第九章化学选矿及其它选矿方法

第九章化学选矿及其它选矿方法第1页，共50页，2023年，2月20日，星期一第九章化学选矿及其它选矿方法本章基本内容

1.化学选矿的定义、特点和一般过程；

2.化学选矿的主要方法，各方法的定义、基本原理和过程；

3.各方法的应用及实例；

4.手选、光电选、摩擦选矿简介本章重点

1.化学选矿的定义和特点；

2.化学选矿与物理选矿的主要区别；

3.化学选矿的主要方法及应用。第2页，共50页，2023年，2月20日，星期一一、概述1.化学选矿定义：化学选矿是利用化学作用将矿石中的有用成分提取出来的方法。

分选对象：难选矿石原料、中间产品、尾矿渣

分选原理：矿物或矿物组分化学性质的差异

分选特点：改变矿物的化学组成与存在形态

分选结果：分离、富集目的组分第一节化学选矿第3页，共50页，2023年，2月20日，星期一2.化学选矿的特点优点：（1）化学选矿能处理各种“贫”、“细”、“杂”矿石，对原料的适应性广；有利于矿产的全面综合利用。（2）最终产品纯度高。除形成化学精矿外，还可生产较纯的化合物或金属，直接满足社会需求，供应金属加工市场。缺点：（1）因试剂较贵或消耗较大而造成试剂费用较高；（2）因介质腐蚀性强而造成设备和材料投资费用高；（3）化学选矿的废水、废渣处理难度加大。第4页，共50页，2023年，2月20日，星期一1.原料准备作业：破碎筛分、磨矿分级、配料混匀等作业，为后续作业准备细度、浓度合适的物料或混合料。2.焙烧作业：使目的组分矿物转变为易浸出或易于物理分选的形态，使部分杂质分解挥发或转变为难浸的形态。3.浸出作业：使有用组分或杂质组分选择性地溶于浸出溶剂中，从而使有用组分与杂质组分相分离或使有用组分相分离。4.固液分离作业：利用沉降、过滤和分级等固液分离手段，使浸出富液与浸渣分离。5.净化与富集作业：采用化学沉淀法、离子交换法或溶剂萃取法等进行净化分离，以除去杂质。6.制取化学精矿作业：从净化液中沉淀析出化学精矿一般可采用化学沉淀法、金属置换法、电积法和物理选矿法等。3.化学选矿的一般过程第5页，共50页，2023年，2月20日，星期一化学选矿原则流程化学选矿主要包括：

焙烧、浸出；溶剂萃取；离子交换；离子浮选等第6页，共50页，2023年，2月20日，星期一二、焙烧1.焙烧的定义及目的（1）定义：在适宜的焙烧气氛和低于矿物原料熔点温度等相应条件下，通过加热升温使目的矿物发生物理和化学变化的工艺过程。（2）目的：使目的组分矿物转变为易于浸出或易于物理分选的形态。

（3）产品：焙砂、干烟尘或湿法收尘集气产品。第7页，共50页，2023年，2月20日，星期一2.焙烧过程的分类

焙烧是物料在熔点以下加热的一种过程，它的目的在于改变物料的化学组成和物理性质，以便于下一步处理。焙烧后的产品称焙砂。根据焙烧在化学选矿过程中的作用和其主要化学反应性质可分为：

(1)还原焙烧；(2)氧化焙烧；

(3)硫化焙烧；(4)氯化离析；

(5)加盐焙烧；(6)煅烧。第8页，共50页，2023年，2月20日，星期一（1）还原焙烧：①定义：还原焙烧是在低于炉料熔点和还原气氛条件下，使矿石中的金属氧化物转变为相应低价金属氧化物或金属的过程。②原理：金属氧化物的还原可用式表示：

MO+R=M+RO

式中：MO——金属氧化物；

R，RO——还原剂和还原剂氧化物。凡是对氧的化学亲合力比被还原的金属对氧的亲合力大的物质，均可作为该金属氧化物的还原剂。生产中常用的还原剂为固体炭、一氧化碳和氢气。3.焙烧方法第9页，共50页，2023年，2月20日，星期一③应用：主要用于处理难选的铁、锰、镍、铜、锡、锑等矿物原料。此外还用于精矿除杂质，粗精矿精选。

