روش های متداول فرآوری پتاس

روشهای متداول فرآوری پتاس

  امروزه فرآوری در محل معدن انجام می شود و معمول ترين روش، فلوتاسيون است. ماده معدنی پس از خردايش توسط آسياب به دانه هايی با قطر کوچکتر از يک سانتيمتر تبديل می شود اين دانه ها همراه با محلول اشباع که قدرت انحلال ندارد از سرند های 10 مش عبور می کند. آنچه روی سرند باقی بماند به چرخه واسطه سنگين منتقل می شود و آنچه از سرند عبور کند آماده فلوتاسيون است.

واسطه سنگين:

در اين روش چگالی محلول اشباع در حد واسط وزن مخصوص پتاس و نمک انتخاب می شود بنابراين پتاس شناور شده اما ناخالصی ها به پايين سقوط می کند. دانه های شناور پتاس پس از شستشو و خشک شدن آماده بارگيری است و دانه هايی که به علت درشتی شناور نشده اند پس از خردايش دوباره سرند شده و به ابتدای مسير فلوتاسيون بازگردانده می شود.

فلوتاسيون:

در مرحله اول مواد غير قابل حل و شورابه از ذرات ريز ماده معدنی طی فرآيندی به نام آهک زدايی   (desliming) جدا می شود. در مرحله دوم، ماده معدنی که سطح ذرات آن با مواد شيميايی آغشته شده است به همراه شورآبه به داخل سلول های فلوتاسيون پمپ شده و هوا نيز به مخلوط دميده می شود. ذرات فعال شده پتاس به حباب های هوا می چسبند و به سطح می آيند اما ذرات نمک و ناخالصی ها به کف ظرف سقوط می کنند. پتاس پس از کف زدايی، جدا کردن شورابه همراه و خشک شدن يک محصول استاندارد است.

تبلور:

ذرات دانه ريز ماده معدنی که از طريق فلوتاسيون قابل فرآوری نيست توسط شورابه های داغ حل شده و پـس از سه مرحله تبلور مجـدد کريستـال های درشت و خـالص پتاس بدست می آيـد. در معادنـی که به روش انـحلال استـخراج می شـوند، تبلور مهمترين روش فـرآوری است. در اين روش درجـه خـلوص کلريد پتـاسيم را می توان به 99/9 درصد رسانيد که در اين صورت به آن جوهر پتاس می گويند و در صنايع شيميايی مصرف می شود. كانه پتاس با انحلال حرارتی يا فرآوری كننده‌های تبلوری يا شناورسازی پرعيار می شود كه می تواند با جدايش مواد سنگين همراه باشد. روش جدايش مواد سنگين بر‌ پايه اختلاف كم چگالی سيلويت و لانگبينيت يا هاليت و سيلويت است.
در روش جدايش الكترواستاتيك كه می تواند جايگزين روش فوق شود، سيلويت گرم شده تا خشك شود و با شارژ الكترواستاتيك آن KCl كه بار منفی گرفته است از NaCl با بار مثبت جدا می شود.

تراکم:

پتاس بدست آمده از طريق فلوتاسيون و آبگيری با استفاده از فشار زياد متراکم شده و تکه های بدست آمده پس از خردايش توسط سرند دانه بندی می شود.

نگهداری و حمل:

برخی از معادن کانادا انبارهايی در اختيار دارند که تا يک ميليون تن پتاس بسته بندی شده را ذخيره می کنند. چنانچه ميزان رطوبت پتاس دانه بندی شده از حد استاندارد کمتر باشد تمايل به پودر شدن دارد و اگر ميزان رطوبت بيشتر باشد پتاس حالت کيک به خود می گيرد بنابراين رطوبت استاندارد و بسته بندی غير قابل نفوذ برای حمل ضرورت دارد. حمل تا محل بنادر معمولا ً ريلی است.
روشهاي متنوعي برای جداسازی پتاس از كانسارهای عمده وجود دارد. روش استحصال بر حسب مشخصات ماده معدنی و نوع محصول مورد نظر تعيين می شود. 5 روش جهت استحصال كلرور پتاسيم از شورابه و سنگ معدن وجود دارد. اين روش ها شامل فلوتاسيون، جدايش واسطه سنگين، انحلال و كريستاليزاسيون، فرآيند الكترو استاتيكی و استفاده از حوضچه های تبخير خورشيدی است. در جدول 3-4 مناسبترين اندازه دانه بندی برای روشهای عمده فرآوری پتاس در صنعت آورده شده است.

