روشهای متداول فرآوری پتاس

  امروزه فرآوری در محل معدن انجام می شود و معمول ترین روش، فلوتاسیون است. ماده معدنی پس از خردایش توسط آسیاب به دانه هایی با قطر کوچکتر از یک سانتیمتر تبدیل می شود این 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 سنگین منتقل می شود و آنچه از سرند عبور کند آماده فلوتاسیون است.

واسطه سنگین:
در این روش چگالی محلول اشباع در حد واسط وزن مخصوص پتاس و نمک انتخاب می شود بنابراین پتاس شناور شده اما ناخالصی ها به پایین سقوط می کند. دانه های شناور پتاس پس از شستشو و خشک شدن آماده بارگیری است و دانه هایی که به علت درشتی شناور نشده اند پس از خردایش دوباره سرند شده و به ابتدای مسیر فلوتاسیون بازگردانده می شود.

فلوتاسیون:
در مرحله اول مواد غیر قابل حل و شورابه از ذرات ریز ماده معدنی طی فرآیندی به نام آهک زدایی (desliming)جدا می شود. در مرحله دوم، ماده معدنی که سطح ذرات آن با مواد شیمیایی آغشته شده است به همراه شورآبه به داخل سلول های فلوتاسیون پمپ شده و هوا نیز به مخلوط دمیده می شود. ذرات فعال شده پتاس به حباب های هوا می چسبند و به سطح می آیند اما ذرات نمک و ناخالصی ها به کف ظرف سقوط می کنند. پتاس پس از کف زدایی، جدا کردن شورابه همراه و خشک شدن یک محصول استاندارد است.

تبلور:
ذرات دانه ریز ماده معدنی که از طریق فلوتاسیون قابل فرآوری نیست توسط شورابه های داغ حل شده و پـس از سه مرحله تبلور مجـدد کریستـال های درشت و خـالص پتاس بدست می آیـد. در معادنـی که به روش انـحلال استـخراج می شـوند، تبلور مهمترین روش فـرآوری است. در این روش درجـه خـلوص کلرید پتـاسیم را می توان به 9/99 درصد رسانید که در این صورت به آن جوهر پتاس می گویند و در صنایع شیمیایی مصرف می شود. کانه پتاس با انحلال حرارتی یا فرآوری کننده‌های تبلوری یا شناورسازی پرعیار می شود که می‌تواند با جدایش مواد سنگین همراه باشد. روش جدایش مواد سنگین بر‌ پایه اختلاف کم چگالی سیلویت و لانگبینیت یا هالیت و سیلویت است.
در روش جدایش الکترواستاتیک که می‌تواند جایگزین روش فوق شود، سیلویت گرم شده تا خشک شود و با شارژ الکترواستاتیک آن KCl که بار منفی گرفته است از NaCl با بار مثبت جدا می‌شود.

تراکم:
پتاس بدست آمده از طریق فلوتاسیون و آبگیری با استفاده از فشار زیاد متراکم شده و تکه های بدست آمده پس از خردایش توسط سرند دانه بندی می شود.

نگهداری و حمل:
برخی از معادن کانادا انبارهایی در اختیار دارند که تا یک میلیون تن پتاس بسته بندی شده را ذخیره می کنند. چنانچه میزان رطوبت پتاس دانه بندی شده از حد استاندارد کمتر باشد تمایل به پودر شدن دارد و اگر میزان رطوبت بیشتر باشد پتاس حالت کیک به خود می گیرد بنابراین رطوبت استاندارد و بسته بندی غیر قابل نفوذ برای حمل ضرورت دارد. حمل تا محل بنادر معمولا ً ریلی است.
روشهای متنوعی برای جداسازی پتاس از کانسارهای عمده وجود دارد. روش استحصال بر حسب مشخصات ماده معدنی و نوع محصول مورد نظر تعیین می‌شود. 5 روش جهت استحصال کلرور پتاسیم از شورابه و سنگ معدن وجود دارد. این روش ها شامل فلوتاسیون، جدایش واسطه سنگین، انحلال و کریستالیزاسیون، فرآیند الکترو استاتیکی و استفاده از حوضچه های تبخیر خورشیدی است. در جدول 3-4 مناسبترین اندازه دانه بندی برای روشهای عمده فرآوری پتاس در صنعت آورده شده است.