例如，含镍红土矿是世界上最大的氧化镍矿资源，因其品位低，镍呈化学浸染状存在，目前无法用物理分选富集。用焙烧-低压氨浸的方法回收其中的镍已得到工业应用。过程为预先将氧化镍还原焙烧为活性金属镍、钴镍合金，然后氨浸回收镍。第10页，共50页，2023年，2月20日，星期一（2）氧化焙烧：

这是一种最常用的焙烧方法。将金属的硫化物矿石或精矿在空气中焙烧成氧化物，或将低价氧化物转变为高价氧化物，焙烧最终固体产物为金属氧化物。有时还可脱去挥发性物质，如砷、锑、硒等。

举例：辉钼矿的焙烧氨浸：辉钼矿经氧化焙烧生成三氧化钼，用氨浸出生成钼酸铵进入溶液，与不容物加以分离。溶液经浓缩或酸化生成钼酸沉淀，然后用氢还原法生产金属钼。第11页，共50页，2023年，2月20日，星期一（3）硫酸化焙烧

金属硫化物经硫酸化焙烧生成硫酸盐，然后用水浸出的分离过程。金属硫酸盐在高温下易分解成金属氧化物和二氧化硫。根据各种金属硫盐分解温度不同，得到不同金属的分解物。

举例：如铁的硫酸盐约在550℃发生分解，而铜、钴、镍的硫酸盐则在700℃以上发生分解。利用这种差别将其分离。第12页，共50页，2023年，2月20日，星期一（4）氯化焙烧

氯化焙烧是矿物原料与氯化剂在氧化或还原气氛中加热并发生化学反应，生成可溶性或气态金属氯化物的过程。氯化剂：Cl2、HCl、NaCl、CaCl2等金属氧化物金属硫化物CuO氯化离析第13页，共50页，2023年，2月20日，星期一（5）加盐焙烧

为了从物料中提取钒、钨、铬等有价金属，在焙烧过程中加入盐类添加剂，使之转化成相应的可溶性盐，便于浸出，这类焙烧称为加盐焙烧。（6）煅烧在低于熔点的适当温度下，加热物料，使其分解，并除去所含结晶水、二氧化碳或三氧化硫等挥发性物质的过程称为煅烧。

例如，经煅烧后石灰石失去二氧化碳而生成生石灰；氢氧化铝脱水而生成氧化铝；碱式硫酸钛失水和三氧化硫而成二氧化钛等。第14页，共50页，2023年，2月20日，星期一4.焙烧设备（1）回转窑

第15页，共50页，2023年，2月20日，星期一①结构：一种连续生产的旋转高温窑炉。窑身为衬有耐火材料的钢制圆筒，斜卧在钢制的托轮上，绕轴缓缓旋转。回转窑第16页，共50页，2023年，2月20日，星期一③回转窑优缺点优点：回转窑的特点是结构简单、搅拌良好、热分布均匀，可广泛用于还原焙烧、氧化焙烧、挥发焙烧等过程。缺点：温度难以控制，一旦形成所谓的环状炉结，会给操作带来困难，生产率和热效率都比较低。②工作过程：物料喂入回转窑后，由于筒体具有一定的斜度，并以一定的速度回转，物料就会由窑尾向窑头运动。喷煤管将煤粉喷入回转窑燃烧提供热量，转窑通过旋转和排风实现物料的输送和加热焙烧。第17页，共50页，2023年，2月20日，星期一（2）沸腾焙烧炉鼓风机将空气鼓进沸腾炉规定的物料层，随着气流速度增大，固体颗粒由静止阶段开始运动分离，体积膨胀；在适量的气流范围内，颗粒在一定高度范围内翻动，像“液体沸腾”似的。矿石在沸腾炉中加热焙烧，发生化学反应，得到焙砂和含尘烟气。第18页，共50页，2023年，2月20日，星期一沸腾焙烧炉第19页，共50页，2023年，2月20日，星期一沸腾焙烧炉优缺点优点：焙烧反应温度可通过给入的矿量或设在层内的水冷管以及矿浆的加水量等进行控制，因此氧化焙烧可以在沸腾炉内较好地进行。沸腾焙烧容易实现大型化和自动化，成为目前处理硫化矿的代表设备。缺点：焙烧过程一般都是能耗很高、劳动条件差、对环境有污染、投资经费高，一般需经过技术经济论证后才可采用。第20页，共50页，2023年，2月20日，星期一二、浸出法1.定义：将固体物料加入液体溶剂，使溶剂选择性地溶解物料中某些组分的工艺过程。

