą ir produkto grynumą, gaunant galutinius produktus, kurių išgavimo rodiklis yra 85–99 %, o KCl kiekis – 95–99 %.
4.2 Kaip suspensijos tankis veikia kristalizacijos efektyvumą
Suspensijos tankis yra lemiamas veiksnys kalio kristalizacijos procese. Jis nurodo skystojoje fazėje suspenduotų kietųjų dalelių masę ir tiesiogiai veikia kristalizacijos branduolio susidarymo greitį, kristalų augimą ir grynumą.
- Branduolio susidarymo rodikliaiDidesnis suspensijos tankis padidina kristalizacijos branduolio susidarymo tikimybę, todėl susidaro daugiau, bet mažesni kristalai. Per didelis tankis gali lemti, kad sistema pirmenybę teiktų branduolio susidarymui, o ne augimui, todėl dalelės smulkios, o ne didesni, atkuriami kristalai.
- Kristalų dydžio pasiskirstymasTankus tiekimas paprastai duoda smulkesnius KCl kristalus, o tai gali apsunkinti filtravimą ir plovimą. Mažesnis tankis skatina mažesnį kristalų branduolių skaičių ir didesnių kristalų augimą, todėl supaprastėja išgavimas.
- GrynumasJei suspensija per tanki, gali iškristi priemaišos, tokios kaip NaCl ir netirpios dalelės, ir tai pablogina produkto kokybę. Tinkama tankio kontrolė sumažina šiuos intarpus ir optimizuoja grynumą.
- Vandens nusausinimo efektyvumasSmulkesni kristalai iš didelio tankio pašarų gali sandariai susikaupti, trukdydami nutekėjimui filtruojant ar centrifuguojant. Dėl to padidėja galutinio produkto drėgmės kiekis ir džiovinimo energijos poreikis.
Suspensijos tankis yra susijęs su koncentrato išgavimo rodikliais, produkto kokybe ir mineralų atskyrimo efektyvumo optimizavimu. Nepakankama kontrolė gali sumažinti KCl išeigą ir grynumą, o tai pakenkia kalio kristalizacijos proceso ekonominiams ir eksploataciniams rezultatams.
4.3 Tankio stebėjimo ir kontrolės taškai kristalizacijos metu
Tikslus suspensijos tankio matavimas ir reguliavimas yra būtinas efektyviam kalio ekstrakcijai ir aukštos kokybės kristalizacijos rezultatams. Tankio mėginių ėmimas linijoje yra standartinė praktika, naudojant vibruojančius vamzdinius densitometrus, Koriolio matuoklius arba branduolinio tankio matuoklius. Realaus laiko duomenys leidžia nuolat stebėti ir greitai ištaisyti nukrypimus.
Geriausia praktika apima:
- Strateginis jutiklių išdėstymasMėginių ėmimo prietaisus išdėstykite kristalizatorių įeinančiose tiekimo linijose ir recirkuliacijos kilpose. Tai užtikrina savalaikius ir tikslius rodmenis, svarbius proceso valdymui.
- Automatinis grįžtamojo ryšio valdymasIntegruokite tankio signalus su programuojamais loginiais valdikliais (PLC) arba paskirstytomis valdymo sistemomis (DCS). Šios sistemos reguliuoja suspensijos srautą, recirkuliacijos greitį arba druskos tirpalo įpylimą, kad būtų palaikomi tiksliniai tankio diapazonai.
- Duomenų integravimas su flotacijos sistemomisKadangi iš flotacijos grandinės išeinančio suspensijos tankis nustato pradinę kristalizacijos sąlygą, pastovaus flotacijos koncentrato tankio palaikymas palengvina stabilų kristalizatoriaus veikimą. Tankio rodmenys iš flotacijos ir kristalizacijos įrenginių turėtų būti susieti grįžtamojo ryšio cikle, kad būtų galima koordinuotai reguliuoti koncentrato išgavimo greitį ir mineralų atskyrimo efektyvumą.
