化學選礦

化學選礦是基於礦物組分的化學性質的差異，利用化學方法改 變礦物的性質，使目標組分或雜質組分選擇性地溶於浸出溶劑中，從而達到分離 的目的。

基本介紹

• 中文名：化學選礦
• 外文名：chemical mineral processing
• 類型：礦石篩選方法
• 開創者：奧地利人拜爾
• 領域：能源
• 學科：化工、礦業工程

概述

近代化學選礦的發展歷史與金、銀、鈾、銅、鋁等礦物原料的化學處理密切相關。

1887年用氰化物溶液直接從礦石中浸出提取金銀,開始了在礦山生產成品金的歷史。

奧地利人拜爾(K.J.Bayer)於1888年發明的拜爾法和20世紀初處理鋁礦物原料生產氧化鋁的聯合法先後用於工業生產。

40年代起，隨著原子能工業的發展，用酸浸法或鹼浸法直接浸出鈾礦石，在鈾礦山生產鈾化學濃縮物的工藝在工業上獲得套用。硫酸浸出法及氛浸法處理次生銅礦的工藝早已工業化。

60年代末期，處理難選氧化銅礦的離析法也開始用於工業生產。

60年代以後，化學選礦除用於處理難選原礦外，還用於物理選礦產出的尾礦、中礦和混合精礦的處理以及粗精礦的除雜。

化學選礦已被成功地用於處理許多金屬礦物和非金屬礦物原料，如鐵、錳、鉛、銅、鋅、鎢、鋁、錫、金、銀、鉭、鈮、鈷、鎳、鈾、釷、稀土、鋁、磷、石墨、金剛石、高嶺土等固體礦物原料，還可從礦坑水、廢水及海水中提取某些有用組分。

特徵化學選礦的處理對象與物理選礦相同，但化學選礦法的適應性比物理選礦法強，其分選原理及產品形態均與物理選礦不同。化學選礦的分選原理與傳統的冶金過程相似，均利用無機化學、有機化學、物理化學及化工過程的基本原理解決各自的工藝問題。選礦廣泛地用於處理各種難選的黑色金屬、有色金屬、貴金屬和非 金屬礦產資源的開發。

常用工藝

化學浸出-萃取-電積法工藝

浸出-萃取-電積法不僅能在礦山現場從礦石中生產出高質量的陰極礦,而且初期投資和生產成本均較常規的選礦和火法冶煉低,因此,目前該法在北美和南美國家得到迅速普及。在國內,採用常規浮選法的大規模礦山為提高成本競爭力,最近也開始部分或全部採用溶劑萃取-電積法。

下面以銅為例，就銅礦石溶浸技術與銅的有機萃取的發展兩個方面作簡要評述。

銅的酸浸出

從廢銅礦、貧銅礦、氧化礦或浮選尾礦等物料中溶浸銅是目前銅溶浸處理的主要對象。針對銅礦峪銅礦難采難選低品位氧化銅礦石和自然崩落法採礦塌陷區含銅廢石,採用地下溶浸工藝對銅資源進行回收,生產出了高質量陰極銅，於此類似，煙臺鑫海公司礦山設計院用全泥氰化炭漿工藝回收金，得到較高的品位和回收率，受到業界好評。

銅的萃取劑

用溶劑萃取-電積法(SX-EW)生產銅,是有色金屬工業套用溶劑萃取技術最成功的例子之一。由於近幾年來高效萃取劑的發展,萃取容量增加、速度提高及反萃效率的改善,萃取及反萃作業的段數已減少為逆流萃取二段、反萃一段,從反萃作業得到的有機萃液可直接返回萃取作業,而富銅電解液中混入的有機萃取劑可用浮選法僅添加起泡劑就可回收,因此萃取劑的消耗量可以減少。

稀有金屬的化學選礦

稀有金屬的化學選礦主要包括鎢、鉬、鉭、鈮、稀土等的化學選礦,其中以稀土的化學選礦引人矚目。

風化殼淋積型稀土礦,是我國特有的離子吸附型稀土礦產資源,廣泛分布於我國南方等省區,由於此類礦石採用常規的物理選礦方法無法使稀土富集為相應的稀土礦物精礦,化學浸取技術便成為提取此類稀土礦物的唯一技術。經過多年的研究,我國在此類礦種的開發研究方面取得了極大的進展,尤其是離子型稀土礦原地浸礦新工藝的出現,解決了稀土礦原採用的池浸工藝存在的水土流失、環境污染、資源利用率低等問題,為稀土礦山開發開創了嶄新的局面。對此,文獻綜述了該類稀土礦床的類型與特徵和目前採用的各種開採方法與提取工藝,並重點闡述了用原地溶浸法開採離子吸附型稀土礦的浸析機理和開採過程中採用的主要技術措施。另外,文獻還指出風化殼淋積型稀土的化學提取技術的發展方向主要是原地浸礦工藝的完善、稀土母液中稀土離子的沉澱率的提高及沉澱過程中稀土晶體顆粒尺寸的控制等幾個方面。

