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1、第6章 化学分选工艺与设备6. 1 化学分选过程与设备6. 1. 1 化学分选过程1. 概述对于品位低、嵌布粒度细、组成复杂的物料,单纯依靠常规分选方法(如重磁选和浮选)往往得不到满意的结果。用化学分选方法,或物理分选与化学分选联合来处理某些“难选”物料,是可行的选择。所谓化学分选是基于物料组分的化学性质的差异,利用化学方法改变物料性质组成,然后用其他的方法使目的组分富集的资源加工工艺,它包括化学浸出与化学分离两个主要过程。比较典型的化学分选过程一般包括了准备作业等六个主要作业,见图6-1。图6-1 化学分选过程框图2. 准备作业包括对物料的破碎与筛分、磨矿与分级及配料混匀等机械加工过程。目的
2、是使物料破磨到一定的粒度,为下一作业准备适宜的细度、浓度,有时还用物理选矿方法除去某些有害杂质或使目的矿物预先富集,使矿物原料与化学试剂配料混匀。 有关准备作业的工艺与设备,请参阅本书第2章。3. 焙烧作业焙烧的目的是为了改变矿石的化学组成或除去有害杂质,使目的组分转变为容易浸出或有利于物理分选的形态,为下一作业准备条件。焙烧种类有:(1)氧化焙烧(或硫酸化焙烧)。即在氧化气氛中加热硫化矿,将矿石中的全部(或部分)硫化物转变为相应的金属氧化物(或硫酸盐)的过程。(2)还原焙烧。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。(3)氯化焙烧。即
3、在一定的温度气氛条件下,用氯化剂使矿物原料中的目的组分转变为气相或凝聚相的氯化物,以使目的组分分离富集的工艺过程。(4)钠盐烧结焙烧。钠盐烧结焙烧是在矿物原料焙烧中加入钠盐,如碳酸钠、食盐、硫酸钠等,在一定的温度和气氛条件下,使矿物原料中的难溶的目的组分转变为可溶性的相应钠盐,所得焙砂(烧结块)可用水、稀酸或稀碱进行浸出,目的组分转变为溶液,从而使目的组分达到分离富集的目的。(5)煅烧。煅烧是天然化合物或人造化合物的热离解或晶形转变过程,此时化合物受热离解为一种组分更简单的化合物或发生晶形转变。碳酸盐的热离解称为焙解。煅烧作业可用于直接处理矿物原料以适于后续工艺要求,也可再用化学分选处理而制取
4、化学精矿。4. 浸出作业(1)浸出方法与浸出剂。浸出就是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。用于的试剂称为浸出剂,浸出所得的溶液称为浸出液,浸出后的残渣称为浸出渣。常用的浸出方法见表6-1。表6-1 浸出方法按浸出剂特点分类 浸出方法 常用浸出剂酸浸出碱浸出盐浸出细菌浸出水浸出硫酸、盐酸、硝酸、亚硫酸氢氧化钠、碳酸钠、硫化钠、氨水硫酸铁、氰化钠、氯化钠、硫酸铵菌种 + 硫酸 + 硫酸铁水(2)浸出。物料在浸出过程中,根据浸出剂的运动方式,将浸出分为渗滤浸出和搅拌浸出两种。渗滤浸出又分为三种:槽浸、堆浸和就地浸出。 槽浸。槽浸是把物料碎磨至一定的粒度后装入铺有假底
5、的浸池、渗浸槽中(见图6-2),使浸出剂通过固定的物料层而完成浸出过程。图6-2 渗浸槽示意图 堆浸。堆浸是处理贫矿、表外矿或矿山产出的含金属品位很低的废石的有效方法,对上述矿的浸出而言,它具有工艺简单、投资省、成本较低的特点。矿石堆浸分为构筑堆浸场、矿石破碎或制粒、筑堆、渗浸及从浸液中回收目的组分等四个作业。a. 构筑堆浸场。堆浸场宜设在有一定坡度的不透水地面上(山坡、山谷或平地)。若地面渗水能力强则应进行防渗处理,常用尾矿掺粘土、沥青、钢筋混凝土、橡胶板或软塑料板等做垫层材料。根据矿源条件,垫层可供一次或多次使用。b. 矿石破碎或制粒。堆浸法处理的原料有两种类型:第一种是矿块经破碎至105