2.目的：使有用组分与其他组分相互分离。3.分类：根据浸出剂分类的浸出方法（表）浸出方法浸出剂浸出矿石类型酸浸硫酸铜、镍、钴、锌、磷的氧化物盐酸磷、铋氧化矿、钨精矿脱铜脱磷等碱浸氨水铜、镍、钴的硫化矿碳酸钠白钨矿、铀矿盐浸氰化钠金、银等贵金属矿硫酸铁铜、铅、铋等硫化矿氯化钠离子型稀土矿细菌浸出菌液铜、镍、钴、铀、砷等矿水浸水岩盐、焙砂等水溶性矿物第21页，共50页，2023年，2月20日，星期一1.酸浸举例：孔雀石的酸浸-置换沉淀工艺，用稀硫酸浸出含孔雀石的铜矿石，生成硫酸铜溶液，再用铁屑置换溶液中的铜离子，得到海绵铜。（一）药剂浸出第22页，共50页，2023年，2月20日，星期一

氰化浸出是目前国内外处理金银矿物原料的常规方法，工艺成熟，技术经济指标较理想。

1）浸出机理：矿石或选矿产品中的固体自然金在浸出剂、氧化剂和碱的综合作用下，形成溶于水的金氰络合物。2.盐浸：氰化浸出浸出剂：氰化物-NaCN；氧化剂：氧气，双氧水；碱：石灰CaO或片碱NaOH，起保护作用，防止HCN的生成。

第23页，共50页，2023年，2月20日，星期一2）氰化浸出工艺

①渗滤槽浸出

②堆浸

③搅拌浸出

常规氰化浸出：浸出-洗涤-锌置换。炭浆法CIP：利用活性炭的吸附性从氰化浸出的含金矿浆中吸附金。炭浸法CIL：氰化浸出过程与活性炭吸附过程同时进行。第24页，共50页，2023年，2月20日，星期一紫金山金选厂氰化堆浸第25页，共50页，2023年，2月20日，星期一氰化槽浸提金技术-炭浸法第26页，共50页，2023年，2月20日，星期一2）氰化工艺流程-200目＞99%渗滤法、搅拌法，（KCN或NaCN）用Zn丝或Zn粉置换，用稀硫酸清洗除杂，去水（过滤、烘干）第27页，共50页，2023年，2月20日，星期一3.混汞法1）定义：混汞法是把汞与含有自然金的矿浆混合，利用液态金属汞对矿浆中金、银颗粒的选择性润湿并与之生成汞齐，与其他金属矿物和脉石分离；提取金的过程。2）原理：混汞法提金是一种简单而又古老的方法。它是基于金粒容易被汞选择性润湿，继而汞向金粒内部扩散形成金汞齐(含汞合金)的原理而捕收自然金。混汞反应可以用下式表示：

Au+2Hg＝AuHg23）过程：包括汞对金的湿润和汞齐化过程。然后将汞齐置于蒸馏器中加热使汞蒸发，粗金、银就留于残存物中而得以提取。第28页，共50页，2023年，2月20日，星期一3）工艺流程内混汞和外混汞（在磨矿机中进行）定期将磨机和铜板上的汞齐取出将汞齐置于帆布袋中，压滤出多余的汞一般含金30%～40%在密封式蒸锅罐中加热，使汞蒸发，含金60%～80%，加苏打、硼砂、硝石为溶剂除杂金含量＞90%金汞合金第29页，共50页，2023年，2月20日，星期一4）特点

