非金属矿的提纯

1、第四章、非金属矿的选矿与第四章、非金属矿的选矿与提纯提纯东北大学矿物工程研究所东北大学矿物工程研究所一、概一、概 述述v 非金属矿资源中只有少数矿产的富矿体采出的矿石可直接进行工业应用，绝大多数的矿石不能满足工业应用的要求，必须要经过选矿和提纯。非金属矿的选矿和提纯主要表现在：v 1）将矿石有用矿物与脉石矿物分离，富集有用矿物；v 2）除去矿物中的有害杂质；v 3）尽可能的回收伴生有用矿物，充分而经济合理地综合利用矿产资源。v 目前非金属矿选矿提纯常用的方法有：浮选法、重选法、电选法、化学选矿法、摩擦选矿法、光电拣选法等。v 同金属矿相比较，主要是利用矿物的物理及表面性质，非金属矿提纯有如下特

2、点：v 1）非金属选矿目的通常是为了获得具有某些物理化学性质特性产品，而不仅仅是为了获得矿物中某一种或几种有用元素；v 2）非金属矿选矿应近可能保持有用矿物的晶体结构，以免影响他的工业用途和使用价值。v 3）非金属矿选矿指标的计算一般以有用矿物的含量为依据，多以氧化物的形式表示其矿石品位及有用矿物回收率；v 4）非金属矿选矿和提纯不仅仅是富集有用矿物和除去有害杂质，同时也粉磨分级出不同规格的系列产品。二、非金属矿的选矿v4.2.14.2.1拣选拣选v 拣选是利用矿石的表面特征、光性、电性、磁性、放射性及矿石对射线的吸收和反射等物理特性，使有用矿物和脉石矿物分离的方法。v 人工拣选人工拣选 外观

3、（颜色、光泽、形状等），长纤维石棉、片状云母、煤系高岭石等v 机械拣选机械拣选 根据矿石外观特征及矿石受可见光、X射线、射线照射后反应的差异或矿石的天然辐射的差别，借助仪器实现矿石和脉石分离的选矿方法。v 放射线拣选 -射线（铀、钍）v射线吸收拣选射线吸收拣选- X- X射线、射线、射线、中子吸收方法射线、中子吸收方法v 发光性拣选- X射线、射线、紫外线（金刚石、萤石、石棉矿等）v 光电拣选（表面光性拣选）-可见光、X光，矿物反射、折射、透射能力差异（石膏、滑石、石棉、大理石、石灰石）；v 电磁性拣选-无线电波，（金属硫化矿和氧化矿） 辐射选矿原理：辐射选矿原理： 当当X射线辐射照射到矿石上

4、时，射线辐射照射到矿石上时，X射线与矿石中的各种原子发生作用，产生射线与矿石中的各种原子发生作用，产生吸收、散射或反射现象，从而根据不同矿物和元素物理现象的差异而进行分选吸收、散射或反射现象，从而根据不同矿物和元素物理现象的差异而进行分选的技术。的技术。 辐射选矿的主要用途：辐射选矿的主要用途： 从废弃尾矿中选出初级有用矿物；从废弃尾矿中选出初级有用矿物； 低品位表外矿的预选低品位表外矿的预选 废渣中获得块状有用精矿废渣中获得块状有用精矿 检测废矿堆中金属的大致含量检测废矿堆中金属的大致含量 X射线辐射分选机（射线辐射分选机（PPC） 由俄罗斯由俄罗斯乌拉尔国力矿山大学和乌拉尔国力矿山大学和R

5、ados公司研制的公司研制的X射线辐射分选射线辐射分选机，机，可广泛应用于金属、非金属矿和其它稀有矿石的预选中可广泛应用于金属、非金属矿和其它稀有矿石的预选中，矿石的，矿石的处理粒度：处理粒度：20300mm，特别是对日趋贫化的原矿经一段粗碎后特别是对日趋贫化的原矿经一段粗碎后，通通过过X射线分选机的选别射线分选机的选别，可提前丢弃可提前丢弃30%40%的尾矿的尾矿，从而提高原从而提高原矿品位矿品位，减少入磨废石减少入磨废石，降低选矿成本降低选矿成本，可大幅度提高选矿厂综合经可大幅度提高选矿厂综合经济效益济效益，是实现选厂节能减排的关键设备，是实现选厂节能减排的关键设备。 影响影响X射线辐射选

6、矿分选效率的主要因素：射线辐射选矿分选效率的主要因素： 高灵敏度的测量系统；高灵敏度的测量系统； X射线能谱的高信息性；射线能谱的高信息性； 矿石分离制度矿石分离制度 矿石的粒度矿石的粒度 设备工作原理：设备工作原理： X射线辐射分选步骤：射线辐射分选步骤：1）将矿石筛分后粗粒级输送到）将矿石筛分后粗粒级输送到X射线辐射分选机的给料仓；射线辐射分选机的给料仓；2）振动式给料机再将物料送到筛分机，筛上物料连续定量地输送到储料机，储料）振动式给料机再将物料送到筛分机，筛上物料连续定量地输送到储料机，储料机下设几个溜槽，矿石沿溜槽排队下滑；机下设几个溜槽，矿石沿溜槽排队下滑；3）下滑的块矿到）下滑的