جدول 3-4- مناسبترین دانه بندی کانسنگهای سیلوینیتی، برای روش های مختلف فرآوری پتاس

الف - فلوتاسیون:
در اواخر دهه 1930 در “کارلسباد” آْمریکا این روش جهت فرآوری کلرور پتاسیم آغاز شده و پس از آن درکشورهای دیگر نظیر انگلستان، فرانسه، آلمان و رژیم اشغالگر قدس رایج شد. محصول به دست آمده از فلوتاسیون بسیار دانه ریز بوده و همراه با فسفر و نیتروژن به عنوان کود شیمیایی مصرف می‌شود. این روش متداول ترین و اقتصادی ترین روش جهت استحصال کلرور پتاسیم از سیلویت است. فلوتاسیون فرآیند شیمیایی- فیزیکی است و عوامل زیادی برای تولید کنستانتره مطلوب با بازیابی بالا، باید مورد توجه قرار گیرد. اگر کانسنگ بیش از 5/3 تا 4 درصد رسوب نرمه داشه باشد باید نرمه گیری شود و این باعث می شود بازیابی کلی کاهش یابد زیرا بخشی از پتاس در ابعاد ریز به هدر می رود. برای بازیابی ذرات ریز سیلویت درگیر با رس ها به روشهایی با تجهیزات خاصی نیاز است. پس ازآنکه ذرات ناخالصی از سنگ معدن جدا شد، کانه های پتاس را در سه مرحله خرد می‌کنند. تا به 35/3 میلی متر برسد چون ذرات بزرگتر از آن در فلوتاسیون به خوبی شناور نمی شوند. ذرات سیلوینیت در آب شور به حال تعلیق در می آیند و تشکیل پالپی با غلظت مناسب را می دهد. پالپ به دست آمده توسط مواد شیمیایی خاصی که کلکتور نامیده می‌شوند و نقش آنها آبران کردن سیلویت است، آماده سازی می‌شوند. کلکتورها انواع مختلفی دارند و معمولاً از آمین ها و آمین های با زنجیره طولانی مانند استریل (18 کربن) و آراچدیل- بنیل (20-22 کربن) استفاده می‌شود. از روغن کاج نیز به عنوان کف ساز استفاده می‌شود. سلولهای فلوتاسیون ظرفی هستند که در دورن آن همزنی برای معلق نگه داشتن ذرات جامد و مسیری برای ورود حبابهای هوا از کف سلول، وجود دارد. ابعاد این حبابها توسط خود دستگاه، شدت بهم زدن و حضور مواد شیمیایی مؤثر در فصل مشترک مایع و گاز و سموم به کف ساز قابل کنترل می باشد.
این حبابها هوا را به سطح سلول منتقل می کنند. با استفاده از کف ساز مناسب و میزان مصرف صحیح آن می‌توان لایه ای از کف باپایداری کافی درسطح سلول فلوتاسیون به دست آورد که حاوی ذرات جامد آبران است. سپس این کف توسط دستگاه های مکانیکی از سطوح سلول خارج می‌گردد و بدین وسیله کانی مورد نظر از باطله جدا می شود. زمان و شرایط آماده سازی چگالی پالپ، دمای پالپ فلوتاسیون و … از جمله عواملی هستند که در فلوتاسیون پتاس موثرند.
عملیات فرآوری در دمای عادی انجام می گیرد. عیار کنسانتره اولیه فلوتاسیون سیلویت از سیلونیت به 40 تا 42 درصد K2O می‌رسد. با چند بار تمیز کردن کنستانتره می‌توان به عیار 56 تا 58 درصد K2O رسید. در فلوتاسیون سیلویت از نمک کارنالیتی مصرف کلکتور به علت حضور یون منیزیم به 5 تا 6 برابر میزان مورد مصرف در نمکهای سیلویتی می‌رسد. معمولاً عیار کنسانتره حاصل از فلوتاسیون نمک های کارنالیتی حداکثر به 40 درصد K2O با بازیابی 50 تا 60 درصد می‌رسد.

