1、14:461非金属矿初加工非金属矿初加工n破碎n筛分n磨矿n选矿重选浮选磁选电选拣选14:462化学选矿化学选矿n概述n浸出法n化学漂白法n煅烧法14:46314:464概述概述n化学选矿法：又称矿物原料化学处理，简称化选，是基于矿物和矿物组成的化学性质的差异，利用化学方法改变矿物组成而使其有用组分富集的矿物加工过程。n化学性质：如热稳定性、氧化还原性、溶解性、离子半径差异、络合性、水化性和荷电性等。14:465概述概述n为什么要进行化学选矿？n矿产资源的“贫、杂、细”化。n满足非金属矿深加工的需要，提高产品的附加值。14:466概述概述n实例：原子反应堆的燃烧室元件，要求石墨灰分小于0.1%
2、；其它高导电石墨、超导石墨等要求碳含量在99%以上。采用浮选法和电选法虽然可使石墨品位达到 9095%，但由于硅酸盐矿物浸染在石墨鳞片中，用机械方法难以进一步提纯。14:467概述概述化学选矿的原则流程图14:468概述概述原料准备阶段矿石或物料分解化学选矿产品的制取14:469原料准备阶段原料准备阶段n内容：包括矿石或其他原料的破碎筛分、配料混匀、磨矿分级等作业。n目的：使物料破碎至一定粒度，使物料解离完全，为后续作业准备好合适的物料，以使物料分解更完全。有时还需要借助于物理选矿除去某些有害杂质和脉石，使目的矿物预先富集，为后续作业创造更有利的条件。14:4610矿石或物料分解矿石或物料分解
3、 n目的：使矿物原料与化学药剂充分作用，使矿物的溶解于溶液中，或经高温处理使矿物组分转变为易溶解的形态后溶于溶液，从而达到有用组分的分离和初步富集。n矿物分解可用直接浸出法，也可先经高温处理后用浸出或其它选矿方法。浸出法焙烧法14:4611化学选矿产品的制取化学选矿产品的制取n内容：包括净液和产品制取等过程。净液：为了获得高品位的化合物或金属产品，浸出液常常采用化学沉淀、离子交换、有机溶剂萃取、离子浮选、两液浮选、沉淀浮选等方法，除去有害杂质，获得最终产品。产品制取：从净化液中沉淀析出化学选矿产品，一般采用化学沉淀法、电解沉积法和物理选矿法，有时也采用炭浆法、矿浆树脂法、矿浆直接萃取法等。14
4、:4612化学选矿与物理选矿的区别n重选、浮选、磁选（磁化焙烧除外）、电选等都是在没有改变矿物化学组成的情况下进行的。n化学选矿改变矿物化学组成的情况下进行的。n化学选矿需要消耗大量的化学试剂，普遍存在成本较高的问题，而物理选矿成本较低。14:4613化学选矿与物理选矿的应用n都是处理矿物原料并使目的组分得到富集、分离及综合利用矿产资源。n物理选矿主要处理粒度相对较粗的矿物；化学选矿较物理选矿其应用范围更宽。n化学选矿可以处理物理选矿方法无法处理的低品位、嵌布粒度细、矿物组成复杂的矿石，并能从“三废”中回收有用组分。最大限度地综合回收原料中的有价成分。14:4614概述概述n浸出法n化学漂白法
5、n焙烧煅烧法14:4615浸出法浸出法n浸出：溶剂选择性溶解物料中某目的组分的工艺过程。n目的：使有用组分与杂质组分或脉石组分相分离。n浸出剂：用于浸出的试剂。n浸出液：浸出所得的溶液。n浸出渣：浸出后的残渣。14:4616浸出法浸出法浸出方法浸出方法常用浸出药剂常用浸出药剂水水溶溶剂剂浸浸出出酸浸酸浸稀硫酸、浓硫酸、盐酸、硝酸、王水、氢氟酸、稀硫酸、浓硫酸、盐酸、硝酸、王水、氢氟酸、亚硫酸亚硫酸碱浸碱浸碳酸钠、苛性钠、氨水、硫化钠等碳酸钠、苛性钠、氨水、硫化钠等盐浸盐浸氯化钠、氯化铁、氯化铜、硫酸铁、氰化钠等氯化钠、氯化铁、氯化铜、硫酸铁、氰化钠等细菌浸出细菌浸出硫酸铁硫酸铁+硫酸硫酸+菌种
