Kaliyli Полиминерал рудалар va рудаларни қайта ишлашнинг усуллари

Kaliyli Полиминерал рудалар va рудаларни қайта ишлашнинг усуллари.
Дунёда хлорид-сульфатли турдаги энг йирик калийли руда (заҳираси 2,5 млрд.т) кони Прикарпатияда жойлашган. Руданинг кимёвий ва минерал таркиби мураккаб бўлганлиги учун уни қайта ишлаш анчагина қийин кечади. Бунда Na⁺, K⁺, Mg²⁺ SO₄^2-, Cl^-, H₂O системасида тузларнинг ўзаро эрувчанлиги ҳисобга олиниб, қайта ишлашни турлича схемаларда олиб борилиши мумкин.
Сульфатли схема уч босқичдан иборат:
1) рудани асосий маҳсулотлар – калий сульфат ва калимагнезияга қайта ишлаш;
2) лангбейнитли қолдиқни қайта ишлаш ва флотациялаш;
3) шёнит шелокидан калий тузларини ажратиб олиш.
Рудани –5 мм гача майдалангач (0,1 мм дан кичик заррачалар 5% дан кўп эмас), олдиндан 70-90^ОС хароратгача иситилган – шёнит кристаллантирилишидан сўнг ҳосил бўладиган натрий хлоридга тўйинган эритма ва қуйқумни ювишдан ҳосил бўладиган оқава билан қайта ишланади. Бунда осон эрийдиган (сильвинитдан KCl, шёнитдан K₂SO₄*MgSO₄*6H₂O, карналлитдан KCl*MgCl₂*6H₂O, каинитдан KCl*MgSO₄*3H₂O, леонитдан K₂SO₄*MgSO₄*4H₂O ва б.) тузлар эритмага ўтади. Қисман (10-30% ёмон эрийдиган (лангбейнитдан K₂SO₄*MgSO₄ ва казеритдан MgSO₄*H₂O) тузлар ҳам эритмага ўтади. Чўкиндида эса асосан галит NaCl ва лангбейнит, озроқ миқдорда казерит, полигалит K₂SO₄*MgSO₄*2CaSO₄*2H₂O, гипс CaSO₄*2H₂O, ангидрит CaSO₄*2H₂O ва бошқалар бўлади.
Қуйқум чўктирилгандан сўнг иссиқ шелок биринчи тиндиргичдан вакуум-кристаллантириш қурилмасига шёнитни ажратиб олиш учун юборилади. NaCl сиз тоза шёнитни кристаллантириш учун шелокка сув, шёнитни парчалаб калий сульфат олишда ҳосил бўладиган эритмалар, шунингдек«сунъий каинит» деб аталадиган флотациялаш бўлинмасидан келадиган лангбейнитли шелок қўшилади. Шёнитнинг кристалланиши 20^ОС да тугалланади. Олинган суспензия қуюлтирилади ва фильтрланади. Бир қисм эритма рудани эритишга, қолган қисми эса тозаланган хлормагнийли шелок ишлаб чиқариш учун ва калийли тузларни ажратиб олишга ишлатилади (буни хлормагнийли цикл дейилади). У қуйидагича кечади: 1) ош тузи ажратилиши билан амалга ошириладиган шелокни буғлатишнинг биринчи босқичи; 2) шёнитли циклга ёки рудани эритишга қайтариладиган KCl, NaCl ва MgSO₄ аралашмаси – «сунъий каинит» ни кристаллантириш билан амалга ошириладиган буғлатишнинг иккинчи босқичи; 3) 25% ли CaCl₂ эритмаси билан каинитли шелокни сульфатсизлантириш; 4) «сунъий каинит» ни кристаллантириш босқичига қайтариладиган KCl, NaCl ва MgCl₂ аралашмаси – «сунъий карналлит» ни кристаллантириш билан амалга ошириладиган буғлатишнинг учинчи босқичи. Таркибида MgCl₂ бўлган тозаланган шелок – электролитик усулда магний олиш учун ишлатиладиган синтетик карналлитга, ёки бишофит MgCl₂*2H₂O га қайта ишланади.
Барча шёнит ёки унинг бир қисми 50^ОС хароратда сув билан парчаланади (агар бошланғич рудада сильвин миқдори етарли даражада бўлмаса, парчаланиш босқичида KCl қўшилиши мумкин). Бунда калий сульфат ва шёнитни кристаллантирилишига юбориладиган эритма ҳосил бўлади. Парчаланмаган шёнитни қуритилиб, маҳсулот сифатидаги таркибида 28-30% K₂O тутган калимагнезия олинади.
Рудада ланбейнит миқдори кўп бўлса, чўкиндини қайта ишлаш лозим. Буни флотация йўли билан – оғир суспензиядан ажратиш ёки галитни сув билан ювиш орқали бажарилади. Галитни сув билан ювиш осон, аммо кўп миқдордаги NaCl эритмасини ташлаб юборилишига тўғри келади.
