化学选矿

﹝1﹞原料准备阶段

包括矿石或其他原料的破碎筛分、配料混 匀、磨矿分级等作业 。
目的：使物料破碎至一定粒度，使物料解 理完全，为后续作业准备好合适的物料， 以使物料分解更完全。有时还需要借助于 物理选矿除去某些有害杂质和脉石，使目 的矿物预先富集，为后续作业创造更有利 的条件。

﹝2﹞焙烧
定义：在适当气氛中加热矿物原料至低于矿物组分

3.课程主要内容

焙烧 浸出 固液分离 离子交换 溶剂萃取 化学沉淀 不溶阳极电解
化学浸出
化学分离
4.典型的化学分选过程一般包括六个 主要作业（按图说明）:
（1）准备作业。
（2）焙烧作业。
（3）浸出作业。
（4）固液分离作业。
（5）净化与富集作业。
（6）制取化合物或金属作业。
使弱磁性赤铁矿(Fe203)还原成强磁性的磁铁
矿(Fe3O4)。
第二节 焙烧过程热力学
1. 给定条件下化学反应进行的方向与限度
焙烧反应主要发生于固-气界面的多相化学 反应，在给定条件下各物质发生化学反应 时，反应的方向和限度可用反应的自由能 变量△G来判断。 当△G<O， 反应
例如反应:
aA +bB = dD + hH
注： 原料可以直接浸出，也可以焙烧后浸出。
浸出后采用相应的办法从浸出液中或浸渣中 回收有价组分。
﹝4﹞固液分离

固液分离 采用沉降倾析、过滤和分级等 方法处理浸出矿浆，以便获得供后续作 业处理的澄清液或固体物料。 化学选矿常常需要固液分离作业，使悬 浮物与溶液分离。

﹝5﹞浸出液的净化
为了获得高品位的化合物或金属产品，浸出 液常常采用化学沉淀、离子交换、有机溶剂 萃取、离子浮选、两液浮选、沉淀浮选等方 法，除去有害杂质，获得最终产品。
2Cr2O3+4Na2CO3+3O2=4Na2CrO4+4CO2↑

硫酸化焙烧：如果将金属的硫化物矿石在氧
化气氛中进行焙烧，使之转化为易溶的硫酸 盐，以便用水浸出，则称为硫酸化焙烧。
2MeS+3O2→2MeO+2SO2 2MeO+ SO2+O2→MeO· MeSO4 MeO· MeSO4+ SO2+O2→2MeSO4

如镍矿石还原成金属后利于浸出；难选氧化
铜的还原焙烧；贫赤铁矿还原为磁铁矿石可 以弱磁选富集。
焙烧过程的分类：

(2)氧化焙烧：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 高价氧化物的焙烧。有时还可脱去挥发性物质， 如砷、锑、硒等。
例一：硫铁矿(FeS2)焙烧的反应式为： 4FeS2+11O2＝2Fe2O3+8SO2↑ 3FeS2+8O2＝Fe3O4+6SO2↑
焙烧过程的分类：

(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。
焙烧过程的分类：

(7)磁化焙烧—— 在适当控制的还原性气氛中，
熔点温度，使目的组分与炉气发生化学反应转变成
适于后续处理作业所要求的形态的过程。
目的：使有用组分转变成容易浸出或容易用物理选
矿方法分选的状态，使部分杂质得以分解挥发或转 变为难浸的形态。 焙烧产物：焙砂、粉尘、湿法收尘液或泥浆。 焙烧可分为还原焙烧、氯化焙烧和氧化焙烧等。
﹝3﹞浸出

浸出 根据原料性质和工艺要求，使有价组 分或杂质组分选择性地溶于浸出溶剂中， 从而达到分离的目的。
分选 分离富集，不改 化学加工，改变矿物自身组成 本质 变矿物自身组成 与结构 矿物精矿 化学精矿或金属及其化合物 产品 形态 成本较低 消耗大量化学试剂，成本较高 成本
物理选矿
四、化学选矿与冶金法的区别
1.化学选矿处理的对象：一般有用组分的含量低、 杂质含量高、组成复杂，各组分共生关系密切难 选矿物原料。 冶炼处理的原料：选矿产出的精矿，组成简单， 有用组分含量高。
焙烧过程的分类：