為了提高風化殼淋積型稀土礦浸出時的浸出效率,減少浸出劑用量,縮短浸出時間,水系磁化強化浸出風化殼淋積型稀土礦的新技術能在浸出過程中,採用磁場強化浸出,不僅可以提高浸出率,而且(NH4)2SO4的淋洗濃度還可適當降低,即可降低浸取劑的用量,每噸原礦可減少用量10%~15%,浸取時間也可縮短2h左右,在實際生產中相應提高了礦山的處理能力。將磁處理技術套用於此沉澱過程可提高草酸稀土的純度,減少草酸的消耗量,從而為降低離子型稀土礦山的生產成本,增加稀土的有效回收提供了一種新工藝。

特徵

但化學選礦處理的一般為有用組分含量低、雜質組分和有害組分含量高、組成複雜的難選礦物原料。冶金過程處理的原料為選礦產出的精礦，其有用組分含量高、 雜質和有害組分含量較低，組成較簡單。因此，選擇具體工藝時，化學選礦常採用不同於冶金過程常用工藝的方法，處理價值較低的礦物原料才能獲得一定的經濟效益。化學選礦過程只產出化學精礦，冶金過程則產出適於用戶使用的金屬。化學選礦屬於物理選礦和傳統冶金之間的過渡性學科，是組成現代礦物工程學的主要部分之一，屬於選礦的範疇。1960年國際選礦會議將化學選礦與破碎、篩分、重選、電選、磁選、浮選等並列；法國於1977年將化學選礦定名為濕法化學選礦；化學選礦過程通常涉及礦物的化學熱處理、水溶液化學處理和電化學處理等各種作業。其原則流程一般包括原料準備、礦物原料焙燒、礦物浸出、 固液分離、浸出液處理等5個主要作業。但一個具體的化學選礦過程並不一定包括上述全部作業，如有時採用炭漿法、炭浸法、樹脂礦漿法、礦漿直接電積法或物理選礦法從浸出礦漿中提取有用組分，即可省去固液分離和淨化作業，將浸出、淨化和製取化學精礦等作業結合在一起進行。

原料準備包括原料的破碎、篩分、磨礦、分級、配料混勻等作業。目的是將原料碎磨至一定粒度，為後續作業準備細度、濃度合適的礦漿或混合料，以使物料分解更完全。有時需預先用物理選礦法除去某些有害雜質，預先富集有用礦物，使礦物原料與化學藥劑配料、混勻，為後續作業創造較有利的條件。焙燒使有用礦物轉變為易浸或易於物理分選的形態，使部分雜質分解揮發或轉變為難浸的形態，且可改變原料的結構構造，為其進入後續作業作好準備。浸出根據原料性質和工藝要求，使有用組分或雜質組分選擇性地溶於浸出溶劑中，使有用組分與雜質組分分離或使有用組分相互分離。可直接浸出礦物原料，也可浸出焙燒後的焙砂、煙塵等物料。通常只浸出含量少的組分，再用相應方法從浸出液和浸出渣中回收有用組分。 難選礦物原料行化學精礦化學選礦的原則流程圖固液分離採用沉降傾析、過濾和分級的方法處理浸出礦漿，以獲得供後續作業處理的澄清溶液或含少量細礦粒的稀礦漿。此外，固液分離的方法還常用於化學選礦的其他作業，使沉澱懸浮物與溶液分離。 浸出液處理包括浸出液淨化和製取化學精礦兩部分。採用相應方法使有用組分與雜質組分相互分離，淨化富集相應的有用組分，得到有用組分含量較高的淨化液。隨之從淨化液製取化學精礦。一般採用化學沉澱法、金屬呈換法、還原沉澱法、電積法和物理選礦法等從浸出液或淨化液中沉澱析出化學精礦。

套用化學選礦是處理貧、細、雜等難選礦物原料和使未利用礦產資源資源化的有效方法，其分選效率比物理選礦法高。但化學選礦過程需消耗大量的化學藥劑，對設備材質和固液分離等的要求均比物理選礦高。因此，在通常條件下應儘可能採用現有的物理選礦法處理礦物原料，僅在單獨使用物理選礦法無法處理或得不到合理的技術經濟指標時，才考慮採用化學選礦工藝。採用化學選礦工藝時，應儘量採用閉路流程，使藥劑充分再生回收和水循環使用，以降低藥劑消耗和減少環境污染;並應儘可能採用物理選礦和化學選礦的聯合流程，採用多種選礦方法處理礦物原料，以便最經濟地綜合利用礦產資源。

