روش های فرآوری پتاس

[محسن آزماینده]

امروزه فرآوري در محل معدن انجام مي شود و معمول ترين روش، فلوتاسيون است. ماده معدني پس از خردايش توسط آسياب به دانه هايي با قطر کوچکتر از يک سانتيمتر تبديل مي شود اين دانه ها همراه با محلول اشباع که قدرت انحلال ندارد از سرند هاي 10 مش عبور مي کند. آنچه روي سرند باقي بماند به چرخه واسطه سنگين منتقل مي شود و آنچه از سرند عبور کند آماده فلوتاسيون است.
واسطه سنگين:
در اين روش چگالي محلول اشباع در حد واسط وزن مخصوص پتاس و نمک انتخاب مي شود بنابراين پتاس شناور شده اما ناخالصي ها به پايين سقوط مي کند. دانه هاي شناور پتاس پس از شستشو و خشک شدن آماده بارگيري است و دانه هايي که به علت درشتي شناور نشده اند پس از خردايش دوباره سرند شده و به ابتداي مسير فلوتاسيون بازگردانده مي شود.
فلوتاسيون:
در مرحله اول مواد غير قابل حل و شورابه از ذرات ريز ماده معدني طي فرآيندي به نام آهک زدايي (desliming)جدا مي شود. در مرحله دوم, ماده معدني که سطح ذرات آن با مواد شيميايي آغشته شده است به همراه شورآبه به داخل سلول هاي فلوتاسيون پمپ شده و هوا نيز به مخلوط دميده مي شود. ذرات فعال شده پتاس به حباب هاي هوا مي چسبند و به سطح مي آيند اما ذرات نمک و ناخالصي ها به کف ظرف سقوط مي کنند. پتاس پس از کف زدايي, جدا کردن شورابه همراه و خشک شدن يک محصول استاندارد است.
تبلور:
ذرات دانه ريز ماده معدني که از طريق فلوتاسيون قابل فرآوري نيست توسط شورابه هاي داغ حل شده و پـس از سه مرحله تبلور مجـدد کريستـال هاي درشت و خـالص پتاس بدست مي آيـد. در معادنـي که به روش انـحلال استـخراج مي شـوند, تبلور مهمترين روش فـرآوري است. در اين روش درجـه خـلوص کلريد پتـاسيم را مي توان به 9/99 درصد رسانيد که در اين صورت به آن جوهر پتاس مي گويند و در صنايع شيميايي مصرف مي شود.
كانه پتاس با انحلال حرارتي يا فرآوري كننده‌هاي تبلوري يا شناورسازي پرعيار مي شود كه مي‌تواند با جدايش مواد سنگين همراه باشد. روش جدايش مواد سنگين بر‌ پايه اختلاف كم چگالي سيلويت و لانگبينيت يا هاليت و سيلويت است.
در روش جدايش الكترواستاتيك كه مي‌تواند جايگزين روش فوق شود، سيلويت گرم شده تا خشك شود و با شارژ الكترواستاتيك آن KCl كه بار منفي گرفته است از NaCl با بار مثبت جدا مي‌شود.
تراکم:
پتاس بدست آمده از طريق فلوتاسيون و آبگيري با استفاده از فشار زياد متراکم شده و تکه هاي بدست آمده پس از خردايش توسط سرند دانه بندي مي شود.

نگهداري و حمل:
برخي از معادن کانادا انبارهايي در اختيار دارند که تا يک ميليون تن پتاس بسته بندي شده را ذخيره مي کنند. چنانچه ميزان رطوبت پتاس دانه بندي شده از حد استاندارد کمتر باشد تمايل به پودر شدن دارد و اگر ميزان رطوبت بيشتر باشد پتاس حالت کيک به خود مي گيرد بنابراين رطوبت استاندارد و بسته بندي غير قابل نفوذ براي حمل ضرورت دارد. حمل تا محل بنادر معمولا ً ريلي است.
روشهاي متنوعي براي جداسازي پتاس از كانسارهاي عمده وجود دارد. روش استحصال بر حسب مشخصات ماده معدني و نوع محصول مورد نظر تعيين مي‌شود. 5 روش جهت استحصال كلرور پتاسيم از شورابه و سنگ معدن وجود دارد. ا ين روش ها شامل فلوتاسيون، جدايش واسطه سنگين، انحلال و كريستاليزاسيون، فرآيند الكترو استاتيكي و استفاده از حوضچه هاي تبخير خورشيدي است. درجدول (9) مناسبترين اندازه دانه بندي براي روشهاي عمده فرآوري پتاس در صنعت آورده شده است.