7、块矿到X射线辐射分选机的检测区，受到射线辐射分选机的检测区，受到X射线辐射扫描；射线辐射扫描；4）矿石被幅射的信号经过计算机处理，确定分选指标的参数和预计临界回收率；）矿石被幅射的信号经过计算机处理，确定分选指标的参数和预计临界回收率；5）分选机的测量控制系统根据料块组分含量的高低输出控制信号以启动执行机构；）分选机的测量控制系统根据料块组分含量的高低输出控制信号以启动执行机构；6）电磁执行机构启动，改变料块的下落轨道，实现分选。）电磁执行机构启动，改变料块的下落轨道，实现分选。 根据改变待分选元素的分离界限值，可以控制根据改变待分选元素的分离界限值，可以控制X射线分选产品的质量和回收率。射线

8、分选产品的质量和回收率。X射线分选机不同种类矿石的试验结果 矿石类型矿石类型粒度粒度 /mm产品名称产品名称产率产率 /%品位品位 /g/t或或%回收率回收率 /%含金矿石含金矿石-60+25精矿精矿尾矿尾矿原矿原矿20.5079.50100.004.800.221.1684.9015.10100.00含钼矿石含钼矿石-50+25精矿精矿尾矿尾矿原矿原矿59.4040.60100.000.1250.0180.08291.009.00100.00含铜锌矿石含铜锌矿石-50+25精矿精矿尾矿尾矿原矿原矿76.8023.20100.00Cu Zn1.98 1.620.12 0.211.55 1.29

9、Cu Zn98.20 96.20 1.80 3.80100.0 100.0含锡矿石含锡矿石-50+25精矿精矿尾矿尾矿原矿原矿22.8077.20100.000.370.040.1271.5028.50100.00辽宁朝阳新华钼矿低品位钼矿石的分选结果辽宁朝阳新华钼矿低品位钼矿石的分选结果粒度mm名称重量Kg产率%品位%回收率%富集比20-40精矿12.618.20.25047.92.63尾矿56.581.80.06052.1原矿69.1100.00.095100.040-60精矿16.2516.250.25862.63.85尾矿83.7583.750.0337.4原矿100.0100.00.

10、067100.060-100精矿14.014.00.55084.66.04尾矿86.086.00.01615.4原矿100.0100.00.091100.0100-150精矿15.515.50.14261.13.94尾矿84.584.50.01738.9原矿100.0100.00.036100.020150精矿13.914.90.24854.33.65尾矿79.685.10.03645.7原矿93.5100.00.068100.04.2.24.2.2其他常规选矿方法其他常规选矿方法v 重力分选v 浮选v 磁选v 电选v 一些特殊用途的非金属矿，采用常规方法难以达到要求，必须进行超纯处理，原子反

11、应堆中 采用的石墨要求纯度达到99.90%。高级玻璃要求二氧化硅中的铁仅几十个ppm。硅基太阳能电池要求高纯度的石英。三、非金属矿化学提纯方法三、非金属矿化学提纯方法v化学提纯：利用不同矿物化学性质的差异，采用化学或化学与物理分离方法结合来实现矿物的分离和提纯的方法。主要应用到一些纯度要求很高，且机械物理选矿方法难以达到纯度要求的高附加值矿物的提纯。v3.1 矿物的酸、碱、盐处理v非金属矿在相应的酸、碱、盐处理药剂作用下，把可溶性矿物组分浸出，使之与不溶的矿物组分分离的过程。该过程是通过化学反应来完成的，对不同的矿物和杂质采用不同的药剂制度。方法方法常用浸出剂常用浸出剂矿物原料矿物原料目的及应

12、用范围目的及应用范围碱法碱法氢氧化钠氢氧化钠金刚石、石墨金刚石、石墨提纯；浸出硅酸盐等碱提纯；浸出硅酸盐等碱土金属矿物土金属矿物氨水氨水粘土、氧化、硫化矿粘土、氧化、硫化矿改性：含碱性矿石改性：含碱性矿石酸法酸法硫酸、盐酸硫酸、盐酸石墨、金刚石、石英石墨、金刚石、石英提纯；含酸性脉石矿物提纯；含酸性脉石矿物硫酸、盐酸硫酸、盐酸膨润土、酸性白土、膨润土、酸性白土、高岭土、硅藻土等高岭土、硅藻土等活化改性；阳离子浸出活化改性；阳离子浸出改性改性硝酸、氢氟酸、硫硝酸、氢氟酸、硫酸、王水酸、王水石英砂（硅石、水晶）石英砂（硅石、水晶）提纯；含酸性脉石矿物提纯；含酸性脉石矿物氢氟酸氢氟酸石英石英提纯；高

13、纯度提纯；高纯度SiO2制备制备过氧化物、次氯酸过氧化物、次氯酸高岭土、伊利石及其高岭土、伊利石及其他填料涂料矿物他填料涂料矿物氧化漂白；硅酸盐矿物氧化漂白；硅酸盐矿物盐浸盐浸碳酸钠、硫酸钠、碳酸钠、硫酸钠、硫化钠、草酸钠等硫化钠、草酸钠等膨润土、沸石膨润土、沸石离子交换改性离子交换改性3.1.1碱法处理碱法处理v 氢氧化钠处理工艺是目前国内应用最多，也是较成熟的氢氧化钠处理工艺是目前国内应用最多，也是较成熟的提出方法，主要应用于除去石墨、金刚石等非盐类矿物提出方法，主要应用于除去石墨、金刚石等非盐类矿物中硅酸盐、碳酸盐（碱金属与碱土金属矿物中硅酸盐、碳酸盐（碱金属与碱土金属矿物)。v 石墨经

