低品位钾矿重结晶过程中钙盐和泥的共沉机理研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51104097
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
25.0万
负责人：
成怀刚
依托单位：
山西大学
学科分类：
E0409.矿物工程与物质分离
结题年份：
2014
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2014-12-31

项目参与者：
宋慧平；路广军；潘晓晨；杨淑佳；陈潇晶；
关键词：
泥盐湖低品位钾矿卤水

项目摘要

开发高效节能的矿藏综合利用技术是实现盐湖矿业可持续发展的有效途径，拟采用太阳能快速重结晶法制备光卤石的技术来加工低品位钾矿，而兑卤过程中钙盐和泥的共沉效果是影响产品品位的重要因素，研究关键在于共沉选择性的掌控。针对共沉及其选择性机理的科学问题，基于扩散、吸附和结晶的原理，结合微观分子模拟和宏观实验手段，着重考察液相离子在微观力作用下扩散及趋向性聚集的倾向，从体系电荷分布状态和离子扩散优先性的角度分析重结晶过程中多组分共沉的机理及选择性，深化宏观研究的微观理论基础。研究工作可望在液化矿重结晶方面建立新的研究方法，获取新的低品位矿物加工及湿法冶金技术的原理，处理泥固废的同时有望实现除杂与资源循环利用的附加效益，达到以废治废、综合利用的目的。

结项摘要

流体中细泥的有效脱除是存在于诸多工业生产过程中的问题之一。在采用溶解低品位高泥钾矿及太阳能快速蒸发重结晶方法制备光卤石的技术研发过程中，含泥卤水的脱泥效率被认为是影响产品品位的一个关键因素。由于卤水中形成的硫酸钙类微溶无机盐颗粒和悬浮的细粒矿泥之间存在共同沉降的现象，据此该现象被用来天然地调控并强化卤水的净化。在此背景下，为了指导脱泥环节的工艺优化，本项目开展了钙盐和泥的共沉机理研究，试图揭示其科学原因并加以应用。. 研究发现，引起卤水中矿泥沉降的硫酸钙类无机盐主要是二水硫酸钙，矿泥中能与钙盐共沉的组分主要是粉砂和粘土类物质，其共沉效果受到温度、pH值、盐度等因素的影响。构建了代表颗粒表面的结构模型，采用分子动力学模拟方法研究钙盐和泥的共沉积倾向，确定了基于球形水体的模拟算法。利用该算法以及DLVO理论计算方法，重点考察了体系中的库仑力和范德华力、微粒扩散及其自由能的变化规律，用以评价不同颗粒之间的共沉趋势。. 钙盐和泥的共沉机理被归纳为如下几点。在粘土和粉砂颗粒的沉降过程中，除了钙离子压缩颗粒双电层的影响之外，硫酸钙及水合盐颗粒也能降低其体系的分散性。对于卤水中具备成核结晶条件的常见离子或不溶微粒，电荷/质量比值是评价其能否引起共沉的指标之一，电荷/质量比值较大的微粒更容易发生共沉。与范德华作用能等势能相比，颗粒间静电作用是影响泥和钙盐共沉的关键之一。从作用势能数值上分析，粘土类矿物和钙盐共沉趋势最大，次之是粉砂类矿物。根据结合键能的考察，认为电性中和与离子交换也是引起钙泥共沉的潜在原因，泥颗粒中的Al-OH基团比Si-O基团具有更强的吸引钙的能力。硫酸钙类无机盐晶体的生长及对其它颗粒的网捕作用也能够促使矿泥颗粒沉降，钙盐表面裸露的或者液相中游离的钙离子被推测是矿泥颗粒附着到钙盐上的诱因。. 基于钙盐和泥的共沉机理研究，优化了盐湖现场的共沉脱泥工艺。通过自然沉降和旋流脱泥方法的比选，推荐在实用中采用自然沉降的脱泥工艺，据此优化了二水硫酸钙的添加量、沉降时间等工艺参数，并在现场试验中达到了卤水净化的目的。. 研究工作构建了一种面向颗粒物共沉的固液界面分子动力学模拟算法，这有助于对沉降分离过程的机理研究提供一定的借鉴和参考；在应用方面发展并优化了泥和钙盐两种固废的同步脱除工艺，可望提高低品位钾矿重结晶精制过程的效率。