6、菌种水浸水浸水水非水溶剂浸出非水溶剂浸出有机溶剂有机溶剂14:4617浸出法浸出法n碱浸法n酸浸法n细菌浸出法n浸出工艺设备n影响浸出的主要因素14:4618碱浸法碱浸法n碱浸法（强碱高温熔融法）：适用于除去石墨、金刚石等非盐类矿物中的硅酸盐杂质。14:4619石墨的碱浸法（碱酸法）石墨的碱浸法（碱酸法）n石墨的碱浸法：石墨经浮选后，精矿中的杂质主要是极细粒浸染在石墨鳞片中的部分硅酸盐矿物，以及钾、钠、钙、镁、铁、铝等的化合物。石墨精矿中除去这些杂质的最常用和最成熟的办法是采用碱浸法（碱酸法）。14:4620石墨的碱浸法石墨的碱浸法n原理：石墨中的杂质（硅酸盐等），在500 以上的高温下与氢氧
7、化钠起反应，一部分生成物溶于水的反应产物，被水浸出除去；另一些杂质，如铁的氧化物等，在碱熔后用盐酸中和，生成溶于水的氯化铁等，通过洗涤而除去。14:4621石墨的碱浸法石墨的碱浸法n加入碱的反应：Fe2O3+3OH-Fe(OH)3 SiO2+2NaOHNa2SiO3 +H2O Al3+3OH-Al(OH)3 Ca2+2OH-Ca(OH)2 Fe3+3OH-Fe(OH)3 Mg2+2OH-Mg(OH)2 14:4622石墨的碱浸法石墨的碱浸法n加入盐酸后的反应：Na2SiO3+2HCl 2NaCl+H2SiO3 Ca(OH)2+2HCl CaCl2+2H2OFe(OH)3+3HCl FeCl3+
8、3H2O Mg(OH)2+2HCl MgCl2+2H2OAl(OH)3+3HCl AlCl3+3H2O14:4623石墨碱浸法工艺石墨碱浸法工艺n原料采用经过筛分分级后的-100+200目石墨浮选精矿。n先将固体NaOH配成浓度为50%的溶液，再与石墨按质量比1：0.8的比例混合，搅拌均匀后，在500高温下熔融1h；n冷却到100 以下，加水浸取1h，再加入盐酸进行酸浸，盐酸加入量约为石墨的3040%；n酸浸后用清水洗涤至中性，再经固液分离、干燥后得到高碳石墨产品。14:4624 酸浸酸浸石墨粉石墨粉搅拌搅拌高温熔融高温熔融冷却冷却水浸水浸洗涤洗涤脱水脱水干燥干燥氢氧化钠氢氧化钠盐酸盐酸水水洗
9、涤洗涤废液处理废液处理包装包装石石墨墨碱碱浸浸法法工工艺艺14:4625石墨的碱浸法石墨的碱浸法n实例：山东南墅石墨矿（鳞片石墨）n选矿厂原矿处理量约35万t/a。n原矿粒度为-450mm，入磨粒度为-15mm，入选粒度为-0.15 mm，占60%65%。n原矿品位4.39%4.45%，精矿品位88%89%，回收率约80%，尾矿品位0.6%0.8%。n浮选精矿采用碱酸法提纯，最终石墨精矿品位达到98%99%，作业回收率达88%。n -石墨提纯方法进展，葛鹏，2010.1014:4626碱浸法碱浸法n碱浸法（强碱高温熔融法）只适合于石墨、金刚石等化学性质非常稳定的有用矿物，其它情况下不适用。14
10、:4627酸浸法酸浸法n非金属矿物在实现特殊工业用途之前，常见的是要除掉矿物中的着色杂质，主要是其中所含的铁的各种化合物，如Fe2O3、FeO、Fe(OH)3、Fe(OH)2、Fe3O4等。n其中有些铁是以单体矿物或矿物包裹体存在。n有些是以薄膜铁的形式附着于矿物表面、裂隙或结构层间。n适用范围：酸浸法是除去非金属矿物中单体褐铁矿及薄膜铁的比较有效的方法。14:4628酸浸法酸浸法膨膨润润土土原原矿矿 石石英英砂砂矿矿 高岭土原矿高岭土原矿 14:4629酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用n作为玻璃生产的主要原料，石英砂中最有害的杂质就是各种含铁物质，包括含铁粘土、黑