Флотация йўли билан ажратиб олинган лангбейнит таркибида кўп миқдорда полигалит бўлади. Уни қуритилгач, калий-магнийли ўғит (17,5-19,5% K₂O) сифатида ишлатилади. Концентрланган калийли ўғит олиш учун лангбейнит флотоконцентрати 90^ОС хароратда сувда эритилади, шелокни (ундаги флотореагентларни боғлаш учун) темир купороси эритмаси билан қайта ишланади, қуйқумдан тиндирилади ва шёнитни вакуум-кристаллантириш учун юборилади. Яна бошқа мураккаброқ усулда – лангбейнит шелоки 20^ОС гача совутилади, кристалланган шёнит ажратиб олинади ва асосий шёнит оқимига қўшилиб, калий сульфат олиш учун сув билан парчаланиш босқичига юборилади. Полигалит эса чиқинди тарзида чиқади.
Рудаларни қайта ишлашнинг бошқа усуллари. Калийнинг полиминерал рудаларидан гидротермик усулда хлорсиз калийли ўғит олиниши мумкин. Бунда ишқорий металлар хлоридлари сульфатларга конверсияланади.
Ҳаво кислороди, айниқса сув буғи 800^ОС хароратда конверсияланишни тезлаштиради. Магний хлорид кислород билан таъсирлашганда магний оксид ва хлор, сув буғи билан таъсирлашганда эса магний оксид ва водород хлорид ҳосил бўлади. Каинит ёки калий (натрий) хлорид ва магний сульфат аралашмаси қиздирилганда қуйидаги реакция содир бўлади:
MgSO₄ +2KCl(NaCl)+H₂O=MgO+K₂SO₄(Na₂SO₄)+HCl
Бунда сув буғи қанчалик кўп берилса, реакция шунчалик интенсивлашади. Чиқадиган газ фазада водород хлорид, қолдиқда эса – магний оксид ва калий (натрий) сульфат бўлади. Агар реакция аралашмасига 20-25% SiO₂ (трепел), MgO ва бошқалар қўшилса реакциянинг кечиши осонлашади. Бу ҳолда масса сочилувчан бўлиб, хароратни 800-900^ОС гача кўтариш имконияти яратилади (суюқланмайди). Бу эса буғ билан массанинг реакцияга киришишини тезлаштиради ва шихтани ташишни осонлаштиради. Бу хароратда калий хлоридни сульфатга айланиш даражаси 90-95% га етади. Бундан юқори хароратда эса KCl нинг учувчанлиги ҳисобига унинг йўқотилишига олиб келади. Магний ва натрий хлоридларнинг трептел иштирокида учувчанлиги сезиларли даражада эмас ва асосий реакцияни кечиши учун ноқулайлик келтириб чиқармайди. Худди шундай жараён, аммо нисбатан юқори хароратда магний сульфат ўрнига гипс ишлатилиши орқали ҳам амалга оширилиши мумкин. Бу ҳолда шихтага трепел қўшиш CaO ни CaO*mSiO₂ тарзида боғлаш учун зарурдир.
Прикарпатия рудасини гидротермик ишлов беришдаги конверсия маҳсулоти – таркибида калий ва натрий сульфатлари бўлган сувда эрийдиган қисмдан ва таркибида трепел, магний оксид ва магний силикат бўлган сувда эримайдиган қисмдан иборатдир. Куйдириш маҳсулотидаги эрувчи тузлар – 100-106^ОС хароратда, ювувчи сув билан суюлтирилган қайтувчи эритма билан эритилади. Ҳосил қилинган шелок вакуум-кристаллизаторда босқчли совутилади;
100-30^ОС харорат оралиғида глазерит 3K₂SO₄*Na₂SO₄ кристалланади. Уни 20^ОС гача совутиш натижасида мирабалит Na₂SO₄*10Н₂О кристаллантирилади; мирабалит кристалланишидан қолган эритма куйдирилган рудани эритишга юборилади. Бу усул бўйича тайёр маҳсулот сифатида глазерит ва натрий сульфат олинади. Таркибида 40% К₂О бўлган глазерит тўғридан-тўғри ўғит сифатида ҳам ёки калий сульфат олиш учун ҳам ишлатилиши мумкин. Шундай гидротермик усулда алунит K₂SO₄*Al₂(SO₄)₃*4Al(OH)₃ дан калий сульфат олиниши мумкин. Алунитдан алюминий оксид олишда калий сульфат қўшимча маҳсулот ҳисобланади, аммо унинг сифати аъло даражада эмас, чунки алунитдаги K₂SO₄ нинг назарий миқдори 23% га тенг, алунитли жинсда эса янада кам бўлади. Сув буғи иштирокида 700^ОС хароратда алунит ва калий хлорид ўртасида қуйидаги реакция содир бўлади:
6KCl +Al₂(SO₄)₃ =3H₂O +3K₂SO₄ +Al₂O₃ +6HCl
Бунда 1 т К₂О га 6,8 т 27% ли HCl эритмаси тўғри келадиган қўшимча маҳсулот ҳосил бўлади. NaCl дан тозалаб ювилган лангбейнит тузи кўмир ёки кокс билан барабанли қориштиргичда аралаштирилиб (92% лангбейнит ва 8% кўмир), 800-900^ОС хароратда шахтали печда қайта ишланса:

