专利名称：固体矿溶浸开采——多元结晶制取氯化钾的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从固体钾盐矿物中直接生产氯化钾的方法，属于固体矿物溶解开采及加工技术领域。
目前，国内外对固体钾盐矿的开采有包括地下开采和露天开采的固相开采法，而液相开采则包括全溶解和选择性溶解两种开采法。固相开采虽然生产能力大，工效高，回采成本低，便于使用大型设备作业，但基建投资和矿石开采量大，矿石损失率和贫化率较高，地表及其植被破坏严重，而且在开采过程中，杂质矿物也随有用矿物一起被开采出来，不仅对环境造成污染和破坏，而且增加后序加工量和加工难度，因此，不适宜开采低品位的钾盐矿。液相开采虽然基建投资小，开采成本低，有用矿物回收率高，废石产出量少，开采安全性高，环境污染小，占地面积小，对地表及其植被破坏小，但由于现有的液相开采大多用淡水作为溶剂，在采出氯化钾的同时，仍然要采出大量的氯化镁和氯化钠，这对富含氯化镁的老挝光卤石矿来说，不仅开采难度大，而且经济效益低，尤其对环保要求较严的湄公河流域可谓一个难题。
本发明的目的在于提供一种投资小，成本低，回收率高，不污染环境，不破坏地表及其植被的选择性溶浸开采-多元结晶方法。
本发明利用光卤石加工过程中产生的废液、废盐、废水作为溶浸液，进行选择性溶浸开采，以便在不采出氯化钠和氯化镁的同时，只从固体钾盐矿石中采出富含氯化钾的卤液，并直接通过结晶工艺一步获取高品质氯化钾。
本发明通过下列工艺步骤实现它包括选择性溶浸开采，以及将开采出来的富钾卤水蒸发结晶，其特征在于选择性溶浸开采所用的溶浸液由下列重量百分比的化学组分组成氯化钾 ≤0.4％氯化钠 1.8-2％氯化镁 24.5-26％
余量为废盐液及水；溶浸液温度25-60℃；溶浸压力孔深每下降1米，所需要表面压力为0.115kg/cm2；溶浸液出卤量200-450m3/小时；开采出来的富钾卤液直接经下列结晶工艺步骤1、在30-145℃温度条件下，进行蒸发结晶，蒸发水返回溶浸液池；结晶析出物经分离得含氯化钠的高温盐和析盐母液，高温盐返回溶浸池；2、在20-40℃温度条件下，将上述析盐母液进行冷却结晶，析出低钠光卤石，分离出低钠光卤石后，得到主要成分为氯化镁的老卤；3、在15-40℃温度条件下，按下列重量比投料光卤石∶水∶循环母液＝1∶0.5∶4-6，进行控速分解结晶，控制搅拌速度50-100rpm，结晶反应时间60-90分钟，分离出粗钾后，得分解母液；4、将2步骤的老卤和3步骤的分解母液进行兑卤结晶，控制搅拌速度100-300rpm，反应时间30-70分钟，兑卤比M25∶F＝1∶2，结晶得光卤石料浆和兑卤母液，兑卤母液返回溶浸池，光卤石料浆再返回3步骤进行控速分解结晶出粗钾；5、将返回溶浸池的蒸发水、高温盐、兑卤母液配制成溶浸液后回注到矿体中进行选择性开采。
所述溶浸液流速和流量要根据溶浸时间、温度、采卤量等指标确定；所述溶浸液出卤量则根据生产规模确定；所述溶浸时间根据溶浸液温度、压力、矿物成分、溶浸液成分确定，本发明的溶浸时间4-10小时；溶浸液流速 150-250ml/分钟；溶浸液流量 0.8-1.2m3/小时；溶浸液出卤量200-450m3/小时。
所述结晶出的粗钾在洗涤槽中，按粗钾∶淡水＝1∶0.3，加水进行洗涤，分离固、液相后，得优质氯化钾，洗涤后的水返回富钾卤水循环使用。
洗涤中的加水量按下列计算公式得出W2=Q2×{(M2-M2′)+(M3-M3′)0.296-0.0006(t2-15)-N2}]]>式中W2粗钾洗涤实际用水量(吨)Q2粗钾重量(吨)M2粗钾含氯化钠量(吨/吨)M2精钾中氯化钠充许含量(吨/吨)M3粗钾含氯化镁量(吨/吨)M3精钾中氯化镁充许含量(吨/吨)t2洗涤温度(℃)N2粗钾含水量(吨/吨)。
所述控速分解结晶用水量按下列公式进行计算W1=Q1×(M10.3541+0.00085t1-N1)]]>式中W1光卤石分解实际用水量(吨)Q1光卤石重量(吨)M1光卤石中氯化镁含量(吨/吨)N1光卤石中含水量(吨/吨)T1分解过程的分离温度(℃)。