11、云母、磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、钛铁矿、针铁矿以及石英颗粒表面氧化铁薄膜等。n采用常规的选矿方法，虽可除去绝大部分单体含铁矿物，但对石英砂粒表面氧化铁薄膜及裂隙内的铁类杂质则难以除去。n对于一些光学玻璃、仪器及某些特殊玻璃，有时要求所用石英砂中SiO2含铁量低达0.010.02%，甚至更低。这就需要用酸浸法来进行处理。14:4630酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用n砂粒表面的铁薄膜主要是由赤铁矿、针铁矿（或氢氧化铁）组成。n与盐酸的反应：Fe(OH)3+3HClFeCl3+3H2OFe2O3+6HCl 2FeCl3+3H2On与硫酸的反应：2Fe(OH)3+3H2SO
12、4 Fe2(SO4)3+6H2OFe2O3+3H2SO4 Fe2(SO4)3+3H2O14:4631酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用n如果在酸浸过程中加入还原剂如绿矾、亚硫酸盐等，将Fe3+还原为Fe2+，其在溶液中的溶解度将会增大，更有利于杂质的浸出。n草酸是一种中等强度的有机酸，易溶于水，它可以溶去石英砂表面的氢氧化铁薄膜并生成稳定的草酸铁络合物。3H2C2O4+Fe(OH)3 Fe(C2O4)33-+3H2O+3H-14:4632酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用n用氢氟酸对石英砂进行酸浸时，其反应比较复杂。Fe2O3+6H+2Fe3
13、+3H2OFe(OH)3+3H+Fe3+3H2OFe3+6F FeF63-SiO2+4HF=2H2O+SiF4SiF4+2HF H2(SiF6)nFeF63-是一种很稳定的络合物。n氟硅酸在水溶液内也很稳定，是一种与硫酸相仿的强酸。14:4633酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用n氢氟酸进行酸浸的特点：对石英表层有一定深层的溶解，对于清洁石英表面、清除铁质及其它杂质污染更有效。n因此，氢氟酸用来对石英进行酸浸效果最好。14:4634 透明石英玻璃用硅石的加工流程透明石英玻璃用硅石的加工流程天然硅石天然硅石人工手选人工手选破碎破碎自来水冲洗自来水冲洗酸浸酸浸24h24h
14、自来水总冲洗自来水总冲洗高温煅烧高温煅烧1350-14001350-1400；水淬；水淬自来水冲洗自来水冲洗酸浸酸浸24h24h去离子水冲洗去离子水冲洗烘干烘干粉碎、筛分粉碎、筛分装瓶产品装瓶产品酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用14:4635天然硅石天然硅石人工手选人工手选破碎破碎轮碾粉碎轮碾粉碎筛分筛分酸浸酸浸自来水冲洗自来水冲洗烘干烘干磁选（手选）磁选（手选）不透明石英玻璃用硅石加工的流程不透明石英玻璃用硅石加工的流程酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用14:4636氢氟酸对石墨中硅酸盐杂质的溶解作用氢氟酸对石墨中硅酸盐杂质的溶解作用n当
15、所处理的石墨中云母含量较高时，采用碱浸法效果不佳，可用氢氟酸酸溶法提纯。n基本原理：石墨中的杂质主要是硅酸盐类，与氢氟酸反应生成氟硅酸（或盐），随溶液排除，从而获得高纯石墨。其化学反应与上述石英与氢氟酸的反应类似。14:4637氢氟酸对石墨中硅酸盐杂质的溶解作用氢氟酸对石墨中硅酸盐杂质的溶解作用n如果石墨中的杂质仅为SiO2，还可以干燥的HF气体进行处理。处理时将温度逐渐提高，使SiO2转化为SiF4气体逸出。SiO2+4HF(气）=SiF4+2H2O14:4638氢氟酸对石墨中硅酸盐杂质的溶解作用氢氟酸对石墨中硅酸盐杂质的溶解作用n采用氢氟法提纯石墨，产品纯度可达99%以上。n由于氢氟酸具有