جدول (9) مناسبترين دانه بندي كانسنگهاي سيلوينيتي، براي روش هاي مختلف فرآوري پتاس

الف - فلوتاسيون :
در اواخر دهه 1930 در “كارلسباد” آْمريكا اين روش جهت فرآوري كلرور پتاسيم آغاز شده و پس از آن دركشورهاي ديگر نظير انگلستان، فرانسه، آلمان و اسرائيل رايج شد. محصول به دست آمده از فلوتاسيون بسيار دانه ريز بوده و همراه با فسفر و نيتروژن به عنوان كود شيميايي مصرف مي‌شود. اين روش متداول ترين و اقتصادي ترين روش جهت استحصال كلرور پتاسيم از سيلويت است. فلوتاسيون فرآيند شيميايي- فيزيكي است و عوامل زيادي براي توليد كنستانتره مطلوب با بازيابي بالا، بايد مورد توجه قرار گيرد. اگر كانسنگ بيش از 5/3 تا 4 درصد رسوب نرمه داشه باشد بايد نرمه گيري شود و اين باعث مي شود بازيابي كلي كاهش يابد زيرا بخشي از پتاس در ابعاد ريز به هدر مي رود. براي بازيابي ذرات ريز سيلويت درگير با رس ها به روشهايي با تجهيزات خاصي نياز است. پس ازآنكه ذرات ناخالصي از سنگ معدن جدا شد، كانه هاي پتاس را در سه مرحله خرد مي‌كنند. تا به 35/3 ميلي متر برسد چون ذرات بزرگتر از آن در فلوتاسيون به خوبي شناور نمي شوند. ذرات سيلوينيت در آب شور به حال تعليق در مي آيند و تشكيل پالپي با غلظت مناسب را مي دهد. پالپ به دست آمده توسط مواد شيميايي خاصي كه كلكتور ناميده مي‌شوند و نقش آنها آبران كردن سيلويت است، آماده سازي مي‌شوند. كلكتورها انواع مختلفي دارند و معمولاً از آمين ها و آمين هاي با زنجيره طولاني مانند استريل (18 كربن) و آراچديل- بنيل (20-22 كربن) استفاده مي‌شود. از روغن كاج نيز به عنوان كف ساز استفاده مي‌شود. سلولهاي فلوتاسيون ظرفي هستند كه در دورن آن همزني براي معلق نگه داشتن ذرات جامد و مسيري براي ورود حبابهاي هوا از كف سلول، وجود دارد. ابعاد اين حبابها توسط خود دستگاه، شدت بهم زدن و حضور مواد شيميايي مؤثر در فصل مشترك مايع و گاز و سموم به كف ساز قابل كنترل مي باشد. اين حبابها هوا را به سطح سلول منتقل مي كنند. با استفاده از كف ساز مناسب و ميزان مصرف صحيح آن مي‌توان لايه اي از كف باپايداري كافي درسطح سلول فلوتاسيون به دست آورد كه حاوي ذرات جامد آبران است. سپس اين كف توسط دستگاه هاي مكانيكي از سطوح سلول خارج مي‌گردد و بدين وسيله كاني مورد نظر از باطله جدا مي شود. زمان و شرايط آماده سازي چگالي پالپ، دماي پالپ فلوتاسيون و … از جمله عواملي هستند كه در فلوتاسيون پتاس موثرند.
عمليات فرآوري در دماي عادي انجام مي گيرد. عيار كنسانتره اوليه فلوتاسيون سيلويت از سيلونيت به 40 تا 42 درصد K2O مي‌رسد. با چند بار تميز كردن كنستانتره مي‌توان به عيار 56 تا 58 درصد K2O رسيد. در فلوتاسيون سيلويت از نمك كارناليتي مصرف كلكتور به علت حضور يون منيزيم به 5 تا 6 برابر ميزان مورد مصرف درنمكهاي سيلويتي مي‌رسد. معمولاً عيار كنسانتره حاصل از فلوتاسيون نمك هاي كارناليتي حداكثر به 40 درصد K2O با بازيابي 50 تا 60 درصد مي‌رسد.

