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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。

1概述

化學選礦
chemical mineral processing
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應用。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。

2常用工藝

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,是中國特有的離子吸附型稀土礦產資源,廣泛分佈於中國南方等省區,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,中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。將磁處理技術應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。

3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凈化作業,將浸出、凈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,也可浸出焙燒后的焙砂、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凈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,凈化富集相應的有用組分,得到有用組分含量較高的凈化液。隨之從凈化液製取化學精礦。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凈化液中沉澱析出化學精礦。
應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,應盡量採用閉路流程,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。

4化學選礦基本流程

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。
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。

5圖書信息

書名:化學選礦
書號:9787302281207
作者:王洪忠
化學選礦
定價:22元
出版日期:2012年4月
出版社:清華大學出版社

6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應用。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、礦物微生物浸出應用的基本原理。
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。

7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 化學選礦及應用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 浸出方法的應用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
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