(1)还原焙烧 ； (2)氧化焙烧 ； (3)氯化焙烧 ； (4)氯化离析 ； (5)加盐焙烧 ；


(6)煅烧 ；
(7)磁化焙烧。
焙烧过程的分类：

(1)还原焙烧是在低于炉料熔点和在还原剂 (氢、碳等)作用下，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。
﹝6﹞制取化学精矿
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。
5. 化学选矿的发展

近代化学选矿的发展历史与金、银、铀、铜、铝等矿 物原料的化学处理密切相关。 1887年用氰化物溶液直接从矿石中浸出提取金银,开 始了在矿山生产成品金的历史。 奥地利人拜尔(K.J.Bayer)于1888年发明的拜尔法处 理铝矿物原料生产氧化铝法用于工业生产。 40年代起，用酸浸法或碱浸法直接浸出铀矿石在工业 上获得应用。 60年代末期，处理难选氧化铜矿的离析法也开始用于 工业生产。 60年代以后，化学选矿除用于处理难选原矿外，还用 于物理选矿产出的尾矿、中矿和混合精矿的处理以及 粗精矿的除杂。
二、化学选矿与物理选矿的相同点

对象：矿物原料 目的：使矿物组分富集、分离及综合利用矿物
资源。
三、化学选矿与物理选矿的区别
化学选矿 选矿 相对易选的品位 贫细杂等难选原矿/物理选矿 的中矿或粗精矿/工业废渣 对象 较高的原矿 选矿 矿物之间的密度/ 矿物的热分解/溶剂溶解/吸附/ 依据 润湿性/电性/磁 解吸附等化学性质差异 性等物理和物理 化学性质差异
由左向右自动进 行; 当△G=O时，表示 反应达到了平衡 状态
焙烧反应过程的自由能变化：
G G RT ln Q=-RT ln K +RT ln Q=RT ln Q ln K
当Q＜K时，则△G＜0， 当Q＞K时，则△G＞0， 正反应可自动进行； 逆反应自动进行；
当Q=K时， 则△G =0，源自2.化学选矿的主要过程
化学浸出主要是依据物料在化学性质上的差异， 利用酸、碱、盐等浸出剂选择性地溶解分离有 用组分与废弃组分。
化学分离则主要是依据化学浸出液中的物料在 化学性质上的差异，利用物质在两相之间的转 移来实现物料分离的方法，如沉淀和共沉淀、 溶剂萃取、离子交换、色谱法、电泳、膜分离、 电化学分离、泡沫浮选、选择性溶解等等。
第一部分


矿物原料的焙烧
焙烧过程的一般原理 还原焙烧 氯化焙烧 其它焙烧方法
第一章 焙烧过程的一般原理
第一节

概 述
焙烧过程的实质是在适宜的气氛和低于原料
熔点的温度条件下，使原料目的组分矿物与
炉气发生物理和化学反应，转变为易浸或易
于物理分选的形态。经过焙烧的固体物料叫
做“焙砂”。

焙烧的种类主要有以下几类：
少量的固体氯化剂、碳质还原剂混合，在
700～800℃的中性或弱还原性气氛中焙烧，
有价金属氯化物挥发并同时在碳粒表面沉积 还原成金属颗粒，这一过程称为氯化还原焙 烧，又称氯化离析。
焙烧过程的分类：

(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。
二、多相反应的动力学
1．多相反应及其步骤
在多于一相之间发生的反应称为多相反应。虽然反 应体系中可能存在着更多的相，但实际上只可能有 两个相参加反应。
如:金的氰化反应过程是在固体金、NaCN溶液和氧气 三相之间发生的，但氧由气相转入液相的速度很快， 所以可简化成固-液反应。
多相反应可分为五类：固-气、固-液、固-固、 液-气、液-液。
例二： 硫化铜(CuS)精矿的焙烧：
分半氧化焙烧和全氧化焙烧两种，分别除去 精矿中部分或全部硫，同时除去部分砷、锑 等易挥发杂质。
半氧化焙烧用以提高铜的品位，保持形成冰 铜所需硫量； 全氧化焙烧用于还原熔炼，得到氧化铜。