ب - روش جدايش واسطه سنگين
در اين روش از تفاوت چگالي سيوليت و هاليت و يا سيلويت و لانگبينيت استفاده مي‌شود. كاني تا اندازه اي 1 سانتيمتر خرد شده و توسط مايعي كه چگالي حد واسط دارد دو كاني از هم جدا مي‌شوند. ذرات با چگالي كمتر شناور و ذرات سنگين تر غوطه‌ور مي‌شوند. براي تهيه مايع وايطه سنگين از فروسليس يا منيتيت استفاده مي‌شود. اختلاف وزن مخصوص كارناليت و هاليت نيز مي‌تواند اساسي براي جدايش ثقلي هاليت باشد.

ج - روش انحلال- كريستاليزاسيون
اساس اين روش قابليت انحلال بيشتر KCl در دماي بالا نسبت به NaCl است. مزيت اين روش، جداسازي پتاس از كانسنگهايي با درصد زياد مواد نامحلول مانند رسها و توليد محصول با عيار بالا است. چنانچه محلول حاوي هر دو نمك باشد. انحلال NaCl با فازايش دما كمي كاهش مي يابد. بنابراين هنگامي كه شورابه اشباع شده در Cْ20 تا Cْ100 حرارت داده شود مقدار زيادي KCl در آب حل مي‌شود و كلرور سديم به عنوان باطله دور ريخته مي‌شود. سپس محلول نمك جدا شده و خشك مي‌شود. محلول نمك باقيمانده به فرآيند برگردانده مي‌شود. چنانچه محصول با درجه خلوص بالا درنظر باشد، بلورهاي KCl مجدداً حل شده و كريستاليزه مي‌شود تا محصولي با بيش از 99 ردصد KCl توليد مي‌شود. شكل (4) فلوشيت نمونه براي فرآيند انحلال- كريستاليزاسيون را نشان مي‌دهد.

شكل (4) فلوشيت نمونه براي فرآيند انحلال- كريستاليزاسيون

د - روش الكترواستاتيكي
اين روش به عنوان يك روش با هزينه هاي سرمايه گذاري پايين و راندمان تولدي بالا ثابت محسوب مي‌شود. در اين روش باطله حاصل فرآوري خشك شده و استحصال پتاس از باطله ها صورت مي‌گيرد. حرارت خيلي كم درحين فرآوري لازم است. لازمه اين فرآيند، دماي معتدل، يك منبع الكتريكي، معرفهاي شيميايي و كنترل دقيق نسبت مقدار رطوبت در محفظه جدا كننده است.
اين روش اولين بار در آمريكا مورد ارزيابي قرار گرفت اما گسترش چنداني نداشت و پس از جنگ جهاني دوم نيز درآلمان به كار گرفت شد.