ب - روش جدایش واسطه سنگین
در این روش از تفاوت چگالی سیولیت و هالیت و یا سیلویت و لانگبینیت استفاده می‌شود. کانی تا اندازه ای 1 سانتیمتر خرد شده و توسط مایعی که چگالی حد واسط دارد دو کانی از هم جدا می‌شوند. ذرات با چگالی کمتر شناور و ذرات سنگین تر غوطه‌ور می‌شوند. برای تهیه مایع وایطه سنگین از فروسلیس یا منیتیت استفاده می‌شود. اختلاف وزن مخصوص کارنالیت و هالیت نیز می‌تواند اساسی برای جدایش ثقلی هالیت باشد.

ج - روش انحلال- کریستالیزاسیون
اساس این روش قابلیت انحلال بیشتر KCl در دمای بالا نسبت به NaCl است. مزیت این روش، جداسازی پتاس از کانسنگ هایی با درصد زیاد مواد نامحلول مانند رس ها و تولید محصول با عیار بالا است. چنانچه محلول حاوی هر دو نمک باشد. انحلال NaCl با فازایش دما کمی کاهش می یابد. بنابراین هنگامی که شورابه اشباع شده در 20 درجه سانتیگراد تا100 درجه سانتیگراد حرارت داده شود مقدار زیادی KCl در آب حل می‌شود و کلرور سدیم به عنوان باطله دور ریخته می‌شود. سپس محلول نمک جدا شده و خشک می‌شود. محلول نمک باقیمانده به فرآیند برگردانده می‌شود. چنانچه محصول با درجه خلوص بالا درنظر باشد، بلورهای KCl مجدداً حل شده و کریستالیزه می‌شود تا محصولی با بیش از 99 درصد KCl تولید می‌شود. شکل 3-3 فلوشیت نمونه برای فرآیند انحلال- کریستالیزاسیون را نشان می‌دهد.

شکل 3-3- فلوشیت نمونه برای فرآیند انحلال- کریستالیزاسیون (منبع: طرح پژوهشی ارزیابی پتانسیل معدنی پتاس گرمسار)

د - روش الکترواستاتیکی
این روش به عنوان یک روش با هزینه های سرمایه گذاری پایین و راندمان تولدی بالا ثابت محسوب می‌شود. در این روش باطله حاصل فرآوری خشک شده و استحصال پتاس از باطله ها صورت می‌گیرد. حرارت خیلی کم درحین فرآوری لازم است. لازمه این فرآیند، دمای معتدل، یک منبع الکتریکی، معرفهای شیمیایی و کنترل دقیق نسبت مقدار رطوبت در محفظه جدا کننده است.
این روش اولین بار در آمریکا مورد ارزیابی قرار گرفت اما گسترش چندانی نداشت و پس از جنگ جهانی دوم نیز درآلمان به کار گرفت شد.