14、过浮选后，精矿中的杂质主要是极细粒浸染在石石墨经过浮选后，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和钾、钠、钙、铁、镁、铝墨鳞片中的部分硅酸盐矿物和钾、钠、钙、铁、镁、铝等的化合物。石墨精矿中除去这些杂质的最常用和最成等的化合物。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熟的办法是采用“碱熔水浸酸浸碱熔水浸酸浸”的处理方法的处理方法石墨碱熔提纯的原理石墨碱熔提纯的原理v氢氧化钠高温熔融法是利用石墨中的杂质，在500以上的高温下，与氢氧化钠反应，一部分生成溶于水的反应产物，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。

15、石墨碱熔提纯的化学反应石墨碱熔提纯的化学反应OHSiONaNaOHSiO2322233)(3OHFeOHFe33)(3OHAlOHAl22)(2OHCaOHCa22)(2OHMgOHMg碱熔产品的酸洗碱熔产品的酸洗323222SiOHNaClHClSiONaOHFeClHClOHFe23333)(OHAlClHClOHAl23333)(OHCaClHClOHCa22222)(OHMgClHClOHMg22222)(石墨碱熔提纯工艺流程石墨碱熔提纯工艺流程工艺条件及提纯效果工艺条件及提纯效果v原料采用经过筛分分级后的原料采用经过筛分分级后的-100+200-100+200目石墨浮选精矿。目石墨浮

16、选精矿。配料时，先将固体氢氧化钠配成配料时，先将固体氢氧化钠配成50%50%的溶液，再与石墨的溶液，再与石墨按重量比按重量比1 1：0.80.8的比例混合，搅拌均匀后进入熔融作业。的比例混合，搅拌均匀后进入熔融作业。在在500500高温下熔融高温下熔融1 1小时，然后冷却至小时，然后冷却至100100以下，加水以下，加水浸取浸取1 1小时，然后进入洗涤作业，经过洗涤后，再加入盐小时，然后进入洗涤作业，经过洗涤后，再加入盐酸进行酸浸。盐酸加入量约为石墨的酸进行酸浸。盐酸加入量约为石墨的30-40%30-40%。酸浸后用。酸浸后用清水洗涤至中性。再经固液分离、干燥得到高碳石墨产清水洗涤至中性。再经

17、固液分离、干燥得到高碳石墨产品。采用这种工艺可将品位大于品。采用这种工艺可将品位大于82%82%的石墨精矿，提高的石墨精矿，提高到到98-99%98-99%。v实际上，SiO2与NaOH反应生成的Na2SiO3可溶于水，在随后的水浸中，大部分被除去。另外，碱熔过程中，除了生成Na2SiO3，还可能有NaAl(OH)4生成，它也可溶于水，在水浸中被除去。v该方法属高温强碱熔融反应，只适合处理石墨、金刚石等化学性质非常稳定的有用矿物。3.1.2盐法处理盐法处理v 碳酸钠溶液对矿物原料的分解能力较弱，但具有较高的选择性，且对设备腐蚀较小，所以对碳酸盐矿物含量高的矿物原料仍为有效的金属离子浸出剂，常用

18、于粘土矿物的阳离子交换。v 氧化硅，氧化铁和氧化铝等在碳酸钠溶液中很稳定。仅少量硅呈硅酸，铁呈不稳定的络合物，铝呈铝酸钠形态存在，碳酸盐不溶解碳酸盐矿物，但氧化钙和氧化镁等则易被碳酸盐分解，反应为：vCaO+Na2CO3+H2O=CaCO3+2NaOHv MgO+Na2CO3+H2O=MgCO3+2NaOHv 碳酸钠有时和氢氧化钠配合使用，除去金属离子效果更好，如，硅砂除铁，在碳酸钠中加入40%-50%浓度的氢氧化钠，加热100-110搅拌处理4-5h，经清洗、脱水后Fe2O3含量从0.7%降至0.015%-0.025%。碳酸钠还可浸出矿石中的磷、钒、钼、砷等氧化物，成为可溶性钠盐。v P2O

19、5+3Na2CO3=2Na3PO4+3CO2v V2O5+Na2CO3=2NaVO4+CO2v 硫化钠溶锑液可以分解砷、锑、锡、汞等硫化矿物，使他们生成相应的可溶性硫化酸盐而转入浸出液中。v As2S3+3Na2S=2Na3AsS3v Sb2S3+3Na2S=2Na3SbS3v SnS2+Na2S=Na2SnS3v HgS2+Na2S=Na2HgS3v 为防止硫化钠水解，一般采用硫化钠和氢氧化钠溶液混合作为浸出试剂。 v此外，氯化钠、氯化铵亦可作为浸出剂脱除矿物中的金属杂质，如硅砂除铁时加入0.1%-5%的氯化铵溶液后加热至氯化铵分解温度。加入氯化钠时，将石英砂放入其中浸泡，而后将砂在高温炉上