16、毒性和严重腐蚀性，生产过程必须采取严格防护措施。n如果采用气体HF干法提纯石墨，则反应是在一个镀铅的转筒中进行，或在一个立式炉中分批进行，使气体透过松散的石墨原料而外逸。14:4639氢氟酸对石墨中硅酸盐杂质的溶解作用氢氟酸对石墨中硅酸盐杂质的溶解作用氢氟酸提纯石墨的工艺流程氢氟酸提纯石墨的工艺流程14:4640细菌浸出法细菌浸出法n矿物的微生物加工-微生物选矿-生物冶金微生物浸出技术：出现在20世纪50年代，已在铜，铀，金矿中得到工业应用微生物浮选技术：出现在20世纪80年代，目前尚在实验室研究阶段。14:4641细菌浸出法细菌浸出法n目前国内外关于微生物药剂的研究主要集中于金属矿，非金属矿
17、方面相对较少。n研究单位：中南大学-金属矿武汉理工大学-非金属矿14:4642细菌浸出法细菌浸出法n优点：微生物药剂对人体无害，又可被生物降解，无二次污染，能耗少，因而具有广阔的发展前途。n缺点：氧化周期长、浸出速率低，限制了其工业应用。n最常用的微生物是氧化铁硫杆菌。14:4643细菌浸出法细菌浸出法n细菌浸出：利用含有氧化铁硫杆菌的硫酸和硫酸高铁溶液浸出废石、尾矿、贫矿、采空区和废矿坑铜、铀等有价元素的工艺过程。原料原料浸浸 出出 残渣残渣 浸出液浸出液金属回收金属回收金属金属 尾液尾液菌液再生菌液再生细菌浸出的工艺流程细菌浸出的工艺流程14:4644细菌浸出法细菌浸出法n氧化铁硫杆菌：一
18、种生于硫化矿床的酸性矿水中的细菌，它以硫化物和低价铁（二价）为营养，将硫酸亚铁氧化成硫酸高铁，元素硫氧化成硫酸：2S+3O2+2H2O=2H2SO4 4FeSO4+2H2SO4+O2 =2Fe2(SO4)3 +2H2O n通过上述反应，细菌得到所需要的能量，而硫酸铁可将矿石中的铁或铜等转变为可溶性化合物。14:4645细菌浸出法细菌浸出法n硫化铁对矿石的浸出反应：Cu2S（辉铜矿）+2Fe2(SO4)3=2CuSO4+4FeSO4 +SCuFeS2+2Fe2(SO4)3+3O2+2H2O=CuSO4+5FeSO4+2H2SO4 黄铜矿FeS2(黄铁矿)+7Fe2(SO4)3+8H2O =15F
19、eSO4+8H2SO4 n生成的硫酸亚铁及元素硫在细菌的作用下，又可氧化为硫酸高铁及硫酸，故浸出剂可以反复使用。14:4646细菌浸出法细菌浸出法n细菌浸出一般采用废矿坑就地浸出或废石堆浸，小规模时则采用池浸，也可采用溶剂萃取法提取浸出后的废液。n提取后的浸出废液可送至矿堆或浸出采空区，使它在渗滤过程中自行氧化再生，或将废液送至专门的菌液再生池中培养菌液，再送去浸矿。14:4647细菌浸出法细菌浸出法n细菌浸出法可处理多种硫化矿物，镍和锌硫化物、辉铜矿、铜蓝、斑铜矿和黝铜矿易浸出，黄铜矿较难浸出，而方铅矿、辉钼矿难浸出。n当前广泛用于从贫矿、表外矿、尾矿、小而分散的富矿及采空区的残矿中回收铜和
20、铀。14:4648浸出工艺设备浸出工艺设备n渗滤浸出渗滤浸出槽n常压搅拌浸出机械搅拌浸出槽空气搅拌浸出槽流态化浸出塔n有压搅拌浸出哨式空气搅拌加压釜自蒸发器14:4649渗滤浸出槽渗滤浸出槽渗滤浸出槽渗滤浸出槽1-槽体槽体 2-防腐层防腐层3-假底假底 4-浸液出口浸液出口14:4650渗滤浸出槽渗滤浸出槽n依处理量的大小，槽的外壳可用不同的材质制成。如处理量小，可用碳钢槽或桶；处理量大时，用砖、石、水泥砌成，内衬以一定厚度的防腐层，并且不能漏液。n为便于浸出液流动，底部略向浸出液出口方向倾斜。将出口塞住后，用人工或机械将矿石均匀地装入槽内，加入配好的浸出剂，浸泡数小时或更长时间后再放液。n生