所述冷却结晶分为一段冷却，二段冷却，所用设备为两级真空结晶器，并辅以冷析结晶、空气冷却等自然冷却手段。
所述蒸发结晶采用以多效强制循环蒸发为主，太阳能加热为辅的加热方式。
所述溶浸开采中，溶浸液各成分的要求是KCl含量越低，则采出的富钾卤水中KCl量就越多，效益越高；NaCl含量应保持饱和或近饱和，以便不采出或少采出NaCl；MgCl2含量应接近KCl、NaCl及KCl·MgCl2·6H2O三盐共饱和点时的MgCl2量，以便有效控制MgCl2采出量。
本发明与现有技术相比具有下列优点和效果1、用本发明配制的溶浸液进行选择性溶浸开采固体钾盐矿，使有用的氯化钾矿物溶解进入液相得富钾卤液而被采出，且氯化钾采收率较高，成本较低。而不需要的杂质矿物则原地留下，既不产生废液和废物，又不破坏地表及其植被，有利于提高经济效益和保护生态环境；2、通过多元结晶工艺的有机与巧妙组合，不仅可充分发挥各种结晶工艺的特色与优势，而且可反复回收有价的氯化钾，并获得便于深加工的高品质、粗粒度氯化钾产品，有效提高产品得率，降低能耗；3、结晶过程产生的盐液再配制成溶浸液回注矿体循环开采，而废水则返回富钾卤液循环使用，从而不排放任何废水和废物，在不污染环境的同时，有效降低了生产成本。
图1为本发明之工艺流程图。
下面通过实施例对本发明进行详述。
实施例以老挝万象钾盐矿的矿石为原料，其生产规模为年产10万吨氯化钾。矿石主要化学成分KCl 7.61-22.26％，平均15.70％，MgCl20.53-28.36％，平均21.48％，NaCl 20-30％，Br 0.2-0.3％。
矿物组成主要为光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)、钾石盐(KCl、NaCl)、水氯镁石(MgCl2·6H2O)、少量溢晶石(CaCl2·MgCl2·12H2O)。
采用双井溶浸法开采，在首采区布置中心孔225mm钻井两对(4口)，以构成一个生产单元1、溶浸开采过程工艺条件溶浸液化学组分(重量百分比)氯化钾0.1％氯化钠2％氯化镁25％
余量为废盐液及水；溶浸液温度45℃；溶浸液流量5m3/分钟；溶浸时间6小时；溶浸压力孔深每下降1米，所需要表面压力为0.115kg/cm2，按300m孔深计，为34.7Kg/cm2；溶浸液出卤量300m3/小时；浸出液(富钾卤液)化学成分KCl 4.18％，MgCl226.6％，NaCl 2％；2、结晶步骤2.1、将采出的富钾卤液送入多效蒸发器，采用四效强制循环进行蒸发结晶，其工艺参数见表1，其温度为100℃，蒸发水返回溶浸液池；结晶析出物经沉降、离心分离后，得含氯化钠的高温盐和析盐母液，高温盐返回溶浸池配制溶浸液，析盐母液送去冷却结晶；2.2、在30℃温度条件下进行冷却结晶，将析盐母液送入两级真空冷却结晶器中，冷却、降温，用地下水作冷却剂，冷却结晶工艺参数见表2、表3，冷析低钠光卤石成分KCl/NaCl≥5％，NaCl≤5％，分离出低钠光卤石后的老卤成分是；MgCl2≥34.5％；2.3、在15-40℃、常压下进行控速分解结晶，按投料配比为光卤石∶水∶循环母液＝1∶0.5∶5，均速将光卤石加入分解结晶反应器，控制搅拌速度80rpm，结晶反应时间80分钟，结晶析出粗钾，用离心分离器分离出粗钾后，得分解母液，粗钾成分为KCl≥84％，NaCl 5％，MgCl23.6％，平均粒度0.5mm，分解母液成分为KCl 3％，NaCl 2.3％，MgCl224.5％，控速分解结晶工艺参数见表4；2.4、将2步骤的老卤和3步骤的分解母液均速加入兑卤结晶器中进行兑卤结晶，控制搅拌速度200rpm，反应时间50分钟，兑卤比M25∶F＝1∶2，进一步将老卤和分解母液中的氯化钾成分结晶析出，得光卤石料浆和兑卤母液，光卤石成分为KCl/NaCl≥4％，NaCl≤5％，平均粒径0.7mm，兑卤母液成分为KCl 0.2％，NaCl 0.7％，MgCl231％，兑卤母液返回溶浸池配制溶浸液，兑卤光卤石送3步骤进行控速分解结晶出粗钾，兑卤工艺参数见表5；2.5、将返回溶浸池的蒸发水、高温盐、兑卤母液用于配制成溶浸液后回注到矿体中进行选择性开采；2.6、结晶出的粗钾在洗涤槽中，按粗钾∶淡水＝1∶0.3，加水进行洗涤，分离固、液相后，得优质氯化钾，其产品成分为KCl 98％，NaCl 1％，MgCl20.3％，平均粒径0.35mm，洗涤后的水返回富钾卤水循环使用，粗钾洗涤工艺参数见表6。