20、煅烧，使砂中的铁以FeCl3的形式逸出，温度为650，可将Fe2O3含量从0.04%降至0.02%。3.1.3酸法处理酸法处理v 硫酸处理硫酸处理v 浓硫酸为强氧化剂，在加热时几乎能氧化一切金属，且不释放氢，因氧化的发生是借助于未解离的硫酸分子，可将大多数金属硫化物氧化为硫酸盐： MS+2H2SO4=MSO4+SO2+S+2H2O 式中：MS为金属硫化物v 用水浸出上述硫酸盐，铜、铁等可溶入溶液，而铅、银、金、锑则留在固态渣中。在200-250时，热浓硫酸可以溶解某些稀有元素矿物，如，磷铈镧矿、独居石、钛铁矿等。v 浓硫酸还有强烈的吸水作用，用它来处理粘土矿物可做吸水干燥剂。许多有机物，尤其是

21、碳水化合物，一旦与浓硫酸接触，会因其吸水性而发生碳化作用。浓硫酸处理粘土矿物一般采用常压，100-105加热条件下进行。v 随着金属活动性能的不同，硫酸分子可以被还原成SO2，H2S或游离硫，一般被还原成SO2,如： Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2+2H2O Zn+2H2SO4=ZnSO4+SO2+2H2O 故对一些较难溶的金属如Cu、Zn等亦可被溶解 采用硅藻土可制采用硅藻土可制备高纯活性的二备高纯活性的二氧化硅（氧化硅（SiO2不不小于小于94%）。）。采用硫酸浸出处理硅藻土制备高纯SiO2的工艺为：稀稀 释释 酸处理酸处理过过 滤滤试试 样样洗洗 涤涤干干 燥燥产产 品品酸酸+水

22、水+热热水水v盐酸处理盐酸处理v 盐酸为盐酸为HCl的水溶液，强酸之一。浓盐酸含的水溶液，强酸之一。浓盐酸含HCl约为约为37%，密度，密度1.18g/cm3，在水中可离解成离子：，在水中可离解成离子： HCl=H+Cl-v 盐酸可与多种金属化合物反应，生产可溶性金属氯化盐酸可与多种金属化合物反应，生产可溶性金属氯化物，起反应能力强于稀硫酸，可浸出某些硫酸无法浸物，起反应能力强于稀硫酸，可浸出某些硫酸无法浸出的含氧酸盐类矿物。同硫酸一样在矿物加工工业中出的含氧酸盐类矿物。同硫酸一样在矿物加工工业中大量应用，其缺点是设备防腐蚀要求较高。大量应用，其缺点是设备防腐蚀要求较高。v 作为玻璃生产主要原

23、料的石英砂中，最有害的杂质是各种含铁物质。包括含铁粘土、黑云母、磁铁矿、赤包括含铁粘土、黑云母、磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、针铁矿、钛铁矿以及石英表面的氢氧铁矿、褐铁矿、针铁矿、钛铁矿以及石英表面的氢氧化铁薄膜等。化铁薄膜等。独立矿物（结晶粒度合适），可以采用选矿的方法除掉，但氧化膜和裂隙内的铁染杂质则难以除去。对于一些光学玻璃、仪器玻璃及某些特殊玻璃，石英砂中SiO2的含量要达99.9099.99%，含铁量低达0.01%-0.02%，甚至更低，需要采用酸浸的方法进行处理。v 石英砂的除铁提纯常采用盐酸法，用含18%的的盐酸溶液，用量5%，处理石英砂，加热至50-80，作用2-3h，可将Fe2O3

24、含量降至0.015%。 如果在酸浸过程中加入绿矾（FeSO47H2O），亚硫酸盐等，将三价铁还原为二价铁，其在溶液中的溶解度将会增大，更有利于杂质的浸出。 也常采用与其他酸联合使用，将浓度为1%-10%的盐酸溶液和浓度为1%-10%的氟硅酸（H2SiF6）一起加入到含石英砂固体20%-80%的料浆中,或用盐酸处理后再采用氟硅酸处理,在75至溶液沸点之间的温度下处理2-3h,滤出溶液清洗去酸，可将石英砂中Fe2O3含量从0.059%降至0.0005%-0.0002%。 OHFeClHClOHFe23333)(OHFeClHClOFe2332326v氢氟酸处理氢氟酸处理 氢氟酸为无色液体，沸点为1

25、9.4。蒸汽有刺激臭味、极毒、价格较贵。在水中可离解成离子。 HF=H+F- 较浓的溶液中氢氟酸发生聚合生成H2F2，离解式为： H2F2=H+HF2-v 氢氟酸的特点是能溶解SiO2和硅酸盐，生成气态SiF4,故也常用于制备高纯SiO2或除去SiO2的杂质等。v 金属氟化物常形成各种酸式盐，如KHF2、KH3F4;Al3+、Cr3+、Fe3+、Hg3+、Bi3+、Sn2+、Sn4+的氟化物溶于水；Zn2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+、Co2+、Pb2+ 、Cu2+及碱土金属的氟化物难溶于水。v 从矿物中浸出金属离子一般不用氢氟酸，在浸出硅石中金属杂质时，对某些包裹细密的杂质矿物，使用少量低

26、浓度的HF有助于SiO2部分溶解，以使杂质金属离子较易被其他药剂浸出，如采用0.02%-0.1%的稀氢氟酸和0.02%-0.2%的连二亚硫酸钠，在常温下搅拌处理石英可将其Fe2O3含量从0.15%降至0.028%。v Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O Fe（OH)3+3H+=Fe3+3H2O Fe3+6F-=FeF63-v SiO2 +4HF=SiF4 +2H2Ov SiF4 +2HF=H2SiF6 采用氢氟酸处理石英中的铁染杂质时，生成的FeF63-是很稳定的络合物，氟硅酸在水溶液内也很稳定，是一种与硫酸相仿的强酸，由于石英表面有一层深度的溶解，这对于清洁石英表面、消除铁质及其它杂质的