基本流程

焙燒

採用化學選礦的礦石多為貧細雜礦石，依據目的礦物賦存狀態不同，需要考慮焙燒。焙燒是為浸出做準備，有利於目的礦物的析出。（某些元素以類質同象形式存在於礦物中，其析出需要破壞礦物晶格）；焙燒又根據添加劑不同，溫度不同，壓力不同而有各種分類，如：氯化焙燒，鈣化焙燒，高溫焙燒.....

浸出

該步驟使有用元素以離子形式進入浸出液中，為固液分離做準備，根據浸出條件不同，也有類似焙燒的分類。

固液分離

使浸渣與浸出液分離。

浸出液處理

方法（1）：置換沉澱：將目的元素沉澱，得到碳酸鹽或其他易分解鹽類，再次固液分離，烘乾，得到化學精礦。

方法（2）：溶劑萃取：一次或多次萃取，根據萃取液性質，分離出精礦。

區別

重選、浮選、磁選、電選等都是在沒有改變礦物化學組成的情況下進行的。

化學選礦改變礦物化學組成的情況下進行的。化學選礦需要消耗大量的化學試劑。

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主要過程

①原料準備階段→物料分解階段→產品的製取階段

②焙燒→浸出→固液分離→淨液→產品製取

固液分離採用沉降傾析、過濾和分級等方法處理浸出礦漿，以便獲得供後續作業處理的澄清液或固體物料。機械：濃縮機（池）、過（壓）濾機、離心機、水力旋流器。

1.焙燒是在適宜的氣氛和低於物料熔點的溫度條件下，使礦物原料中的目的組分礦物發生物理和化學變化的工藝過程。該過程通常是作為選礦準備作業，以使目的組分轉變為易浸出或易於物理分選的形態。
2.根據焙燒在化學選礦過程中的作用和其主要化學反應性質可分為：還原焙燒；氧化焙燒；氯化焙燒；氯化離析；加鹽焙燒；煅燒。

3.還原焙燒金屬氧化物礦石等在還原劑作用下的焙燒。目的在於將物料還原為較低價的氧化物或金屬，以便於分離和富集，如鎳礦石還原成金屬後利於浸出；貧赤鐵礦還原為磁鐵礦石可以磁選富集。

4.氧化焙燒利用空氣中氧與硫化礦作用，將金屬硫化物在空氣中焙燒成金屬氧化物或硫酸鹽，或將低價氧化物轉變為高價氧化物，有時還可脫去揮發性物質，如砷、銻、硒等。
銅的硫酸化焙燒應該溫度低於650℃，氧化焙燒要高於650℃。氧化焙燒溫度應高於相應硫化物的著火溫度，而硫化物的著火溫度與其粒度有關。實踐中焙燒溫度常常波動於580~850℃，一般不超過900℃

5氯化焙燒：在氯化劑存在的條件下，焙燒礦石、精礦、冶金過程的中間產品，使其中某些金屬氧化物、硫化物轉化為氯化物的過程。
6.煅燒在低於熔點的適當溫度下，加熱物料，使其分解並除去所含結晶水、二氧化碳或三氧化硫等揮發性物質的過程稱為煅燒。

7.（1)迴轉窯(2)多膛焙燒爐(3)沸騰焙燒爐

焦爐煤氣：是指用幾種煙煤配製成煉焦用煤，在煉焦爐中經過高溫乾餾後，在產出焦炭和焦油產品的同時所產生的一種可燃性氣體。

水煤氣：是水蒸氣通過熾熱的焦炭而生成的氣體。（還原效果最好）

混合煤氣：以空氣和水蒸氣的混合氣，連續通入氣化爐，在高溫下進行煤氣化反應製得。（工業最常用）

圖書信息

書名：化學選礦

書號：9787302281207

作者：王洪忠

定價：22元

出版日期：2012年4月

出版社：清華大學出版社

內容簡介

本書從資源加工學發展的角度，介紹了化學選礦的技術原理及其套用。重點論述了礦物原料焙燒和化學浸出過程的原理、方法和典型工藝流程。闡述了資源加工過程化學沉澱、溶劑萃取、離子交換與吸附、膜分離過程、礦物微生物浸出套用的基本原理。