Pavyzdžiai apima priešpriešinių srovių išplovimo grandines, kur tankio valdymas kiekviename etape palaiko optimalų kristalų augimą ir tolesnį vandens pašalinimą. Gamyklos dažnai įdiegia tankio signalizacijas ir procesų blokavimus, kad būtų išvengta per didelio arba per mažo tankio atvejų, apsaugant tiek produkto kokybę, tiek įrangą.
Efektyvus suspensijos tankio valdymas yra šiuolaikinių kalio karbonato gamybos metodų pagrindas, suteikiantis galimybę optimizuoti kristalizaciją siekiant grynumo, padidinti išgavimą ir sumažinti energijos bei vandens suvartojimą, taikant geriausią kalio karbonato mineralų perdirbimo technologijų praktiką.
Gravitacinis atskyrimas mineralų perdirbime: kalio karbonato išgavimo papildymas
5.1 Įvadas į potašui taikomus gravitacinio atskyrimo metodus
Gravitacinis atskyrimas yra mineralų apdorojimo technika, kuri išnaudoja dalelių tankio ir nusėdimo greičio skirtumus, kad būtų pasiektas atskyrimas. Kalio gavybos procese gravitacinis atskyrimas turi nišinį pritaikymą, papildydamas kitus pirminius apdorojimo būdus, tokius kaip flotacija, gleivių šalinimas ir kristalizacija. Su kaliu susiję gravitacinio atskyrimo metodai apima sunkiosios terpės atskyrimą (HMS), garintuvą ir spiralinius koncentratorius, nors flotacija išlieka dominuojanti kalio jonų srautų schemose.
Gravitacinio atskyrimo principas remiasi skirtingo tankio ir dydžio dalelių nusėdimu skirtingu greičiu, kai jos suspenduojamos skystyje. Kalio gamyklose šis principas naudojamas tankesnėms sudedamosioms dalims, tokioms kaip molis, netirpūs mineralai arba natrio chloridas (halitas), atskirti nuo silvito (kalio rūdos) frakcijų. Procesas yra efektyviausias, kai yra pakankamas mineralų tankio skirtumas – silvito (KCl) tankis yra maždaug 1,99 g/cm³, o halito (NaCl) – 2,17 g/cm³. Nors tankio skirtumas yra mažas, tam tikruose srauto schemos etapuose jis naudojamas toliau koncentruoti kalį ir pašalinti priemaišas kartu su flotacijos ir kristalizacijos etapais.
Gravitacinis atskyrimas paprastai atliekamas po pirminio sijojimo ir gleivių šalinimo, dažnai kartu su kitais kalio mineralų perdirbimo metodais. Jis veikia kaip papildomas žingsnis, kai reikia pasiekti esminį grynumą arba koncentrato išgavimą, ir siūlo ekonomiškai efektyvų stambiojo/smulkiojo atskyrimo metodą, kai flotacijos selektyvumas yra nepakankamas. Pavyzdžiui, tiek netirpaus molio pašalinimas iš flotacijos žaliavų, tiek stambių, mažų frakcijų, gautų iš sieto plovimo, gerinimas gali būti naudingas. Kai kuriuose įrenginiuose senesnės gravitacinės grandinės lieka specifinėms atliekoms ar druskos frakcijoms tvarkyti, ypač tais atvejais, kai flotacijos našumas nėra optimalus stambesnėms dalelėms arba sūrymuose, kurie turi įtakos reagentų cheminei sudėčiai.
Gravitacinis atskyrimas nepakeičia kalio flotacijos proceso, bet jį papildo, ypač tais atvejais, kai svarbu pagerinti flotacijos išgavimą kalio kasyboje arba padidinti bendrą koncentrato išgavimo greitį. Kai reikia optimizuoti konkretų mineralų atskyrimo efektyvumą, pavyzdžiui, pasiekti itin aukštą produkto grynumą arba pašalinti nuolatines priemaišas, gravitacinis atskyrimas yra vertingas kaip antrinis metodas.
