选矿学整理资料

一、化学及生物选矿（重点掌握生物化学选矿的本质、基本过程及每个过程的定义）化学选矿矿物的化学处理定义：矿物的化学处理是一种化学加工方法。它以矿物原料为加工对象，利用不同矿物在化学性质上的差异，采用化学处理或化学处理与物理选矿相结合的方法，使有价组分得以富集和提纯，最终产出化学精矿或单独产品（金属或金属化合物）。化学选矿的一般过程：1）原料准备：矿物原料的破、磨、配料；预先富集。2）焙烧：使目的组分矿物转变为易浸的或易于物理分选的形态，部分杂质分解挥发或转变为难浸的形态，且可改变原料的结构构造。3）浸出：使有用组分或杂质组分选择性地溶于浸出液中，从而使两种组分分离。一般情况下浸出含量少的组分。4）固液分离：采用沉降倾析、过滤和分级等方法处理浸出液，以获得供后续处理的澄清溶液或含少量细矿粒的稀矿浆。5）浸出液净化：采用化学沉淀法、离子交换法或溶液萃取法等进行净化分离，以获得有用组分含量高的净化溶液6）制取化学精矿：从净化液中采用化学沉淀法、金属置换法、金属沉积法以及物理选矿法，沉淀析出化学精矿。常见的化学选矿方法：1）矿石焙烧2）矿物浸出3）离子交换4）溶剂萃取5）离子沉淀6）置换沉淀7）金属沉积1）矿石焙烧：在适当气氛中加热矿物原料至低于矿物组分熔点温度，使目的组分与炉气发生化学反应转变成适于后续作业所要求的形态的过程，称为焙烧。（氧化焙烧，硫酸化焙烧，氯化焙烧，离析焙烧，还原焙烧，磁化焙烧，加盐焙烧，煅烧，微波加热）2）矿物浸出：浸出是溶剂选择性地溶解矿物原料中某组分的工艺过程。矿物原料浸出的任务，是选择适当的溶剂使矿物原料中的目的组分选择性地溶解于溶液中，达到有用组分与杂质组分或脉石组分相分离的目的。因此，浸出过程本身是一个目的组分提取与分离的过程。（依浸出过程物料的运动方式，可分为渗滤浸出和搅拌浸出。依浸出试剂种类，浸出可进一步分为：酸法，碱法，盐浸，细菌浸出，氰化法及混汞法等）3）离子交换：离子交换净化法是溶液中的目的组分离子与固态离子交换剂之间进行多相复分解反应。吸附与淋洗是离子交换的两个最基本作业。使目的组分优先由液相转入固态交换剂，这一过程称为“吸附”。用适当的试剂淋洗被目的组分饱和了的离子交换剂，使目的组分重新转入溶液，从而达到净化与富集的目的叫“淋洗”、“洗提”或“洗脱”。通常把这两个过程简称“离子交换”或统称为“吸附”。4）溶剂萃取：金属从一个液相转入与该液相互不相溶的另一个液相的物质转相过程，称为溶剂萃取。这两相当中，其中一相为含有有价组分的水溶液，另一相为有机溶剂。溶剂萃取过程（循环）至少包括两个相反的步骤。首先将萃取原液与有机相充分混合，使有机组分选择性地萃入有机相，这一步叫正萃取（或萃取）；两相分离之后进入第二步，即将负载有机相与反萃剂充分混合，使目的组分定量地转入反萃液，这一步叫反萃取。两相分离之后，水相送续后处理，有机相返回萃取。为提高分离效率，而又不降低回收率，常在正反萃取之间引进对负载有机相进行洗涤。5）离子沉淀：借助沉淀剂的作用，使溶液中的目的组分（离子）选择性地呈难溶化合物形态沉淀析出的过程。称为离子沉淀。6）置换沉淀：在水溶液中，用较负电性的金属取代较正电性的金属的过程称为置换沉淀，简称沉淀。置换沉积法作为金属提取的典型实例是用锌从含氰化物浸出液中转换贵金属7）金属沉积金属电解精炼：将粗金属作为阳极，以同种纯金属作为阴极，以该金属盐溶液作为电解液组成电解槽。这样，目的组分既可在阳极溶解，又可在阴极析出，从而得到提纯的过程。金属沉积又称不溶阳极电解。