混汞法提金时一种比较古老的提金方法，其工艺简单，便于操作，设备投资小，对金的回收率也相对较高，选金厂中的应用十分普遍。但混汞法提金也存在一个问题，就是汞的回收问题，混汞法提金必然要用到液体汞，在使用的过程中汞有一定量的损失。汞液容易挥发，会造成环境和空气污染，危害人的身体健康。第30页，共50页，2023年，2月20日，星期一（二）细菌浸出1.定义：细菌浸出是利用微生物及其代谢产物氧化、溶浸矿石中目的组分的浸出方法。是20世发展起来的一种新的浸出方法。2.浸矿细菌：主要有氧化铁硫杆菌、氧化铁杆菌、氧化硫铁杆菌、氧化硫杆菌、聚生硫杆菌。

这些浸矿细菌均属化能自养菌。它们广泛分布于金属硫化矿及煤矿的矿坑酸性水中，嗜酸好气，习惯生活于酸性(pH＝1.6～3．0)及含多种金属离子的溶液中。3.浸出方式：采用废矿坑就地浸出或废石堆浸。小规模采用池浸。第31页，共50页，2023年，2月20日，星期一4.细菌浸出的机理（1）细菌的直接作用：认为生活于硫化矿床酸性水中的氧化铁硫杆菌等浸矿细菌能将矿石中的低价铁及低价硫化物氧化为高价铁和硫酸根以取得其生命活动所需的能源，在此氧化过程中破坏了相关矿物的晶格，使矿石中的铜及其它金属组分呈硫酸盐形态转入溶液中。（2）细菌的间接催化作用：金属硫化矿中的黄铁矿在有氧和水存在的条件下，将缓慢氧化为硫酸亚铁和硫酸：第32页，共50页，2023年，2月20日，星期一例如：在多金属硫化矿中一般都含有黄铁矿，在有水和氧存在的条件下，黄铁矿缓慢氧化，并生成FeSO4与H2SO4，其反应式为：

2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4（化学作用）

铁氧细菌在有氧与硫酸存在的条件下，则用极快的速度把FeSO4氧化成Fe2（SO4）3，其反应式为：

2FeSO4+H2SO4+1/2O2→Fe2（SO4）3+H20（细菌作用）

Fe2（SO4）3能把矿物中的金属溶解出来，例如对辉铜矿作用时，能生成CuSO4、FeSO4及S，其反应式为：

Cu2S+2Fe2（SO4）3→2CuSO4+4FeSO4+S

第33页，共50页，2023年，2月20日，星期一5.工艺流程

举例：

某矿废矿坑残留铜铀矿就地浸出。浸出过程中主要控制菌液中Fe2（SO4）3的浓度和酸度，以及流量等条件细菌浸出——就地浸出工艺流程第34页，共50页，2023年，2月20日，星期一甘肃金川镍矿生物堆浸第35页，共50页，2023年，2月20日，星期一（三）溶剂萃取1.定义：

在液体混合物中加入与其不完全混溶的液体溶剂，形成液－液两相，利用液体混合物中各组分在所选溶剂中溶解度的差异而达到分离的目的，这个操作过程称为液－液萃取，简称萃取。

2.应用：它是在稀有金属提取工艺中应用很广的一种方法。如稀土、锆与铪、铌与钽等分组采用溶剂提取法。

3.萃取剂：

P204[二（2-乙基己基）磷酸]、P350

（甲基膦酸二甲脂）、N236

（甲基三烷基氯化胺）等磷型及胺型萃取剂。第36页，共50页，2023年，2月20日，星期一4.萃取机理

萃取时发生离子交换反应，故这类萃取剂也称液体阳离子交换萃取剂，反应通式为：

Men++nHR≒MeRn+nH+Me+-溶液中的金属阳离子

HR-萃取剂原料为混合溶液，其中有溶质A,和稀释剂B组成。萃取过程中加入的溶剂称为萃取剂S，所选用的萃取剂S对A具有较大的溶解能力，对于稀释剂B应不互溶或部分互溶。第37页，共50页，2023年，2月20日，星期一5.萃取过程