6、0mm后再堆浸;这是最常用的方法。第二钟是制粒后再堆浸,为了克服粉矿,尤其是粘土的不良影响,美国矿业局于1978年研制了粉矿制粒堆浸工艺。贫金矿制粒堆浸时,将矿块碎至小于l0mm,每吨矿石加水泥2.24.5kg作粘结剂,加入浓氰化物溶液,使物料中的水分含量达12,然后在制粒机上制成1012mm的矿粒,经固化后送去筑堆。这种固化矿粒较坚固,孔隙率大,渗透性好,在矿堆中不移动,渗浸时不会产生沟流现象。c. 筑堆。筑堆的方法有多堆法、分层法、斜坡法及吊装法(见图6-3)。常用筑堆机械有卡车、推土机等。d. 渗浸及回收有用组分。用各种类型的喷洒器将浸出剂均匀地喷洒于矿堆表面,使其自上而下地渗滤通过矿堆
7、,浸出剂在流过矿堆时与矿石进行反应,将其中有价元素浸出,再由底部沟槽管道收集。渗浸后用清水洗涤矿堆几次以提高回收率。堆浸场和矿堆的结构见图6-4,整个堆浸过程见图6-5。 图6-4堆浸场和矿堆的结构 图6-5 堆浸过程示意图为使浸出液中有价金属富集到一定浓度,溶液往往循环,直至达到要求为止。矿堆经过一定时期的浸出,将有价金属大部分回收后,再废弃。其浸出周期,对大型堆(矿石量超过100000吨)而言,长达13年,对小型矿堆(矿石量数千吨)而言,约56星期。目前国内外用堆浸法处理低品位金矿、铜矿和铀矿时都得到较好指标。在处理品位2g/t左右的石英脉金矿时,一般以质量分数为0.050.15的NaCN
8、溶液为浸出剂,金回收率达70%90%。 就地浸出是渗滤浸出地下矿体内的目的组分的浸出方法,适用于阶段崩落法开采的地下矿体,或井下采空区的矿柱和残留矿。上述三种渗滤出方法的原理都是相同的,只适用于某些特定的矿物原料,浸出时一般均采用间断操作的作业制度。搅拌浸出,是指浸出剂与磨细的矿物原料在浸出搅拌槽中剧烈搅拌的条件下,完成浸出过程的浸出方法。此法适用于各种原料,可以在常温常压下完成浸出过程,也可以高温高压下进行浸出,可间断操作,也可连续操作。(3)浸出流程。在物料的浸出工艺中 ,根据被浸出物料和浸出剂运动方向差别可分为三种浸出流程:图6-6 最基本的一段顺流浸出流程顺流浸出:被浸物料和浸出剂的流
9、动方向相同。顺流浸出可以得到目的组分含量较高的浸出液,浸出剂耗量较低,但其浸出速度较慢,浸出时间较长才能得到较高的浸出率,适于较易浸出物料。图6-6为最基本的一段顺流浸出流程。错流浸出:被浸物料分别被几份新浸出剂浸出,而每次浸出所得的浸出液均匀送到后续作业处理。错流浸出的浸出速度较快,浸出时间较短,浸出率较高。但浸出液的体积大,浸出液中剩余浸出剂浓度较高,因而浸出剂耗量大,浸出液中目的组分含量较低。逆流浸出:被浸物料和浸出剂的运动方向相反,即经几次浸出贫化后的物料与新浸出液接触,而原始被浸物则与浸出液接触。逆流浸出可以得到目的组分含量较高的浸出液,可以充分利用浸出液中的剩余浸出剂。因而浸出剂耗
10、量较低,但其浸出速度较错流速度低,需要较多的浸出级数才能获得较高的浸出率。图6-7为最基本的一段逆流循环浸出流程,该流程适用于被浸组分要求剩余浸出剂浓度很高的物料。图6-7 最基本的一段逆流循环浸出流程图6-8为二段逆流循环浸出流程,适用于被浸组分中有部分较难浸出的物料。图6-8 二段逆流循环浸出流程渗滤槽浸可采用顺流、错流或逆流浸出流程,堆浸和就地浸出一般都采用顺流循环浸出流程,连续搅拌浸出一般采用顺流浸出流程。5. 固液分离和洗涤作业如是采用错流或逆流浸出,则各级之间应增加固液分离作业。渗滤浸出可以直接得到澄清浸出液,而搅拌浸出的料浆须经洗涤和固液分离后,才能得到供后续作业处理的澄清浸出液
