I. Основные сведения о калиевом полевом шпате
Калиевый полевой шпат (химическая формула K₂Al₂Si₆O₁₆), являясь важным неметаллическим минералом, широко распространен в природе. Он обладает уникальной кристаллической структурой и физико-химическими свойствами, что делает его незаменимым в многочисленных промышленных применениях. Визуально калиевый полевой шпат обычно имеет различные оттенки, такие как телесно-розовый, белый или серый, с разнообразными кристаллическими формами, включая распространенные пластинчатые и призматические. Его умеренная твердость, обычно от 6 до 6,5 по шкале Мооса, обеспечивает как обрабатываемость, так и достаточную структурную целостность.
II. Основные области применения калиевого полевого шпата
(1) Флюс для стекла
В стекольной промышленности калиевый полевой шпат является важнейшим сырьем. Высокое содержание Al₂O₃ в сочетании с низким содержанием железа обеспечивает значительные преимущества при варке стекла. В частности, он эффективно снижает температуру варки стекла, сокращая энергозатраты и производственные затраты. Например, добавление калиевого полевого шпата в традиционные рецептуры производства стекла позволяет снизить температуру варки на 50–100 °C, существенно сокращая время варки. Кроме того, калиевый полевой шпат снижает потребность в щёлочи – дорогостоящем и экологически опасном сырье для производства стекла. Это снижение обеспечивает как экономические, так и экологические преимущества. Кроме того, калиевый полевой шпат регулирует вязкость стекла, улучшая его обрабатываемость при формовании и улучшая качество и однородность стеклянных изделий.
(2) Керамическая масса и глазурь
Состав массы: В производстве керамической массы калиевый полевой шпат играет решающую роль. Он уменьшает усадку при сушке, регулируя распределение внутренней влаги благодаря своей кристаллической структуре и гидратационным свойствам, предотвращая растрескивание, вызванное неравномерной усадкой. Кроме того, калиевый полевой шпат способствует образованию муллита. Муллит – это минерал, характеризующийся высокой прочностью, твёрдостью и превосходной химической стабильностью. Его образование повышает плотность и светопропускание керамических масс. Например, при производстве высококачественной посуды и художественной керамики добавление калиевого полевого шпата в определённом количестве может повысить прочность керамических изделий на 20–30% и значительно улучшить их светопропускание, делая керамику более эстетичной и функциональной.
Глазури: Калийный полевой шпат также играет важную роль в керамических глазурях, обычно составляя 10–35% от их состава. В этом диапазоне он значительно усиливает блеск поверхности керамики. Во время высокотемпературного обжига полевой шпат в глазури образует гладкий, прозрачный стекловидный слой. Этот слой отражает свет, придавая керамической поверхности яркий, мягкий блеск. Например, в производстве архитектурной керамики использование глазурей с достаточным содержанием полевого шпата позволяет получить более гладкую и блестящую поверхность плитки, что повышает конкурентоспособность продукта на рынке.
(3) Сырье для калийных удобрений
Калий — один из трёх важнейших макроэлементов для роста растений, играющий важнейшую роль в повышении урожайности и качества сельскохозяйственных культур. Калийный полевой шпат можно прокаливать и вводить в реакцию с известняком для получения растворимых в кальцинаторе или водорастворимых калийно-кальциевых удобрений. Это калийное удобрение особенно подходит для улучшения кислых почв. В кислой среде калий становится менее доступным для усвоения растениями. Калийно-кальциевые удобрения, полученные из калиевого полевого шпата, не только обеспечивают достаточное количество калия, но и регулируют pH почвы и улучшают её структуру. Например, в кислых почвенных регионах южного Китая применение калийно-кальциевых удобрений, полученных из калиевого полевого шпата, увеличило урожайность сельскохозяйственных культур в среднем на 15–20%. Одновременно значительно улучшилось качество сельскохозяйственной продукции, например, повысилась сладость фруктов и улучшилась текстура овощей.
(4) Другие области применения
Калиевый полевой шпат имеет широкое применение помимо основных, упомянутых выше, в том числе в качестве сырья для эмали и связующего вещества для шлифовальных кругов. В производстве эмали калиевый полевой шпат улучшает адгезию и коррозионную стойкость эмалевого слоя, делая эмалированные изделия более долговечными. В производстве шлифовальных кругов калиевый полевой шпат действует как связующее вещество, прочно удерживая абразивные частицы, повышая прочность и износостойкость круга. Кроме того, калиевый полевой шпат может быть переработан в ультрадисперсный порошок, широко используемый в резиновой, металлургической и других отраслях промышленности. В резиновой промышленности ультрадисперсный порошок калиевого полевого шпата используется в качестве наполнителя для повышения твёрдости и износостойкости резиновых изделий. В металлургии он используется в качестве флюса, облегчающего плавку и разделение металлов.
III. Технологическая схема дробления
В процессе очистки калиевый полевой шпат проходит несколько стадий дробления и обогащения, что гарантирует его чистоту и качество, соответствующие требованиям различных отраслей промышленности. Основные этапы процесса дробления калиевого полевого шпата описаны ниже:
(1) Стадия дробления
Крупное дробление: На этой начальной стадии обычно используются щековые дробилки. Щековые дробилки обладают такими преимуществами, как простота конструкции, удобство эксплуатации и высокая степень дробления. Они измельчают сырую руду до размера частиц ≤150 мм, обеспечивая необходимую крупность питания для последующих стадий дробления. Например, на крупном руднике по добыче полевого шпата щековая дробилка может перерабатывать сотни тонн сырой руды в час, разбивая крупные блоки полевого шпата на более мелкие частицы для более легкой обработки последующим оборудованием.