本書可作為大專院校礦物加工工程專業本科生的教材，也可作為冶金、化工等專業相關人員的參考書。

目錄

第1章 概論1

1.1 資源加工學的發展1

1.1.1 傳統選礦學科的形成1

1.1.2 礦物加工學科的形成與發展2

1.1.3 資源加工學科的形成3

1.2 化學選礦及套用4

習題和思考題7

第2章 礦物的焙燒8

2.1 概述8

2.1.1 焙燒過程的分類8

2.1.2 焙燒爐8

2.2 還原焙燒11

2.2.1 鐵礦石直接還原11

2.2.2 含鎳紅土礦的還原焙燒13

2.2.3 難選氧化銅礦的還原焙燒15

2.2.4 金屬硫化礦的石灰強化還原16

2.3 氧化焙燒與硫酸化焙燒17

2.4 氯化焙燒19

2.5 鈉鹽燒結焙燒21

2.6 煅燒21

習題和思考題22

第3章 化學浸出23

3.1 概述23

3.2 常用浸出劑24

3.2.1 酸類浸出劑24

3.2.2 鹼類浸出劑25

3.2.3 鹽類浸出劑25

3.3 浸出原理26

3.3.1 浸出過程熱力學26

3.3.2 浸出化學反應機理27

3.3.3 影響浸出過程的主要因素27

3.4 浸出方法的套用28

3.4.1 酸類浸出28

3.4.2 鹼類浸出33

3.4.3 鹽類浸出36

3.4.4 氯化浸出45

3.4.5 熱壓浸出47

化學選礦目錄 3.5 浸出工藝51

3.5.1 浸出方法51

3.5.2 浸出流程52

3.5.3 浸出過程的衡量53

3.6 固液分離53

3.6.1 重力沉降54

3.6.2 過濾分離55

3.6.3 離心分離56

3.6.4 固液分離流程計算57

習題和思考題61

第4章 化學沉澱62

4.1 概述62

4.2 離子沉澱62

4.2.1 金屬氫氧化物沉澱62

4.2.2 硫化物沉澱64

4.2.3 碳酸鹽沉澱65

4.2.4 草酸鹽沉澱65

4.3 置換沉澱66

4.3.1 置換沉澱原理66

4.3.2 常用的置換沉澱反應66

4.4 電積沉澱67

習題和思考題68

第5章 溶劑萃取69

5.1 概述69

5.2 溶液萃取的基本原理69

5.2.1 溶劑萃取的基本概念69

5.2.2 影響萃取平衡的因素74

5.3 萃取劑、稀釋劑、改質劑76

5.3.1 萃取劑的分類76

5.3.2 稀釋劑的作用與一般要求78

5.3.3 稀釋劑對萃取劑萃取性能的影響79

5.3.4 改質劑的影響79

5.4 萃取方式和過程計算80

5.4.1 單級萃取80

5.4.2 多級錯流萃取81

5.4.3 多級逆流萃取82

習題和思考題83

第6章 離子交換與吸附84

6.1 概述84

6.2 離子交換樹脂84

6.2.1 離子交換樹脂構造與原理84

6.2.2 離子交換樹脂分類及命名86

6.3 離子交換過程的理論基礎88

6.3.1 離子交換平衡88

6.3.2 離子交換選擇性89

6.3.3 離子交換過程和速度90

6.4 活性炭吸附91

6.4.1 活性炭的種類及性質91

6.4.2 活性炭的吸附機理91

6.4.3 炭漿法提金工藝92

習題和思考題93

第7章 膜分離過程94

7.1 概述94

7.2 膜和膜分離過程的分類與特性94

7.2.1 膜的分類94

7.2.2 重要的膜分離過程95

7.2.3 膜的材料96

7.3 膜的基本理論97

7.3.1 膜分離過程的基本傳質形式97

7.3.2 膜分離過程的機理97

習題和思考題98

第8章 礦物微生物浸出99

8.1 概述99

8.2 浸礦微生物100

8.2.1 浸礦微生物的種類、來源及生理生態特性100

8.2.2 浸礦細菌的培養基101

8.2.3 細菌的採集、分離和培養102

8.2.4 細菌生長曲線103

8.2.5 浸礦細菌馴化103

8.2.6 細菌的計量105

8.3 微生物浸出基本原理105

8.3.1 細菌浸出直接作用105

8.3.2 細菌浸出間接作用107

8.3.3 細菌浸出複合作用107

8.3.4 電位-pH圖108

8.4 細菌浸出影響因素和浸出動力學108

8.4.1 細菌浸出過程的影響因素109

8.4.2 細菌浸出動力學115

習題和思考題117

參考文獻118