الف – فلوتاسيون:

در اواخر دهه 1930 در “كارلسباد” آمريكا اين روش جهت فرآوری كلرور پتاسيم آغاز شده و پس از آن دركشورهای ديگر نظير انگلستان، فرانسه، آلمان و رژیم اشغالگر قدس رايج شد. محصول به دست آمده از فلوتاسيون بسيار دانه ريز بوده و همراه با فسفر و نيتروژن به عنوان كود شيميايی مصرف می شود. اين روش متداول ترين و اقتصادی ترين روش جهت استحصال كلرور پتاسيم از سيلويت است. فلوتاسيون فرآيند شيميايی- فيزيكی است و عوامل زيادی برای توليد كنستانتره مطلوب با بازيابی بالا، بايد مورد توجه قرار گيرد. اگر كانسنگ بيش از 5/3 تا 4 درصد رسوب نرمه داشه باشد بايد نرمه گيری شود و اين باعث می شود بازيابی كلی كاهش يابد زيرا بخشی از پتاس در ابعاد ريز به هدر می رود. برای بازيابی ذرات ريز سيلويت درگير با رس ها به روشهايی با تجهيزات خاصی نياز است. پس ازآنكه ذرات ناخالصی از سنگ معدن جدا شد، كانه های پتاس را در سه مرحله خرد می كنند. تا به 35/3 ميلی متر برسد چون ذرات بزرگتر از آن در فلوتاسيون به خوبی شناور نمی شوند. ذرات سيلوينيت در آب شور به حال تعليق در می آيند و تشكيل پالپی با غلظت مناسب را می دهد. پالپ به دست آمده توسط مواد شيميايی خاصی كه كلكتور ناميده می شوند و نقش آنها آبران كردن سيلويت است، آماده سازی می شوند. كلكتورها انواع مختلفی دارند و معمولاً از آمين ها و آمين های با زنجيره طولاني مانند استريل (18 كربن) و آراچديل- بنيل (20-22 كربن) استفاده می شود. از روغن كاج نيز به عنوان كف ساز استفاده میشود. سلولهای فلوتاسيون ظرفی هستند كه در دورن آن همزنی برای معلق نگه داشتن ذرات جامد و مسيری برای ورود حبابهای هوا از كف سلول، وجود دارد. ابعاد اين حبابها توسط خود دستگاه، شدت بهم زدن و حضور مواد شيميايی مؤثر در فصل مشترك مايع و گاز و سموم به كف ساز قابل كنترل می باشد.
اين حبابها هوا را به سطح سلول منتقل می كنند. با استفاده از كف ساز مناسب و ميزان مصرف صحيح آن می توان لايه ای از كف باپايداری كافی درسطح سلول فلوتاسيون به دست آورد كه حاوی ذرات جامد آبران است. سپس اين كف توسط دستگاه های مكانيكی از سطوح سلول خارج می گردد و بدين وسيله كانی مورد نظر از باطله جدا می شود. زمان و شرايط آماده سازی چگالی پالپ، دمای پالپ فلوتاسيون و … از جمله عواملی هستند كه در فلوتاسيون پتاس موثرند.
عمليات فرآوری در دمای عادی انجام می گيرد. عيار كنسانتره اوليه فلوتاسيون سيلويت از سيلونيت به 40 تا 42 درصد K2O می رسد. با چند بار تميز كردن كنستانتره می توان به عيار 56 تا 58 درصد K2O رسيد. در فلوتاسيون سيلويت از نمك كارناليتی مصرف كلكتور به علت حضور يون منيزيم به 5 تا 6 برابر ميزان مورد مصرف در نمكهای سيلويتی می رسد. معمولاً عيار كنسانتره حاصل از فلوتاسيون نمك های كارناليتی حداكثر به 40 درصد K2O با بازيابی 50 تا 60 درصد می رسد.

ب – روش جدايش واسطه سنگين

در اين روش از تفاوت چگالی سيوليت و هاليت و يا سيلويت و لانگبينيت استفاده می شود. كانی تا اندازه ای 1 سانتيمتر خرد شده و توسط مايعی كه چگالی حد واسط دارد دو كانی از هم جدا می شوند. ذرات با چگالی كمتر شناور و ذرات سنگين تر غوطه‌ ور می شوند. برای تهيه مايع واسطه سنگين از فروسليس يا منيتيت استفاده می شود. اختلاف وزن مخصوص كارناليت و هاليت نيز می تواند اساسی  برای جدايش ثقلی هاليت باشد.

ج – روش انحلال- كريستاليزاسيون

اساس اين روش قابليت انحلال بيشتر KCl در دمای بالا نسبت به سدیم کلرید است. مزيت اين روش، جداسازی پتاس از كانسنگهايی با درصد زياد مواد نامحلول مانند رسها و توليد محصول با عيار بالا است. چنانچه محلول حاوی هر دو نمك باشد. انحلال NaCl با فازايش دما كمی كاهش می يابد. بنابراين هنگامي كه شورابه اشباع شده در 20 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد حرارت داده شود مقدار زيادی KCl در آب حل می شود و كلرور سديم به عنوان باطله دور ريخته می شود. سپس محلول نمك جدا شده و خشك می شود. محلول نمك باقيمانده به فرآيند برگردانده می شود. چنانچه محصول با درجه خلوص بالا درنظر باشد، بلورهای KCl مجدداً حل شده و كريستاليزه می شود تا محصولی با بيش از 99 درصد KCl توليد می شود. شكل 3-3 فلوشيت نمونه برای فرآيند انحلال- كريستاليزاسيون را نشان می دهد.