K₂SO₄*2MgSO₄ +2C=K₂SO₄ +2MgO+2CO+2SO₂

реакцияси содир бўлади.

Печдаги массани таркибида 95% метан бўлган табиий газ билан амалга оширилади. Бунда метан SO₂ ни олтингугуртгача қайтаради:

6SO₂ Қ 4CH₄ қ 3S₂ Қ 4CO Қ 8H₂O

Қаттиқ фазадаги калий сульфат сув билан эритилиб (100^ОС да), магний оксиди фильтрлашда ажратилади. Фильтрат тиндиргичли-кристаллизаторларда совутилиб калий сульфат кристали олинади.

1 т лангбейнит тузидан 100 кг K₂SO₄ (96%), 75 кг MgO (85%) ва 20 кг олтингугурт олинади.

Полигалитни нитрат ёки фосфат кислоталар билан парчаланиб, мураккаб ўғитлар олиш усуллари ҳам яратилган.

Конверсия усулида калий сульфат олиш. Калий хлорид ва магний сульфат (эпсомит MgSO₄*7H₂O) ларнинг ўзаро таъсирлашувидан калий сульфат олишни кўриб чиқамиз. Уларнинг ўзаро таъсирлашуви қуйидаги тенглама билан ифрдаланади:

2KCl Қ MgSO₄  MgCl₂ Қ K₂SO₄

K^Қ, Mg^2Қ || SO₄^2-, Cl^-, (H₂O) системасининг (25^ОС даги) изотермаси 18.2 – рамда кўрсатилган.

Жараённи икки босқичда амлга оширилади. Биринчи босқичда шёнит кристаллантирилади. Шёнитнинг максимал унумини таъминлаш учун бошланғич аралашма таркибини ифодаловчи С₁ нуқта шР чизиғида ётиши керак. Бу чизиқ шёнит полюси ш дан Р нуқтага қараб юради. Унинг ҳолати ишланган (қайтарилган) эритма таркибига тўғри келади. У шёнит, сильвин ва каинит билан тўйинган. Эритма Р – шёнит шелоки – циклдан чиқарилади, шёнит эса калий хлорид билан сув эритмаси муҳитида ишланади. Бунда калий сульфат ва эритма А ҳосил бўлади. Эритма А калий хлорид, калий сульфат ва шёнит билан тўйинган. Бу эритма конверсиянинг биринчи босқичида тўла ишлатилади ва жараён туташади. Тўла ёпиқ циклни амалга ошириш учун бир қисм эпсомитни 2-босқичга ёки KCl (~1Ғ3 қисмини) биринчи бочқичга бериш керак.

Юқори сифатли (~52% K₂O) калий сульфат олиш учун юқори сифатли KCl ишлатиш керак.

Органик экстрагент (масалан, моноэтаноламиннинг сувли эритмаси) ёрдамида калий хлорид ва гипсни конверсияланиши мумкин:

2KCl Қ CaSO₄*2H₂O қ K₂SO₄ Қ CaCl₂ Қ aq

Бу реакция сувли эритмада тескари йўналишда содир бўлади. Концентрланган органик-сувли эритмаларда калий сульфатнинг эрувчанлик кўпайтмаси гипсникидан кичик бўлганлиги учун бу реакция қиздирилмаган ҳолда 20^ОС да амалга ошади.