表1四效强制循环蒸发设计参数
表2一段光卤石冷却结晶设计参数
表3 二段低温盐冷却结晶设计参数
表4控速分解结晶工艺主要设计参数
表5 兑卤结晶工艺主要设计参数
表6粗钾洗涤工艺主要设计参数
权利要求
1.一种固体矿溶浸开采-多元结晶制取氯化钾的方法，它包括选择性溶浸开采，以及将开采出来的富钾卤水蒸发结晶，其特征在于选择性溶浸开采所用的溶浸液由下列重量百分比的化学组分组成氯化钾 ≤0.4％氯化钠 1.8-2％氯化镁 24.5-26％余量为废盐液及水；溶浸液温度25-60℃；溶浸压力孔深每下降1米，所需要表面压力为0.115kg/cm2；溶浸液出卤量200-450m3/小时；开采出来的富钾卤液直接经下列结晶工艺步骤A、在30-145℃温度条件下，进行蒸发结晶，蒸发水返回溶浸液池；结晶析出物经分离得含氯化钠的高温盐和析盐母液，高温盐返回溶浸池；B、在20-40℃温度条件下，将上述析盐母液进行冷却结晶，析出低钠光卤石，分离出低钠光卤石后，得到主要成分为氯化镁的老卤；C、在15-40℃温度条件下，按下列重量比投料光卤石∶水∶循环母液＝1∶0.5∶4-6，进行控速分解结晶，控制搅拌速度50-100rpm，结晶反应时间60-90分钟，分离出粗钾后，得分解母液；D、将2步骤的老卤和3步骤的分解母液进行兑卤结晶，控制搅拌速度100-300rpm，反应时间30-70分钟，兑卤比M25∶F＝1∶2，结晶得光卤石料浆和兑卤母液，兑卤母液返回溶浸池，光卤石料浆再返回3步骤进行控速分解结晶出粗钾；E、将返回溶浸池的蒸发水、高温盐、兑卤母液配制成溶浸液后回注到矿体中进行选择性开采。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述溶浸时间、溶浸液流速和流量、溶浸液出卤量为溶浸时间4-10小时；溶浸液流速 150-250ml/分钟；溶浸液流量 0.8-1.2m3/小时；溶浸液出卤量200-450m3/小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述结晶出的粗钾在洗涤槽中，按粗钾∶淡水＝1∶0.3，加水进行洗涤，分离固、液相后，得优质氯化钾，洗涤后的水返回富钾卤水循环使用。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述冷却结晶分为一段冷却，二段冷却，所用设备为两级真空结晶器，并辅以冷析结晶、空气冷却的自然冷却手段。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述蒸发结晶采用以多效强制循环蒸发为主，太阳能加热为辅的加热方式。
全文摘要
本发明提供一种固体矿溶浸开采——多元结晶制取氯化钾的方法。利用光卤石加工过程中产生的废液、废盐、废水作为溶浸液，进行选择性溶浸开采，以便在不采出氯化钠和氯化镁的同时，只从固体钾盐矿石中采出富含氯化钾的卤液，并直接通过结晶工艺一步获取高品质氯化钾，同时用结晶过程的废液配成溶浸液回注矿体循环开采，废水则循环使用，不排放任何废水和废物，因此不污染环境、不破坏地表及其植被，并有效降低生产成本。通过多元结晶工艺的有机与巧妙组合，在充分发挥各种结晶工艺的特色与优势的同时，能反复回收有价的氯化钾，获得便于深加工的高品质、粗粒度氯化钾产品，有效提高产品得率，降低能耗。
文档编号C01D3/06GK1490246SQ0213391
公开日2004年4月21日 申请日期2002年10月15日 优先权日2002年10月15日
发明者程忠, 李晓明, 程 忠 申请人:李晓明, 程忠