27、污染更有效。除杂效果最好，但环境污染问题十分严重。 借助于HF能溶SiO2的和硅酸盐的特点进行石墨HF提纯，除去其少量的硅酸盐矿物，过程为;将石墨和水按一定比例混合，根据石墨的灰分大小，加入氢氟酸，通入蒸汽加热，在特制的反应容器内浸取若干小时，反应式为v SiO2 +4HF=SiF4 +2H2O CaSiO3 +6HF=SiF4 +CaF2+3H2O 反应完成后，用氢氧化钠溶液中和，经洗涤，脱水，烘干，即可除去其硅酸盐矿物杂质，获得纯度达99%以上的石墨产品。 采用HF处理硅石制备超纯SiO2 ,其过程如下：用浓HF处理浸出高品位石英砂（ SiO2 含量大于99.90%），使SiO2 溶解并产

28、生四氟化硅气体： SiO2 +4HF=SiF4 +2H2O 原有的杂质留在SiO2和HF溶液中，反应产生SiF4的经收集，水解，使气体和水作用，发生下列反应： 3SiF4 +2H2O=2H2SiF6 + SiO2 将水解产物经过沉积重新回收SiO2 ，可得纯净为99.999%的SiO2。v加入草酸，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，生成稳定的草酸铁络合物。 OHOCFeOHFeOCH23342234226)()(23v 用酸溶液(盐酸、硫酸、草酸等)处理高岭土，使其中不溶化合物转变为可溶化合物，而与高岭土分离。用盐酸处理高岭土需在90100下持续三小时，一份

29、高岭土需配一份5%的盐酸溶液，处理过后用水冲洗，直至水中无铁的痕迹。一般为了使杂质充分溶解，可同时加入氧化剂(过氧化氢等)或还原剂(氯化亚锡、盐酸羟胺等)。酸溶漂白的效果与铁矿物的赋存状态、酸的用量、反应温度等有关，呈浸染状赋存于高岭土表面的赤铁矿易溶于盐酸而被除去，含钛矿物的高岭土很难用此法除去杂物而提高白度。采用酸浸法提纯高岭土：v 用硫酸处理高岭土，需在一定压力下持续2-3h，采用8-10%H2SO4溶液且须过量，处理后洗去Fe和剩余酸，用这种方法可除去高岭土中约90%的Fe2O3。采用比例为1:2的浓硫酸和硫酸铵的混合液在100下处理高岭土持续2h，过滤悬浮液并用硫酸清洗，钛、铁杂质都

30、可清除。用0.10.5%的草酸或草酸钠的热溶液，可使赋存于磨细的高岭土颗粒表面的铁钛化合物溶解而除去。v影响酸碱提纯效果的主要因素影响酸碱提纯效果的主要因素v矿物的酸碱处理是在固液界面进行的多相化学反应过程，分三个阶段：浸出剂向矿粒表面及缝隙中扩散；试剂被矿物表面吸附并进行化学反应；在颗粒表面生产的反应产物溶解并向溶液内部扩散。整个浸出过程主要包括扩散-和吸附-化学反应两大步。v影响因素：v1）原矿性质（矿物组成、渗透性、孔隙度）v2）操作因素（矿物粒度、浸出浓度、浸出时间、浸出温度、浸出压力等等） 浸出设备浸出设备v 1）渗滤浸出用渗滤浸出槽浸出设备浸出设备v 2）常压搅拌浸出设备（机械搅拌

31、浸出槽）浸出设备浸出设备v 3）有压浸出设备（哨式空气搅拌加压釜）3.23.2矿物的漂白矿物的漂白 作为填料或者颜料在工业中应用的非金属矿物粉体材料，常常又白度的要求，在一定条件下，白度越高应用范围越大、附加值越高。而单纯依靠矿物本身的白度来获得高质量、高白度的矿物填料，带有很大的局限性，为此需对矿物进行增白处理，较常用的矿物化学漂白。 高岭土作为陶瓷、造纸原料时，对白度要求较高，天然矿物白度不能满足要求时，需要采用漂白的方法提高白度。采用酸洗的方法可以将一些染色杂质除掉，但酸的强度过高会溶解高岭土中的Al2O3，造成晶格结构的变化。为此出现了漂白工艺，国内对废金属矿物粉体材料进行漂白多集中在

32、高岭土矿种上且已有工业规模的生产应用。离子Ti4+V2+V3+Cr3+Mn2+Mn3+Mn4+颜色褐红绿黄红红绿玫瑰黑矿物石榴石 钒云母 钒铅矿刚玉钙铬石 菱锰矿 红帘石 软锰矿离子Fe2+Fe3+Co2+Cu2+Cu3+Ni2+(VO2)2+颜色绿褐红玫瑰蓝绿绿黄矿物绿泥石 褐铁矿 赤铁矿钴华蓝铜矿 孔雀石镍华铀云母 影响高岭土等矿物白度的主要因素是矿物本身的染色杂质矿物，如铁、钛、硫化矿和有机杂质。为此，矿物漂白前，首先需要了解矿石中染色杂质的特征、含量及赋存状态。根据其染色杂质不同采用不同的漂白方式。如以铁矿物为主的染色杂质要用还原漂白，以有机染色杂质为主，则采用氧化漂白比较好。下表列出