5.2 Srutų tankis ir gravitacinio atskyrimo našumas
Gravitacinio atskyrimo efektyvumas kalio kristalizacijos procese ir kituose kalio gamybos metoduose yra tiesiogiai susijęs su suspensijos tankiu. Pagrindinis ryšys čia yra tarp suspensijos tankio, dalelių nusėdimo greičio ir bendro atskyrimo efektyvumo.
Kaip apibrėžta Stokso dėsnyje, laminariniame sraute dalelių nusėdimo greitis didėja didėjant dalelių ir skysčio tankio skirtumui bei dalelių dydžiui. Kalio gavybos procese kontroliuojant suspensijos tankį, operatoriai gali reguliuoti terpę taip, kad silvitas arba susiję mineralai nusėstų arba plūduriuotų optimaliu greičiu. Per didelis suspensijos tankis trukdo nusėdimui – dalelės trukdo viena kitai judėti, todėl sumažėja mineralų atskyrimo efektyvumas ir gaunama prastos kokybės koncentratas. Ir atvirkščiai, labai mažas tankis gali sumažinti atskyrimo našumą ir sukelti smulkių priemaišų patekimą, o tai sumažina išgavimą.
Žaliavų tankio optimizavimas, matuojamas tiksliais kalio karbonato suspensijos tankio matavimo metodais, yra pripažintas vienu geriausių gravitacinio atskyrimo kasyboje būdų:
- Didelio tankio suspensijos:
- Dėl dalelių sąveikos (trukdomo nusėdimo)
- Mažesnis atskyrimo ryškumas
- Padidintas baudų perkėlimas
- Mažo tankio suspensijos:
- Padidėjęs vandens ir energijos sunaudojimas srutų tvarkymui
- Sumažintas proceso našumas
- Galimas vertingų mineralų praradimas
Tikslinis darbinis tankis paprastai svyruoja nuo 25 % iki 40 % kietųjų dalelių svorio, priklausomai nuo savitojo svorio atskyrimo įrenginio ir mineralogijos. Operatoriai dažniausiai koreguoja šiuos lygius paleidimo ir plovimo etapuose, subalansuodami konkuruojančius koncentrato išgavimo greičio ir produkto grynumo poreikius.
Pavyzdžiui, kalio spiralinėje grandinėje padavimo tankio reguliavimas šiame optimaliame diapazone turi įtakos KCl pasiskirstymui švariame koncentrate, palyginti su atsijomis ir uodegomis. Priešsrovinis gleivių šalinimas, kurio metu pašalinami itin smulkūs molio ir dumblo dalelės, yra labai svarbus valdymo žingsnis, siekiant užtikrinti, kad padavimas į gravitacinį atskyrimą išliktų tinkamame tankio diapazone. Aukštos kokybės tankio matavimo metodai, skirti srutoms kasyboje, pvz., branduolinio tankio matuokliai arba Koriolio matuokliai, leidžia automatizuotoms valdymo sistemoms išlaikyti šiuos tikslus, o tai užtikrina nuoseklų proceso našumą ir efektyvų kalio karbonato išgavimą.
Griežtas suspensijos tankio valdymas šiame etape ne tik pagerina tolesnės flotacijos ar kristalizacijos rezultatus, bet ir tiesiogiai susijęs su metodais, skirtais padidinti koncentrato išgavimą mineralų perdirbimo metu, sumažinant nuostolius tarpinių atskyrimo etapų metu. Šis išsamus dėmesys suspensijos tankiui gravitacinėse grandinėse yra labai svarbus šiuolaikiniams kalio mineralų perdirbimo metodams ir yra platesnių strategijų, skirtų kalio kristalizacijos optimizavimui siekiant grynumo ir išeigos, pagrindas.