一个完整的溶剂萃取过程，一般包括正萃取、负载有机相的洗涤、反萃取和有机相再生四个步骤。反萃液萃取原液萃取萃余液负载有机相

洗涤反萃剂反萃取有机相循环6.溶剂萃取法特点：

能连续生产，生产能力大，提取和分离效率高，流程简单，设备少，便于控制。缺点，萃取剂为有毒、易燃有机溶剂，给生产和操作带来一定的困难。

反萃取：萃取液分离后，用硫酸与R2Cu作用，又可以将铜离子释放出来，萃取剂获得再生，可以重复使用，这是反萃取过程。第38页，共50页，2023年，2月20日，星期一7.萃取钕、钐组分工艺萃取：将料液中的Sm、Eu和Gd（钆ga）萃入到P204有机相，而Pr、Nd留在水相，使其分离。洗涤：将萃入有机相的少量Pr、Nd洗下来，洗液用0.8～1.0N（HCl）溶液；反萃取：将有机相中的Sm、Eu和Gd返回水相，反萃液用1.8～2.0N（HCl）第39页，共50页，2023年，2月20日，星期一（四）离子交换法1.基本概念:离子交换法是将溶液中的目的组分离子与固体离子交换剂中的离子进行交换，吸附到固体中。2.基本原理：固体离子交换剂吸附目的离子达到饱和后，再采用适当的试剂对其进行解吸，使目的离子重新富集，并得以净化。离子交换是可逆反应：3.应用领域：离子交换技术长期以来用于水的处理，食品、生物制品的提取精制及金属的回收。在生物工业中，离子交换剂广泛用于抗生素、氨基酸、有机酸等工业。第40页，共50页，2023年，2月20日，星期一4.离子交换剂类型无机离子交换剂：沸石、蒙脱石、高岭土、磷灰石等有机离子交换剂：离子交换树脂离子交换剂

离子交换树脂是一种不容于水的高分子化合物，由高分子骨架和活性基团两部分组成；其活性基团有可以电离并能与溶液中离子进行交换的离子。离子交换树脂分为：强酸性、弱酸性离子交换树脂；强碱性、弱碱性离子交换树脂第41页，共50页，2023年，2月20日，星期一5.基本过程：吸附(交换)、淋洗(解吸)和树脂转型后的再吸附。阳离子交换过程6.离子交换法特点

优点：提纯各种生物活性代谢物质。具有成本低，工艺操作方便，提炼效率较高，设备结构简单，以及节约大量的有机溶液等。

缺点：首先是不一定能找到合适的树脂，其次是生产周期长，生产过程中pH值变化较大。第42页，共50页，2023年，2月20日，星期一7.实例：铀的提取1、H2SO4+MnO2为氧化剂浸出含铀矿石；2、浸出液通过强阴离子型交换树脂，铀以UO2(SO4)34-或UO2(SO4)22-的形式被吸附；3、吸附在树脂上的铀，被硝酸盐解吸下来，富集形成浓溶液；4、碱性试剂使铀沉淀，得到高品位的铀浓缩物。第43页，共50页，2023年，2月20日，星期一（五）离子浮选1.定义：表面活性物质与溶液中的离子形成可溶性络合物或难溶沉淀物，附于气泡上浮，使离子分离的过程。这是从稀溶液中提取有价元素或消除废水中有害组分的一种有效方法，选择性好、选择效率和富集比高。2.特点：离子浮选原则上可回收任何离子，缺点是捕收剂价昂贵，用量又较大，影响推广。第44页，共50页，2023年，2月20日，星期一3.基本过程

用带有和需要浮出的离子（或离子络合物）相反电荷的异极性表面活性剂作捕收剂，加入水溶液中。捕收剂分子的极性端与溶液中要回收的离子互相作用，形成可溶性络合物或难溶沉淀物；捕收剂分子的另一端为疏水(亲气)的非极性基团，能附于从溶液底部吹入的气泡上,带至水溶液表面;再刮出分离。4.影响离子浮选效果的因素有：

捕收剂的性能、pH值、气泡大小、气泡充入速度、浮选机特性、温度、老化效应、中性盐类、溶液浓度、泡沫稳定度等。离子浮选设备多为充气式的，类似浮选柱。第45页，共50页，2023年，2月20日，星期一5.实例（1）某矿山锌精矿浓密溢流中含有Cu2+0.01克/升、Fe2+1.0克/升、Zn2+0.1克/升