33、各种染色离子的颜色特征。v3.2.1、着色漂白、着色漂白v 着色漂白是指在高岭土中加入适量的白色药剂，经过充分搅拌后，白色药剂覆盖在高岭土表面，从而大大提高高岭土的白度。着色漂白所使用的药剂有：TiO2、CaSO42H2O、CaCO3、CaSiO3及Al(OH)3等。v3.2.1、着色漂白、着色漂白v 漂白专家在这项工艺研究上有突破性的进展，目前正致力于工业应用试验。其研究结果表明：以TiO2作覆盖剂漂白效果最佳，Al(OH)3最差。但TiO2价格昂贵，所以建议使用价格低廉的CaSO42H2O或CaSiO3，也可以采用其它药剂通过它们之间反应而得到上述药剂，然后再进行搅拌漂白。v 例如可以采用

34、Ca(OH)2 和Al2SO4318H2O，二者反应后生成CaSO42H2O和Al(OH)3，这两种物质均为白色。反应式如下：v 3Ca(OH)2+Al2SO4318H2Ov =3CaSO42H2O+2Al(OH)3+12H2Ov 这项工艺中值得注意的是白色药剂的细度及所用的搅拌设备，药剂的细度不足或搅拌速度不当都会降低漂白效果。v3.2.23.2.2、化学漂白原理及方法、化学漂白原理及方法v 对于一些牢固覆盖在高岭土颗粒表面的氧化铁，采用磁选、浮选方法是很难将其去掉的，这就必须采用化学漂白进行处理。化学漂白法就是采用化学方法溶出铁、钛等着色杂质再漂洗出去。常用的具体方法有：氧化法、还原法等。

35、v ()还原法漂白原理及过程还原法漂白原理及过程 v 该法的实质就是使高岭土中难溶性的Fe3+还原成可溶性的Fe2+，而后洗涤除去，从而提高高岭土的白度。这是高岭土工业中传统的除铁方法。在漂白前矿浆流入搅拌机搅拌，并要加入絮凝剂絮凝后，再进行漂白。v 还原漂白在工业上应用较多，常用的连二亚硫酸钠(Na2S2O4又称保险粉)做还原剂，由粉碎还原亚硫酸法制取，过去曾用亚硫酸锌，但因锌对鱼类有污染，故被保险粉代替。v保险粉“不保险”v 易燃性：遇水和酸剧烈反应v2Na2S2O4+2H2O+O2=4NaHSO3 v4NaHSO3+O2=2Na2SO4 +2H2O+2SO2vNa2S2O4+2H2O+O

36、22NaHSO4+H2v3Na2S2O4+6HCl=H2S+2H2O+5SO2+6NaCl v自燃性v毒性v 保险粉有很强的还原性，广泛用于纺织工业的还原性染色、还保险粉有很强的还原性，广泛用于纺织工业的还原性染色、还原清洗、印花和脱色及漂白，由于它不含重金属，经漂白后的原清洗、印花和脱色及漂白，由于它不含重金属，经漂白后的织物色泽鲜艳，不易退色。还可以用于食物漂白，诸如明胶、织物色泽鲜艳，不易退色。还可以用于食物漂白，诸如明胶、蔗糖、蜜等。蔗糖、蜜等。 连二硫酸钠是一种强还原剂，在还原漂白中，连二硫酸钠被氧化生成硫酸盐，如：S2O42-+H2O=2HSO4- +2H+2e 还原漂白多在酸性介

37、质中进行，常以调节酸度，即硫酸和连二硫酸钠共同作用进行漂白。 Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O Fe2（SO4）3+Na2S2O4=Na2SO4+2FeSO4+2SO2上式合并：v Fe2O3+Na2S2O4+3H2SO4=Na2SO4+2FeSO4+3H2O+2SO2 在上述反应中，如果有氧存在，则FeSO4又被重新氧化的可能，FeSO4 +2H2SO4+0.5O2=Fe2（SO4）3+H2O影响连二亚硫酸钠还原漂白效果的因素影响连二亚硫酸钠还原漂白效果的因素v 酸度的影响：一般控制pH=46 pH值越高，保险粉的还原能力越强。 pH升高，三价铁变得不易被还原，但二价铁

38、变得容易被氧化。 pH值也不能低，否则保险粉稳定性下降，发生下述反应： 3S2O42-+6H+=5SO2+H2S+2H2Ov 保险粉的用量：氧化铁含量越高，保险粉的用量越大，但实际用量远远大于理论计算值。因为保险粉会发生分解、水解。一般处理氧化铁含量在1%以下的高岭土比较经济。通常用量为13公斤/吨。v 温度：温度升高，反应加快。一般反应温度控制在4050，温度升高保险粉的稳定性大大降低。v 浓度的影响：具有良好的流动性。v 反应时间：40分钟120分钟。() 氧化漂白原理及过程氧化漂白原理及过程 高岭土中的杂质为黄铁矿和有机物时，常使矿物呈灰色，这些物质采用酸洗和还原漂白均很难除去。这类矿物