Išgavimas iš kalio druskos tirpalo nuotekų
*
Nuo duomenų iki sprendimų: procesų stebėsena ir automatizavimas
6.1 Tankio matavimo integravimas į visos gamyklos kontrolę
Visos gamyklos automatizavimas kalio karbonato kasybos procese remiasi tikslių suspensijos tankio matavimų integravimu naudojant SCADA (priežiūros valdymo ir duomenų rinkimo), DCS (paskirstytąsias valdymo sistemas) ir atskirus valdiklius. Šios sistemos koordinuoja procesų valdymą realiuoju laiku, leisdamos dinamiškai reaguoti į proceso pokyčius, kurie turi įtakos produkto kokybei ir išgavimo greičiui.
Duomenų patikimumo ir operatoriaus veiksmų užtikrinimas:
- Kalibravimas ir patvirtinimas:Sistemingas kalibravimas naudojant žinomus standartus ir įprastiniai patikrinimai vietoje pašalina prietaisų poslinkį, kuris yra ypač svarbus aplinkoje, kurioje susidaro abrazyvinės arba kietųjų dalelių suspensijos, būdingos kalio gamybos metodams.
- Signalo filtravimas:Pažangus skaitmeninis filtravimas išlygina tankio signalus, sumažindamas oro burbuliukų, jutiklių užsiteršimo ar trumpalaikių proceso sutrikimų poveikį, tuo pačiu išlaikydamas greitą reagavimą į tikrus proceso pokyčius.
- Duomenų kokybės vizualizavimas:SCADA/DCS sąsajos apima realaus laiko duomenų kokybės indikatorius, patikimumo žymas ir istorinių tendencijų perdengimus. Tai užtikrina, kad operatoriai galėtų lengvai atskirti veiksmingus signalus nuo anomalijų, padidindami operatoriaus atsakymų patikimumą.
Pavyzdžiui, kai elektrinis tankio matuoklis aptinka netikėtą suspensijos tankio padidėjimą flotacijos elemente, valdymo sistema gali automatiškai įspėti operatorių, įjungti proceso signalizacijas arba reguliuoti reagentų dozavimą, kad būtų išlaikytos tikslinės nustatytosios vertės, taip sugriežtinant koncentrato išgavimo ir vandens šalinimo efektyvumo kontrolę.
6.2 Nuolatinis tobulinimas: atsigavimo ir efektyvumo analizė
Maksimalus kalio karbonato išgavimo ir gamyklos našumo padidinimas priklauso nuo istorinių ir realaus laiko tankio duomenų naudojimo, siekiant nustatyti modelius, numatyti problemas ir nuolat optimizuoti.
Koncentrato regeneravimo greičio optimizavimas:
- Duomenų analizė:Analizuodami ankstesnių ir dabartinių tankio rodmenų tendencijas visame kalio flotacijos procese, gamyklos inžinieriai gali nustatyti proceso kliūtis arba numatomo elgesio nukrypimus, pavyzdžiui, didėjantį uolienų atliekų tankį, rodantį neoptimalias flotacijos sąlygas. Didelės skiriamosios gebos tankio duomenys teikia analizės ataskaitų suvestines, kurios koreliuoja proceso koregavimus (pvz., malimo dydį, reagentų greitį ar oro srautą ląstelėse) su KCl koncentrato išeigos pagerėjimu.
- Nustatytosios vertės optimizavimas:Duomenimis pagrįsta valdymo logika gali savarankiškai reguliuoti tankio nustatymus įvairiuose proceso etapuose, užtikrindama, kad kiekvienas įrenginys (pvz., tirštikliai, flotacijos elementai) veiktų efektyviausiai, sumažindama kintamumą tolesnėje kristalizacijoje ir padidindama grynumą.
Tvirtas tankio matavimo metodų integravimas su visoje gamykloje veikiančiomis automatizavimo sistemomis kartu su analitika sudaro sąlygas tvariam potašo kasybos proceso tobulinimui. Šis metodas padeda pagerinti flotacijos išgavimą potašo kasyboje ir optimizuoti potašo kristalizaciją siekiant grynumo, kartu didinant veiklos efektyvumą ir skatinant aktyvų turto valdymą.