و - استفاده از حوضچه هاي تبخير خورشيدي
در اين روش شرايط آب و هوايي از عوامل مهم مي باشد. در برخي معادن مانند اوگدون از درياچه آب يا آبهاي شور نزديك سطح و حوضچه متعدد استفاده مي نمايند.
حوضچه هاي متعدد براي ايجاد چگالي هاي متفاوت آب شور جهت تبلور كانيهاي مختلف در مراحل گوناگون مورد استفاده قرار ميگيرند. تبخيرزياد خورشيدي تنها در طول سه ماه تابستان انجام مي‌گيرد. در اين مدت تبخير بارندگي همراه با وزش باد ازعوامل مؤثر تبخير هستند. سيلويت و هاليت در اي حوضچه ها رسوب مي‌كنند و سپس محلول برداشت شده به واحد فلوتاسيون براي جداسازي نمكها از هم منتقل مي‌شود.
دو نوع پتاس از جنوب بحرالميت در آب وهوايي كه مساعد براي تبخير در طول سال مي‌باشد، بهره برداري مي‌شود. در اثر تبخير آب شور كارناليت و هاليت در حوضچه هاي برداشت محصول رسوب مي‌كند. كلرور منيزيم همراه آب تازه شسته شده و مخلوطي از سيلويت و هاليت باقي مي ماند. در اسرائيل سيلويت در سه واحد مختلف فرآوري جدا مي شود. در واحد قديمي از صنعت فلوتاسيون استفاده مي‌شود. ظرفيت اين واحد با افزودن تجهيزات روش فرآوري تبلور مجدد توسعه پيدا كرده است. جديدترين واحد كه از روش اختصاصي تبلور سرد كه از متبلور كننده با حرارت پايين جهت توليد كلرور پتاسيم استفاده مي نمايند مورد بهره برداري قرار گرفته است.
از فرآيند رسوبگذاري دراثر سرد شدن طبيعي نيز مي‌توان جهت استحصال پتاس از حوضچه هاي اسفاده كرد. يك حوضچه بزرگ در ماه هاي سد سال ايجاد مي‌شود آب شور از معدن به داخل حوضچه جريان مي يابد، تنها سيلويت در اثر هواي سرد زمستان متبلور مي‌گردد. سپس حوضچه هاي لايروبي شده و رسوب سيلويت را خشك كرده و به فروش مي‌رسد.
جهت استحصال سولفات پتاسم از روشهاي متفاوتي استفاده مي‌شود. سولفات پتاسيم را مي‌توان مانند كلرور پتاسيم از شورابه بدست آورد اما معمولاً با استفاده از كلرور پتاسيم و اسيد سولفوريك و يا روشهاي ديگر ازكانيها محتوي سولفات پتاسيم به دست مي‌آيد. مهمترين روش هاي توليد سولفات پتاسيم عبارت است از :
الف - كائينيت در اروپا به عنوان مهمترن كاني توليد سولفات پتاسيم به شمار مي رود. متداول ترين روش از طريق انحلال، حرارت دادن و سرد كردن شوئنيت حاصل از كائينيت و سپس تركيب آن با كلرور پتاسيم مي‌باشد.
ب - يكي از روشهاي توليد سولفات پتاسيم استحصال از لانگبينيت است و پودر سنگ آن با محلول كلرور پتاسيم واكنش داده سولفات پتاسيم به وجود مي‌آيد كه پس از شستشو، جداسازي و الك كردن به دست مي‌آيد. اين روش در نيومكزيكو به كار مي رود.
ج - در اروپا از سنگ معدن هالتساز نيز سولفات پتاسيم به دست مي‌آورند. پس از جدايش كلرور پتاسيم و كلرور سديم از آن، كايزريت باقي مي ماند كه سولفات منيزيم است. كايزريت در دو مرحله واكنش باكلرور پتاسيم به سولفات پتاسيم و كلرور منيزيم تبديل مي شود.
د - فرآيند توليد آلومينا از سنگ معدن آلونيت، سولفات پتاسيم و گاز دي اكسيد گوگرد به عنوان محصولات فرعي توليد مي‌شود.
ه - از غبار خروجي كوره هاي سيمان كه داراي مقداري سولفات پتاسيم است
از طريق فرآيند الكتروستاتيك نيز سولفات پتاسيم قابل استحصال است. درامريكا از ضايعات صنعت شكر نيز سولفات پتاسيم بازيابي مي‌گردد.


- ناخالصيهاي پتاس و ضرورت فرآوري آن
در طبيعت كاني پتاس باديگر نمكها به صورت درهم رشد مي‌كند و علاوه بر آن داراي ناخالصي هاي رس، هماتيت و … نيز هست. در روش هاي فرآوري پتاس ضروري است كه ذرات كاني پتاس از ديگر مواد به خوبي جدا شود و بتواند به صورت محصول قابل مصرف در آيد.