Среднее и мелкое дробление: После грубого дробления руда поступает на стадию среднего и мелкого дробления, в основном с использованием конусных или ударных дробилок. Конусные дробилки подходят для дробления твёрдых руд, подвергая их дальнейшему разрушению за счёт вращательного и сжимающего воздействия конуса. В то время как ударные дробилки используют удар между высокоскоростными вращающимися билами и отбойными плитами для дробления руды, обеспечивая высокую эффективность дробления и однородный размер частиц продукта. После среднего и тонкого дробления руда уменьшается до размера частиц ≤20 мм, подготавливая её к последующим процессам измельчения и классификации.
(2) Измельчение и классификация
Измельчение и классификация являются важнейшими этапами процесса очистки калиевого полевого шпата. Обычно шаровые мельницы работают в паре со спиральными классификаторами или гидроциклонами. Шаровые мельницы измельчают руду за счёт прокатки и ударного воздействия стальных шаров, в то время как спиральные классификаторы или гидроциклоны разделяют частицы по размеру и плотности. В ходе этого процесса размер частиц должен контролироваться таким образом, чтобы частицы размером менее 0,074 мм составляли более 60% от общего объёма для достижения одночастичного выделения. Дезинтеграция подразумевает тщательное отделение полезных минералов от пустой породы в руде, создавая благоприятные условия для последующих процессов разделения и удаления примесей. Например, точный контроль процесса измельчения и классификации позволяет полностью отделить минералы калиевого полевого шпата от других минералов в калиево-полевой шпатовой руде, повышая эффективность и чистоту последующей переработки.
(3) Промывка и обесшламливание руды
Руда калиевого полевого шпата часто содержит глину и мелкий ил, которые ухудшают качество и чистоту полевого шпата. Поэтому для удаления этих примесей необходимы процессы промывки и обесшламливания. Обычно для этих операций используются вибросита или промывочные желоба. Вибросита отделяют более крупные частицы руды от глины и ила за счет вибрации сита; в то время как промывочные желоба используют поток воды для вымывания глины и мелкого ила. После промывки и обесшламливания содержание железа может быть снижено более чем на 30%, что эффективно повышает чистоту калиевого полевого шпата. Например, на одном заводе по переработке калиевого полевого шпата содержание железа в руде было снижено с исходных 2% до менее 1,4% за счет промывки и обесшламливания, что значительно улучшило качество получаемого калиевого полевого шпата.
(4) Разделение и удаление примесей
Магнитная сепарация: Магнитная сепарация использует различия в магнитных свойствах минералов для разделения. При переработке калиевого полевого шпата для удаления магнитных примесей, таких как слюда и лимонит, обычно используются мокрые сильные магнитные сепараторы (напряжённость магнитного поля ≥1,2 Тл). Мокрые сильные магнитные сепараторы обладают такими преимуществами, как высокая эффективность разделения и большая производительность. При прохождении руды через магнитный сепаратор магнитные примеси прилипают к магнитным полюсам машины, в то время как немагнитные минералы калиевого полевого шпата проходят беспрепятственно, обеспечивая отделение примесей от полевого шпата. Например, магнитная сепарация может снизить содержание слюды в руде калиевого полевого шпата с 5% до менее 1%, повышая чистоту полевого шпата.
Флотация: Флотация отделяет полезные минералы от пустой породы за счёт различий в физико-химических свойствах поверхности. Для прилипания полезных минералов к пузырькам добавляют флотационные реагенты. Флотация калиевого полевого шпата обычно протекает в кислой или щелочной среде. Использование аминных собирателей позволяет эффективно удалять слюду. Например, в щелочной среде аминные собиратели селективно адсорбируются на поверхности слюды, заставляя слюду всплывать на пузырьках, в то время как полевой шпат остается в пульпе, что обеспечивает разделение. Этот процесс флотации дополнительно повышает чистоту полевого шпата, позволяя удовлетворить различные промышленные требования.
Кислотное выщелачивание: Кислотное выщелачивание использует химические реакции между кислотами и примесями в минералах для растворения нежелательных компонентов. При переработке калиевого полевого шпата для растворения мелких железных руд обычно используется концентрированная серная или щавелевая кислота. Этот процесс протекает при определенных температурных и концентрационных условиях. Контролируя время реакции и силу кислоты, можно достичь степени извлечения железа более 90%. Например, после кислотного выщелачивания содержание железа в руде калиевого полевого шпата может быть снижено с 0,5% до менее 0,05%, что значительно повышает качество продукта.
Калиевый полевой шпат, являясь важнейшим неметаллическим минералом, имеет широкие перспективы применения. Благодаря научно обоснованным процессам дробления чистота и качество калиевого полевого шпата могут быть эффективно повышены для удовлетворения потребностей различных отраслей промышленности, что обеспечивает надежную поддержку развитию смежных отраслей.