Aplinkosauginė, ekonominė ir veiklos nauda
7.1 Tiesioginis procesų ir produktų kokybės gerinimas
Tikslus kalio skiedinio tankio matavimas leidžia griežčiau kontroliuoti kalio skiedinio flotacijos procesą. Optimalaus skiedinio tankio palaikymas užtikrina efektyvesnį silvito (KCl) ir priemaišų mineralų atskyrimą, todėl gaunami aukštesnės kokybės koncentratai. Pavyzdžiui, flotacijos grandinės, palaikančios skiedinio tankį tiksliniuose diapazonuose, įprastai palaiko 61–62 % K2O kiekį, o gleivių šalinimo efektyvumas siekia beveik 95 %. Ši konsistencija tiesiogiai reiškia mažiau proceso sutrikimų, nes vienodas skiedinio tiekimas užtikrina stabilų putų susidarymą ir kontroliuojamą reagentų sąveiką.
Produkto kokybė taip pat pagerėja, nes patobulinta tankio kontrolė reiškia, kad galutinis kalio karbonatas nuolat atitinka griežtus rinkos reikalavimus – tiek pramoniniam, tiek žemės ūkio naudojimui. Sumažėja koncentrato rūšies, drėgmės kiekio ar dalelių dydžio skirtumai, todėl padidėja klientų pasitenkinimas ir sutarčių laikymasis. Tokiose rinkose kaip trąšų gamyba, kur pirkėjų reikalavimai diktuoja dalelių sudėtį ir grynumą, būtina atitikti tikslius produkto kriterijus.
7.2 Tikslaus srutų matavimo ekonominė vertė
Tikslus tankio matavimas turi didelių ekonominių pasekmių. Stabilizavus suspensijos tankį, pagerėja išgavimo rodikliai – flotacijos grandinės gali padidinti mineralų atskyrimo efektyvumą, ką rodo 85–87 % išgavimo rodikliai, kai tankis yra griežtai reguliuojamas. Šis efektyvumas reiškia, kad iš vienos tonos iškastos rūdos išgaunama daugiau kalio karbonato, todėl sumažėja atliekos ir padidėja pelningumas.
Taip pat sumažėja energijos suvartojimas. Tinkamas tankis palaiko siurblių ir maišytuvų idealų darbinį diapazoną ir apsaugo nuo per didelio energijos suvartojimo. Reagentų sunaudojimas sumažėja, nes tinkamas tankis užtikrina efektyvų reagento ir dalelių sąlytį, todėl mažiau energijos iššvaistoma netiksliniams mineralams. Dėl pagerėjusio proceso stabilumo sumažėja priežiūros išlaidos; vienodas suspensijos tankis sumažina siurblių, vamzdžių ir flotacijos elementų nusidėvėjimą, nes išvengiama užsikimšimų ir abrazyvinio pulsavimo.
7.3 Tvarumas ir atliekų mažinimas
Optimizuotas kalio karbonato kasybos proceso suspensijos tankis duoda didelę naudą aplinkai. Kontroliuojant tankį, rūdos, vandens ir energijos ištekliai naudojami efektyviai – sunaudojama tik tiek, kiek reikia efektyviam atskyrimui. Dėl to sumažėja uolienų atliekų kiekis ir gėlo vandens poreikis.
Taip pat pagerėja uolienų atliekų tvarkymas. Patobulintas mineralų atskyrimas reiškia švaresnes uolienas su sumažintu likutinio kalio kiekiu, taip sumažinant riziką aplinkai ir supaprastinant šalinimą. Kai kuriose operacijose flotacijos atliekos integruojamos į cementuotos pastos užpildymo (CPB) sistemas – uolienų atliekomis užpildomos iškastos kameros ir stabilizuojami požeminiai darbai. Tyrimai rodo, kad CPB stiprumas ir takumas optimizuojami tiksliai kontroliuojant suspensijos tankį, suderinant tvarkymo paprastumą su konstrukcijos vientisumu ir vengiant per didelio naujų medžiagų išgavimo.