11、和不含有价金属的尾渣。常用的固液分离作业流程见图6-9。图6-9 一次浸出、两次洗涤的逆流循环固液分离作业流程 图6-10是采用浓缩机和泵连接的两次洗涤逆流循环固液分离作业流程,图6-11是采用过滤机和搅拌槽连接的两次洗涤逆流循环固液分离作业流程。 图6-10 采用浓缩机和泵连接的两次 图6-11 采用过滤机和搅拌槽连接的洗涤逆流循环固液分离作业流程 两次洗涤逆流循环固液分离作业流程6. 净化与富集作业为了得到高品位的化学精矿,浸出液常用化学沉淀法、离子交换法或溶剂萃取法等进行净化分离,以除去杂质,同时得到有用组分含量较高的净化溶液。图6-12为溶剂萃取净化富集法原则流程图。图6-13为离子交
12、换吸附净化法原则流程图。 图6-12 溶剂萃取净化富集法原则流程图 图6-13 离子交换吸附净化法原则流程图7. 制取化合物或金属作业制取化合物或金属作业,一般可采用离子沉淀法、金属置换法、电积法、炭吸附法、离子交换或溶剂萃取法。图6-14为铜浸出液电积的基本工艺流程。图6-14 铜浸出液电积的基本工艺流程6. 1. 2焙烧作业设备 1. 竖井焙烧炉竖井焙烧炉主要用于富块矿的氧化焙烧。我国锑矿常将其用在硫化锑块矿的挥发焙烧。竖井焙烧炉的结构见图6-15,炉体高5m,炉拱为半球形,炉膛有效面积为4m2,陆顶中心设400mm加料口,平时用20mm厚铸铁板封盖,炉底有两层铸铁炉条。图6-15 竖井焙
13、烧炉结构简图 图6-16 多层焙烧炉结构简图2. 多层焙烧炉多层焙烧炉的结构见图6-16。它主要用于黄铁矿(FeS2)的燃烧制备二氧化硫,进一步制造硫酸。多层焙烧炉是用耐火砖砌成的一个巨大的圆筒,炉外包有钢皮,炉内有用耐火砖砌成的平坦的炉拱89层(图6-13只画了六层),上数第一、三、五等奇数层炉拱的中心部分有一个围绕中心转轴的环形开口,第二、四、六等偶数层炉拱的外围靠近炉壁处有数个开口,因此,各拱层是相连通着的。在各层炉拱间都有两个连结在中心转轴上的铁耙,奇数层铁耙的耙齿稍向内斜,偶数层铁耙耙齿稍向外斜。将预先破碎的黄铁矿矿石从入口处加入炉中,被最上层炉拱中的铁耙齿(铁耙随着中心转轴缓缓地转
14、动)拨到中心开口处而落入第二层;然后又被第二层炉拱中的铁耙的耙齿拨到外围,经边缘开口处落入第三层,其后依次逐层下落。供燃烧用的空气自入口处送入,和矿石下落相逆的方向渐次逆流上升。矿石在炉里一边移动,一边燃烧产生二氧化硫气体,最后由出口处导出。矿石燃烧后剩下的焙烧矿渣,由出口处排出炉外。燃烧炉中心的转轴和多层铁耙的内部,都用空气来冷却。燃烧炉中部的第四、第五层附近的温度最高,一般控制在850左右。攀钢(集团)攀宏钒制品公司均为从德国GFE公司引进的设备,多层焙烧炉是车间焙烧工段的一个重要设备,用于钒渣和添加剂的焙烧。多层焙烧炉内径5500mm,共10层,炉子分为炉体、燃烧室、热风通道、中心轴4部
15、分。燃烧室装有烧嘴,燃烧产生的高温烟气与二次风混合成1200的混合气后,通过热风通道进入炉内焙烧炉料,中心轴上带有耙子,中心轴带动耙子转动而使炉料按规定的方向移动。3. 道尔型沸腾炉道尔型沸腾炉属于比较先进的浆式进料沸腾炉。所谓浆式进料就是将精矿拌以25%30%的水,在搅拌槽中预先制成矿浆,用泵和压缩空气喷入炉内。美国Dorr一oliver公司最先开发这一工艺,后被日本、澳大利亚等多家黄金冶炼厂采用。这种方法的优点在于取消精矿干燥系统,消除了干燥废气中低浓度二氧化硫对空气的污染,排除了干燥过程中煤灰混入精矿引起金氰化浸出率的降低,减少了干燥及筛分造成的精矿损失提高了回收率,增强了炉体的密闭性能,改善了劳动条件。浆式进料的硫酸化焙烧沸腾炉与干式进料沸腾炉的结构大同小异。炉体结构见图6-17 。图6-17 道尔型沸腾炉结构简图道尔型沸腾炉炉子的主要技术参数:处理量250t/d,入炉矿浆浓度70%,炉床面积40m2,风帽数量2462个,床能力6.51t/(m2d),床层高度11.5m,精矿平均粒度0.054