و - استفاده از حوضچه های تبخیر خورشیدی
در این روش شرایط آب و هوایی از عوامل مهم می باشد. در برخی معادن مانند اوگدون از دریاچه آب یا آبهای شور نزدیک سطح و حوضچه متعدد استفاده می نمایند.
حوضچه های متعدد برای ایجاد چگالی های متفاوت آب شور جهت تبلور کانی های مختلف در مراحل گوناگون مورد استفاده قرار میگیرند. تبخیر زیاد خورشیدی تنها در طول سه ماه تابستان انجام می‌گیرد. در این مدت تبخیر بارندگی همراه با وزش باد ازعوامل مؤثر تبخیر هستند. سیلویت و هالیت در این حوضچه ها رسوب می‌کنند و سپس محلول برداشت شده به واحد فلوتاسیون برای جداسازی نمک ها از هم منتقل می‌شود.
دو نوع پتاس از جنوب بحرالمیت در آب و هوایی که مساعد برای تبخیر در طول سال می‌باشد، بهره برداری می‌شود. در اثر تبخیر آب شور کارنالیت و هالیت در حوضچه های برداشت محصول رسوب می‌کند. کلرور منیزیم همراه آب تازه شسته شده و مخلوطی از سیلویت و هالیت باقی می ماند. در رژیم اشغالگر قدس سیلویت در سه واحد مختلف فرآوری جدا می شود. در واحد قدیمی از صنعت فلوتاسیون استفاده می‌شود. ظرفیت این واحد با افزودن تجهیزات روش فرآوری تبلور مجدد توسعه پیدا کرده است. جدیدترین واحد که از روش اختصاصی تبلور سرد که از متبلور کننده با حرارت پایین جهت تولید کلرور پتاسیم استفاده می نمایند مورد بهره برداری قرار گرفته است.
از فرآیند رسوبگذاری دراثر سرد شدن طبیعی نیز می‌توان جهت استحصال پتاس از حوضچه های اسفاده کرد. یک حوضچه بزرگ در ماه های سد سال ایجاد می‌شود آب شور از معدن به داخل حوضچه جریان می یابد، تنها سیلویت در اثر هوای سرد زمستان متبلور می‌گردد. سپس حوضچه های لایروبی شده و رسوب سیلویت را خشک کرده و به فروش می‌رسد.

جهت استحصال سولفات پتاسم از روشهای متفاوتی استفاده می‌شود. سولفات پتاسیم را می‌توان مانند کلرور پتاسیم از شورابه بدست آورد اما معمولاً با استفاده از کلرور پتاسیم و اسید سولفوریک و یا روشهای دیگر ازکانی ها محتوی سولفات پتاسیم به دست می‌آید. مهمترین روش های تولید سولفات پتاسیم عبارت است از:
الف - کائینیت در اروپا به عنوان مهمترن کانی تولید سولفات پتاسیم به شمار می رود. متداول ترین روش از طریق انحلال، حرارت دادن و سرد کردن شوئنیت حاصل از کائینیت و سپس ترکیب آن با کلرور پتاسیم می‌باشد.
ب - یکی از روش های تولید سولفات پتاسیم استحصال از لانگبینیت است و پودر سنگ آن با محلول کلرور پتاسیم واکنش داده سولفات پتاسیم به وجود می‌آید که پس از شستشو، جداسازی و الک کردن به دست می‌آید. این روش در نیومکزیکو به کار می رود.
ج - در اروپا از سنگ معدن هالتساز نیز سولفات پتاسیم به دست می‌آورند. پس از جدایش کلرور پتاسیم و کلرور سدیم از آن، کایزریت باقی می ماند که سولفات منیزیم است. کایزریت در دو مرحله واکنش باکلرور پتاسیم به سولفات پتاسیم و کلرور منیزیم تبدیل می شود.
د - فرآیند تولید آلومینا از سنگ معدن آلونیت، سولفات پتاسیم و گاز دی اکسید گوگرد به عنوان محصولات فرعی تولید می‌شود.
ه - از غبار خروجی کوره های سیمان که دارای مقداری سولفات پتاسیم است
از طریق فرآیند الکتروستاتیک نیز سولفات پتاسیم قابل استحصال است. در امریکا از ضایعات صنعت شکر نیز سولفات پتاسیم بازیابی می‌گردد.

منبع : www.ngdir.ir