Išteklių naudojimas dar labiau sumažinamas naudojant flotacijos atliekomis pagrįstas užpildymo technologijas kartu su kruopščiai pritaikytomis kalkių dozėmis. Toks integravimas ne tik sustiprina požemines konstrukcijas, bet ir sumažina ilgalaikį kasybos poveikį aplinkai. Visos šios priemonės kartu atspindi geriausią tvarią kalio mineralų perdirbimo praktiką.
Suspensijos tankio matavimas yra kalio karbonato kasybos proceso pagrindas, lemiantis našumą nuo rūdos gavybos iki koncentrato gamybos. Suspensijos tankio stebėjimas ir kontrolė yra neginčijama siekiant išlaikyti atskyrimo efektyvumą flotacijos, gravitacinio atskyrimo mineralų apdorojimo metu ir vėlesnių kalio karbonato kristalizacijos etapų metu. Šie parametrai tiesiogiai kontroliuoja, kaip gerai silvitas ir kiti vertingi mineralai yra atskiriami nuo priemaišų, o tai turi įtakos ne tik mineralų atskyrimo efektyvumo optimizavimui, bet ir galutiniam koncentrato grynumui bei kokybei. Neteisingas tankis dažnai lemia prarastą išgavimą, padidėjusį atliekų kiekį ir veiklos sutrikimus, todėl pabrėžiamas tikslių matavimų poreikis kiekviename kalio karbonato mineralų apdorojimo technikos etape.
Glaudų ryšį tarp kontroliuojamo suspensijos tankio ir pagerinto koncentrato išgavimo greičio įrodo tiek lauko duomenys, tiek geriausia pramonės praktika. Pavyzdžiui, optimalaus tankio palaikymas flotacijos grandinėje pagerina flotacijos išgavimą kalio kasyboje, maksimaliai padidinant burbuliukų ir dalelių sąlytį ir sumažinant priemaišų patekimą. Dėl to nuolat gaunamas aukštas KCl išgavimo greitis – dažnai 85–99 %, kaip pažymi pirmaujantys gamintojai. Kristalizacijos metu tankio kontrolė leidžia optimizuoti persotinimo lygį, sumažinti energijos suvartojimą ir užtikrinti produkto grynumo tikslus, o tai yra būtina tolesniam apdorojimui arba tiesioginiam pardavimui. Kiekvienas etapas – nuo malimo iki gravitacinio atskyrimo kasyboje – yra naudingas tankio valdymu – sumažina įrangos prastovas, padidina vandens taupymą ir pagerina bendrą gamyklos našumą.
Nuolatinės kasybos dumblo tankio matavimo metodų inovacijos skatina veiklos efektyvumą visoje pramonėje. Perėjimas nuo rankinių, lėtų laboratorinių analizių ir branduolinių matuoklių prie realaus laiko, neinvazinių ultragarsinių ir Koriolio metodu pagrįstų technologijų reiškia, kad operatoriai greičiau reaguoja į proceso pokyčius, sumažindami tiek fizinius, tiek finansinius nuostolius. Integracija su pažangiomis procesų valdymo sistemomis dar labiau garantuoja automatinius koregavimus, sumažina žmogiškąsias klaidas ir palaiko saugius, tvarius kalio karbonato gamybos metodus. Griežtėjant reglamentams ir keičiantis rinkos dinamikai, geriausia praktika dabar pabrėžia jutikliais pagrįstą tankio stebėjimą, nuolatinį darbuotojų mokymą ir reguliarų įrangos atnaujinimą, siekiant patenkinti augančią paklausą ir mažėjančią rūdos rūšį. Šių principų taikymas padidins efektyvumą, padidins koncentrato išgautą naudojant metodus, skirtus padidinti koncentrato išgautą mineralų perdirbime, ir nuolat tieks aukštos kokybės kalio karbonato produktus.
Įrašo laikas: 2025 m. gruodžio 2 d.