39、可采用氧化漂白法进行处理，其中有机物含量高时则需要进行煅烧。v 氧化漂白是采用强氧化剂，在水介质中将处于还原状态的黄铁矿氧化为可溶性的亚铁，同时将深色的有机质氧化。所用的氧化剂包括次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾、氯气和臭氧等。v FeS2+NaClOFe2+SO42-+Na+ + Cl-v 温度：温度高、反应速度快，但氧化剂分解，消耗大，且污染环境。v pH：5-6时氧化能力强，二价铁稳定，但当pH值较高时，亚铁则可能变成难溶的三价铁、失去其可溶性。 v 影响漂白工艺的主要因素：影响漂白工艺的主要因素：v 矿浆浓度v 漂白剂用量v 介质pH值v 漂白剂的添加次数v 漂白温度v 漂白时间v 添加剂

40、（分散剂、缓冲剂、螯合剂）3.3 矿物的煅烧矿物的煅烧3.3.1 煅烧或热处理的目的煅烧或热处理的目的非金属矿物煅烧或热处理是重要的选矿和加工技非金属矿物煅烧或热处理是重要的选矿和加工技术之一，其主要目的是：术之一，其主要目的是：1）在适宜的气氛和低于矿物原料（金属或非金）在适宜的气氛和低于矿物原料（金属或非金属矿）熔点的温度条件下，使矿物原料中的目属矿）熔点的温度条件下，使矿物原料中的目的矿物发生物理和化学变化。的矿物发生物理和化学变化。 如矿物受热脱除结构水或分解为一种组成简单如矿物受热脱除结构水或分解为一种组成简单的矿物，矿物中的某些组分被气化脱除或者矿的矿物，矿物中的某些组分被气化脱除

41、或者矿物本身发生晶型转变，最终使产品的白度（或物本身发生晶型转变，最终使产品的白度（或亮度）、空隙率、活性等性能提高和优化。亮度）、空隙率、活性等性能提高和优化。 高岭土因煅烧脱除结构（合）水而生成偏高岭高岭土因煅烧脱除结构（合）水而生成偏高岭石、硅铝尖晶石和莫来石；石、硅铝尖晶石和莫来石；石膏矿（二水石膏）经低温煅烧成为半水石膏，石膏矿（二水石膏）经低温煅烧成为半水石膏，高温煅烧则成为无水石膏或硬石膏；高温煅烧则成为无水石膏或硬石膏；凹凸棒石及海泡石煅烧后可排出大量吸附水和凹凸棒石及海泡石煅烧后可排出大量吸附水和结构水，使颗粒内部结晶破坏而变得松弛，比结构水，使颗粒内部结晶破坏而变得松弛，比

42、表面积和孔隙率成倍增加；表面积和孔隙率成倍增加；铝土矿（水和氧化铝）和水镁石（氢氧化镁）铝土矿（水和氧化铝）和水镁石（氢氧化镁）煅烧后脱除结晶水生成氧化铝和氧化镁；煅烧后脱除结晶水生成氧化铝和氧化镁；滑石在滑石在600600以上的温度煅烧，脱除结构水，以上的温度煅烧，脱除结构水，晶格内部重新排列组合，形成偏硅酸盐和活性晶格内部重新排列组合，形成偏硅酸盐和活性二氧化硅。二氧化硅。v2）使碳酸盐矿物（石灰石、白云石、菱镁矿等）使碳酸盐矿物（石灰石、白云石、菱镁矿等）和硫酸盐矿物发生分解，生成氧化物和二氧化碳。和硫酸盐矿物发生分解，生成氧化物和二氧化碳。v3）使硫化物、碳质及有机物氧化。在一些非金属

43、）使硫化物、碳质及有机物氧化。在一些非金属矿物，如硅藻土、煤系高岭岩及其他粘土矿物中常矿物，如硅藻土、煤系高岭岩及其他粘土矿物中常含有一定的碳质、硫化物或有机质，通过在适宜的含有一定的碳质、硫化物或有机质，通过在适宜的温度下煅烧可以除去这些杂质，使矿物的纯度、白温度下煅烧可以除去这些杂质，使矿物的纯度、白度、孔隙率提高度、孔隙率提高。v4）熔融和烧成。熔融是将固体矿物或岩石在熔点条件下转变为液相高温流体；烧成是在远高于矿物热分解温度下进行的高温煅烧，也称重烧。目的是稳定氧化物或硅酸盐矿物的物理状态，变为稳定的固相材料。为了促进变化的进行，有时也使用矿化剂或稳定剂。这个稳定化处理，从现象上看有再

44、结晶作用，使之变为稳定型变体，以及高密度化矿物常压稳定化等。v熔融和烧成常用来制备低共熔化合物，如二硅酸钠、偏硅酸钠、正硅酸钠以及四硅酸钾、偏硅酸钾、二硅酸钾、轻烧镁、重烧镁、铸石以及玻璃、陶瓷和耐火材料等。3.3.2、矿物煅烧原理、矿物煅烧原理v煅烧过程中，矿物组分发生的变化称为煅烧反应。煅烧反应主要是在热发生器（各种煅烧窑炉）中发生于气固界面的多相化学反应，该反应同样遵循热力学和质量作用定律。根据煅烧反应中主要煅烧反应的不同，可将煅烧分为如下几种：v氧化煅烧：于氧化气氛中加热矿物，使炉气中的氧与矿物中某些组分作用或矿物本身在氧化气氛中煅烧。v还原煅烧：在还原气氛中使高价态的金属氧化物还原为