21、产中可采用多个渗滤槽同时操作。14:4651渗滤浸出槽渗滤浸出槽n小型矿山使用的槽直径约512m，高1.52.5m，每批处理矿石75150t；更小规模的渗滤槽每批处理1530t。n国外的大型渗滤浸出槽，直径在17m以上，高3m，每批约可处理于料1000t以上。14:4652机械搅拌浸出槽机械搅拌浸出槽机械搅拌浸出槽机械搅拌浸出槽1-壳体壳体 2-防腐层防腐层 3-进料口进料口4-排气孔排气孔 5-主轴主轴 6-人孔人孔7-溢流孔溢流孔 8-循环筒循环筒14:4653机械搅拌浸出槽机械搅拌浸出槽n酸浸时槽体可用碳钢，内衬橡胶、耐酸砖或聚四氟乙烯塑料等；碱浸时可采用普通碳钢槽。n搅拌桨一般为碳钢衬
22、胶、衬玻璃钢或由不锈钢制成。n可采用电加热、夹套加热或蒸汽直接加热方式，以控制浸出过程的温度。n搅拌槽的容积依生产规模而定，一般用于生产规模较小的矿石。14:4654浸浸出出工工艺艺设设备备高效节能搅拌浸出槽高效节能搅拌浸出槽郑州市黄金矿山机械制造总厂郑州市黄金矿山机械制造总厂 14:4655高效节能搅拌浸出槽主要技术参数 参数参数单位单位规格型号及技术数据规格型号及技术数据JJC-2020JJC-2020JJC-3030JJC-3030槽体尺寸槽体尺寸mmmm20002000200020003000300030003000有效容积有效容积m m3 35.465.461919叶轮直径叶轮直径m
23、mmm630630900900叶轮转速叶轮转速r/minr/min84.784.75050矿浆浓度矿浆浓度%40-4540-4540-4540-45减速机型号减速机型号XL-DXL-DXLD4XLD4电机功率电机功率kwkw2.22.24 4电机型号电机型号Y110L-4Y110L-4Y112M-4Y112M-414:4656浸出工艺设备浸出工艺设备哨式加压釜哨式加压釜1-进料管进料管 2-空气管空气管 3-漩涡哨漩涡哨 4-喷嘴喷嘴 5-釜筒体釜筒体 6-事故排料管事故排料管 7-出料管出料管14:4657浸出工艺设备浸出工艺设备n哨式空气搅拌加压釜：矿浆自釜下端进入，与压缩空气混合后通过漩
24、涡哨从喷嘴进入釜内，呈紊流状态在釜内上升，然后经出料管排出。n釜内矿浆的加热或冷却，一般采用夹套间接传热方式，釜内装有事故排料管。n经高压釜浸出后的矿浆，须将压力降至常压后才能送下一作业处理。14:4658影响浸出的主要因素影响浸出的主要因素n矿物性质：包括矿物组成、渗透性、孔隙度等，需要通过浸出试验来确定其影响。n矿物原料的粒度的影响：在一定的粒度范围内，增加细度可提高浸出速度。但过细会增加矿浆粘度，使扩散阻力增大而降低浸出速度。14:4659影响浸出的主要因素影响浸出的主要因素n浸出试剂浓度：浸出试剂浓度越高，浸出速度越大，但需要依浸出对象而选择适宜的浓度。浓度过大，有时会增大不希望溶解的组分或杂质的溶解。n搅拌时间：适当长些也有利于浸出的效果，但有一个反应平衡点，过了此反应平衡点，时间影响就不起作用。14:4660影响浸出的主要因素影响浸出的主要因素n其它搅拌速度浸出温度矿浆浓度14:4661思考题思考题n什么是化学选矿？为什么要进行化学选矿？n化学选矿基本可分为哪三个阶段？具体包括哪些工序？n化学选矿与物理选矿的区别有哪些？n石墨碱浸法的原理及工艺流程。n盐酸、氢氟酸对石英砂中含铁杂质的溶解作用机理是什么？