有时，氧化焙烧过程中除加空气外，还加添加 剂，矿物与氧气、添加剂共同作用。如铬铁矿 化学加工的第一步是纯碱氧化焙烧 。
化学选矿
问题提出？

1. 什么叫化学选矿？

2. 化学分选过程一般包括哪些步骤？
3. 化学选矿与物理选矿的区别 4.化学选矿与物理选矿的应用


一、化学选矿
1.概念：
所谓化学选矿是基于矿物和矿物组分的化 学性质的差异，利用化学方法改变矿物 组成，然后用其他的方法使目的组分富 集的矿物加工工艺。它包括化学浸出与 化学分离两个主要过程。
﹙1﹚ 直线斜率等于反应的熵的变化量。 ﹙4﹚同一温度下，氧化物生成自由焓变量△ G°位置 d G ﹙6﹚凡是金属氧化物生成自由焓变量在 H2O线以上的 ﹙3﹚凡是△ G °在负值区域内的所有金属都被氧化； ﹙5﹚碳氧化生成一氧化碳的△ G °值是随温度升高而 S 越低则稳定性越大，一种氧化物能被位于其下面的那 dT 金属氧化物都能被氢还原。 在此区域以上的金属则不能被氧化。 更负，意味着许多金属氧化物都可以用碳还原。 些金属还原。
反应达到平衡。
化学热力学指出了一个解决化学反应方向问题的方 法。
2. △G -T图及其在焙烧过程中的应用
GT H T S
0
以△G°为纵坐标，以T 为横坐标绘制出的曲线即 为△G°－Ｔ图。计算结果表明△G°＝f(T)的关系 几乎是一条直线。
﹙2﹚直线在绝对零度时与纵坐标的截距即为△H0近 似值。
2.化学选矿过程一般只得到供冶炼处理的化学精 矿。冶金过程则产出适于用户使用的纯金属。 3.化学选矿是介于原物理选矿与冶金间的过渡性 学科，是组成现代矿物工程学的重要内容之一。
五、化学选矿的应用
1. 化学选矿主要应用于：
﹝1﹞难选氧化铜矿； ﹝2﹞金矿；
﹝3﹞铀矿；
﹝4﹞钒、钛矿的物理选和化学选联合流程； ﹝5﹞炭质页岩中提钒、铀、镍、钼、铜、磷、钾等； ﹝6﹞低品位钽铌矿物原料的富集； ﹝7﹞钨、锡化学选等。
焙烧过程的分类：

(3)氯化焙烧 在添加氯化剂(食盐、氯化钙或 氯)的条件下，焙烧矿石、精矿、冶金过程的 中间产品，使其中某些金属氧化物、硫化物 转化为氯化物的过程叫氯化焙烧。
根据所用温度的不同、分为高温和中温氯化 焙烧。 这种方法可用于处理黄铁矿烧渣。


焙烧过程的分类：

(4)氯化离析 是将破碎至适当粒度的矿石与
2.化学选矿的特点
优点： 1）化学处理不嫌矿石“贫”、“细”、“杂”，对 原料的适应性广（难选矿、尾矿、综合利用、环境 治理）。 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。
焙烧反应为多相化学反应,且为固-气反应。
第三节 焙烧过程动力学
一、化学动力学的某些基本概念
1.化学反应速度和速度控制步骤 化学反应速度可定义为反应物浓度减小的速度或反 应产物浓度增大的速度。
若以C表示反应物浓度，则反应速度可表示成（-dC/dt）； 如以x表示反应产物浓度，则反应速度也可表示dx/dt。
通常的化学反应方程式代表了整个反应过程，但 是实际上整个化学反应过程常常是分步进行的。其 中进行得最慢的反应步骤决定着整个反应过程的速 度，所以叫做速度控制步骤。
3. 传统的选矿方法存在的缺陷
传统的选矿方法对成分复杂、嵌布粒度微 细、有价成分含量较低的矿石、冶金或化 工行业的中间产品、工业生产的废料以及 城市生活废弃物的处理收效甚微，而化学 选矿为开发利用上述资源提供了有效的、 合理的、有前途的途径。
六、总结
1. 通常条件下应尽可能采用现有的物理选矿法
处理矿物原料，仅在单独使用物理选矿法无 法处理或得不到合理的技术经济指标时，才 考虑采用化学选矿工艺。
2. 采用化学选矿工艺时，应尽量采用闭路流程，
以降低药剂消耗和减少环境污染;并应尽可能 采用物理选矿和化学选矿的联合流程，以便 最经济地综合利用矿产资源。
3. 化学选矿主要包括对矿石或其他原料的焙 烧处理和湿法化学处理两大部分。 4. 焙烧由于燃料价格上涨和环境保护等问题， 近年发展缓慢。 5. 化学选矿广泛地用于处理各种难选的黑色 金属、有色金属、特别是贵金属和非金属 矿产资源的开发。