45、低价态的金属氧化物或矿物在还原气氛中进行煅烧。v氯化煅烧。在中性或还原气氛中加热矿物，使其中的有价组分或固态氯化剂（氯化钠或氯化钙）反应生成挥发性气态金属氯化物，并随机沉淀在炉料中的还原剂表面。v磁化煅烧。在弱还原气氛中，使弱磁性赤铁矿煅烧并还原成强磁性的磁铁矿。v高岭土煅烧加工v煅烧是改善高岭土性能的特殊加工方法。造纸涂料工业使用煅烧高岭土可以增加散射力和遮盖率，提高油墨吸咐速度。用于电缆填料可增加电阻率，在合成4A沸石、生产氯化铝、冰晶石工业中，煅烧可以增加高岭土的化学活性。高温煅烧能增加白度，可部分代替价昂的钛白粉。煅烧可生产莫来石。对于煤系高岭岩煅烧是必不可少的工艺，因煅烧能脱除炭质、

46、提高白度。v 高岭石在煅烧过程中随着温度的升高，会产生不同的相变，高岭石在煅烧过程中随着温度的升高，会产生不同的相变，煅烧相变过程的反应式如下：煅烧相变过程的反应式如下：v 550700：Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2(偏高岭偏高岭石石)+2H2Ov 925： 2(Al2O32SiO2) 2Al2O33SiO2(硅尖晶石硅尖晶石)+SiO2 v 1100 ：2Al2O33SiO2 2(Al2O3SiO2)(似莫来石似莫来石)+SiO2v 1400：3(Al2O3SiO2 ) 3Al2O32SiO2(莫来石莫来石)+SiO2 v 从反应式可看出，从反应式可看出，500700之

47、间脱除结晶水，生成偏高岭石，之间脱除结晶水，生成偏高岭石，仍保持片状形态。仍保持片状形态。925后产生硅尖晶石相。后产生硅尖晶石相。1100时产生似时产生似莫来石相。莫来石相。1400产生莫来石。产生莫来石。v 高岭土煅烧温度的选择，视用途而定。高岭土煅烧温度的选择，视用途而定。v 作为电缆填料、化工产品，温度宜选用作为电缆填料、化工产品，温度宜选用700左右。左右。v 生产造纸涂料，宜选择生产造纸涂料，宜选择800900，此时产生的偏高岭石仍保，此时产生的偏高岭石仍保持了片状形态。持了片状形态。v 生产高白度和高亮度的填料，温度可选择生产高白度和高亮度的填料，温度可选择1100左右。左右。v

48、 生产高温结构材料、摩擦材料的莫来石时，温度应大于生产高温结构材料、摩擦材料的莫来石时，温度应大于1400。v 为提高煅烧高岭土的白度，可加入煅烧添加剂。添加剂的品为提高煅烧高岭土的白度，可加入煅烧添加剂。添加剂的品种有多种，要根据矿石的性质，合理选用添加剂。种有多种，要根据矿石的性质，合理选用添加剂。v石墨的高温煅烧提纯v石墨的高温煅烧提纯又称为热力精炼法，其基本原理是利用石墨能耐高温的性质，把石墨置于特别的电炉中隔绝空气加热到2500，石墨的灰分杂质被蒸发出去，从而使石墨的纯度大大提高。纯化炉由耐火砖砌成，两端插入石墨电极，通入45-70伏交流电，电流一般在4000A以上，在2500保温7

49、2小时可达到保温效果。产品纯度可以达到99.9%，如果在纯化炉中通入氯气、氟气，最后通入氮气，纯度可达到99.99-99.999%。1.深度还原相关技术简介深度还原相关技术简介深度还原概念深度还原概念 深度还原是指将不能直接作为高炉原料的复杂难选铁矿石在比磁化焙烧更高的温度和更强的还原气氛下，使铁矿石中的铁矿物还原为金属铁，并使金属铁生长为一定粒度铁颗粒的过程。FeOxFe铁颗粒深度还原深度还原过程过程铁矿物还原-铁颗粒长大示意图赤铁矿晶体结构 海绵铁晶体结构 原料：低品位复杂难选铁矿石；主要反应：FexOy 与 C 、CO及其他脉石矿物的固相反应；产品形态：固体铁颗粒深度还原深度还原原料：T

50、Fe66%SiO2+Al2O33%煤灰分要低；主要反应：FexOy及 C 、CO的还原反；产品形态：液态铁水熔融还原熔融还原直接还原直接还原原料：TFe66%SiO2+Al2O33%煤灰分要低；主要反应：FexOy 与 C 、CO的还原反应产品形态：多微孔结构的固态铁，即海绵铁（DRI）深度还原工艺流程示意图深度还原工艺流程示意图传统工艺流程与深度还原工艺流程对比图深深 度度 还还 原原复杂难选铁矿石复杂难选铁矿石选选 矿矿 选选 矿矿炼炼 铁铁烧结或球团烧结或球团 可选铁矿石可选铁矿石传统工艺深度还原工艺回收率75-80%焦化工艺回收率大于90%非结焦煤炼炼 钢钢炼炼 钢钢3.3.铁矿石深度还原的理论基础铁矿石深度还原的理论基础3.1 铁氧化物还原的基本原理 低贫铁矿石煤基深度还原过程包括直接还原、间接还原、碳的气化等一系列复杂的化学反应。FexOy (s)+ C(s) = FexO(y-1) (s)+ CO (g) （3.1）FexOy (s)+ CO(g) = FexO(y-1)(s) + CO2 (g) （3.2）C(s)CO2