د – روش الكترواستاتيكي

اين روش به عنوان يك روش با هزينه های سرمايه گذاری پايين و راندمان تولیدی بالا ثابت محسوب می شود. در اين روش باطله حاصل فرآوري خشك شده و استحصال پتاس از باطله ها صورت می گيرد. حرارت خيلی  كم درحين فرآوری لازم است. لازمه اين فرآيند، دمای معتدل، يك منبع الكتريكی، معرفهای شيميايی و كنترل دقيق نسبت مقدار رطوبت در محفظه جدا كننده است.
اين روش اولين بار در آمريكا مورد ارزيابی قرار گرفت اما گسترش چندانی نداشت و پس از جنگ جهانی دوم نيز درآلمان به كار گرفت شد.

و – استفاده از حوضچه های تبخير خورشيدی

در اين روش شرايط آب و هوايی از عوامل مهم می باشد. در برخی معادن مانند اوگدون از درياچه آب يا آبهای شور نزديك سطح و حوضچه متعدد استفاده می نمايند.
حوضچه های متعدد برای ايجاد چگالی های متفاوت آب شور جهت تبلور كانيهای مختلف در مراحل گوناگون مورد استفاده قرار ميگيرند. تبخير زياد خورشيدی تنها در طول سه ماه تابستان انجام می گيرد. در اين مدت تبخير بارندگی همراه با وزش باد ازعوامل مؤثر تبخير هستند. سيلويت و هاليت در اين حوضچه ها رسوب می كنند و سپس محلول برداشت شده به واحد فلوتاسيون برای جداسازی نمكها از هم منتقل می شود.
دو نوع پتاس از جنوب بحرالميت در آب و هوايی كه مساعد برای تبخير در طول سال می باشد، بهره برداری می شود. در اثر تبخير آب شور كارناليت و هاليت در حوضچه های برداشت محصول رسوب می كند. كلرور منيزيم همراه آب تازه شسته شده و مخلوطی از سيلويت و هاليت باقی می ماند. در رژیم اشغالگر قدس سيلويت در سه واحد مختلف فرآوری جدا می شود. در واحد قديمی از صنعت فلوتاسيون استفاده می شود. ظرفيت اين واحد با افزودن تجهيزات روش فرآوری تبلور مجدد توسعه پيدا كرده است. جديدترين واحد كه از روش اختصاصی تبلور سرد كه از متبلور كننده با حرارت پايين جهت توليد كلرور پتاسيم استفاده می نمايند مورد بهره برداری قرار گرفته است.
از فرآيند رسوبگذاری دراثر سرد شدن طبيعی نيز می توان جهت استحصال پتاس از حوضچه های استفاده كرد. يك حوضچه بزرگ در ماه های سد سال ايجاد می شود آب شور از معدن به داخل حوضچه جريان می يابد، تنها سيلويت در اثر هوای سرد زمستان متبلور می گردد. سپس حوضچه های لايروبی شده و رسوب سيلويت را خشك كرده و به فروش می رسد.

جهت استحصال سولفات پتاسم از روشهای متفاوتی استفاده می شود. سولفات پتاسيم را می توان مانند كلرور پتاسيم از شورابه بدست آورد اما معمولاً با استفاده از كلرور پتاسيم و اسيد سولفوريك و يا روشهای ديگر ازكانيها محتوی سولفات پتاسيم به دست می آيد. مهمترين روش های توليد سولفات پتاسيم عبارت است از:

•  كائينيت در اروپا به عنوان مهمترن كانی توليد سولفات پتاسيم به شمار می رود. متداول ترين روش از طريق انحلال، حرارت دادن و سرد كردن شوئنيت حاصل از كائينيت و سپس تركيب آن با كلرور پتاسيم می باشد.
• يكی از روشهای توليد سولفات پتاسيم استحصال از لانگبينيت است و پودر سنگ آن با محلول كلرور پتاسيم واكنش داده سولفات پتاسيم به وجود می آيد كه پس از شستشو، جداسازی و الك كردن به دست می آيد. اين روش در نيومكزيكو به كار می رود.
• در اروپا از سنگ معدن هالتساز نيز سولفات پتاسيم به دست می آورند. پس از جدايش پتاسیم کلرید و كلرور سديم از آن، كايزريت باقی می ماند كه سولفات منيزيم است. كايزريت در دو مرحله واكنش باكلرور پتاسيم به سولفات پتاسيم و كلرور منيزيم تبديل می شود.
• فرآيند توليد آلومينا از سنگ معدن آلونيت، سولفات پتاسيم و گاز دی اكسيد گوگرد به عنوان محصولات فرعی توليد می شود.
• از غبار خروجی كوره های سيمان كه دارای مقداری سولفات پتاسيم است

از طريق فرآيند الكتروستاتيك نيز سولفات پتاسيم قابل استحصال است. در امريكا از ضايعات صنعت شكر نيز سولفات پتاسيم بازيابی می گردد.