即在电解进行的条件下，阳极材料是不溶或惰性的。为保证不溶解阳极电解过程的持续进行，一般将电解过程与前一过程（反萃或浸出）结合起来，使得在溶液循环过程中使目的组分不断得到补充。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；有利于矿产的综合利用。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以至金属，直接满足社会需求或供应金属加工市场。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投资大和材料费用高。生物选矿1、什么是生物选矿工艺？人类有目的的采用生物技术从矿物中直接或间接提取有用金属的方法。根据生物作用于目的矿物的过程与结果的不同，生物对矿物的氧化过程可以分为两类：生物浸出(Bio—leaching)和生物氧化(Bio—oxidation)。2、微生物浸矿工艺包括什么？微生物浸矿工艺包括堆浸法、地浸法、槽浸法以及搅拌浸出法等。3、什么是生物浸出？生物浸出是指利用细菌对含有目的元素的矿物进行氧化，被氧化后的目的元素以离子状态进入溶液中，然后对浸出的溶液进一步进行处理，从中提取有用元素，浸渣被丢弃的过程。如细菌对铜、锌、铀、镍、钴等硫化矿物的氧化，即属于生物浸出。4、什么是生物氧化？生物氧化是指利用细菌对包裹目的矿物(或元素)的非目的矿物进行氧化，被氧化后的非目的矿物以离子状态进入溶液中，溶液被丢弃处理，而目的矿物(或元素)或被解离，或呈裸露状态仍留存于氧化后的渣中，待进一步处理提取有用元素的过程。如细菌对含有金、银的黄铁矿、毒砂等矿物的氧化，即属于生物氧化。5、生物浸出和生物氧化的主要区别是什么？生物浸出是对含有目的元素的矿物进行氧化，有用元素以离子状态进入溶液中，而生物氧化是对包裹目的矿物的非目的矿物进行氧化，使有用元素存留在氧化的渣中然后进一步处理。6、生物氧化细菌分为哪几类？目前，正在利用或研究利用的与生物冶金有关的细菌可分为4类：(1)硫杆菌和微螺旋菌属的嗜中温细菌；(2)磺杆菌属及许多未鉴别菌种的中等嗜热细菌；(3)叶硫球菌属，双向酸酐菌属及硫球菌的非常嗜热细菌；(4)异养细菌。目前工业上已经利用的是嗜中温细菌和中等嗜热细菌。（老师上课说煤炭的生物/化学脱硫/脱灰只作一般性了解）煤炭的化学脱灰通过化学药剂和煤中含灰组分的化学反应而实现煤炭脱灰的方法(过程),称为煤炭的化学脱灰。主要影响因素1）反应温度：随温度的升高，精煤的灰分显著降低，当温度到一定程度时，精煤的灰分降低不明显达到最佳值。2）药剂浓度：随碱（酸）液浓度升高，精煤灰分下降显著。碱（酸）液浓度最适宜范围。3）煤浆浓度：液固比2:1较为合适。液固比升高，精煤灰分降低。4）脱灰时间5）粒度煤炭化学脱硫化学脱硫法是利用化学试剂在一定的条件下与煤发生化学反应,使煤中硫分转化为可溶物,继而从煤中洗脱的一种脱硫技术方法。根据所用的化学试剂的种类和反应原理的不同,化学脱硫法可分为碱处理法,氧化法,溶剂萃取法,热解法,微波处理法。煤炭生物脱硫通过培育出针对含硫化合物的菌种，利用煤中含硫化合物的生物化学反应，或微生物在黄铁矿表面的吸附改性，用沥滤或浮选的手段实现脱硫的目的。与传统方法相比，煤炭生物脱硫具有常温、常压、温和、耗能低、污染少、成本小、不损耗热值等优点，同时具有脱除有机硫的潜力。煤的微生物脱硫技术可以分为微生物浸出法和微生物表面处理法两大类。二、固液分离（确切知道固液两相基本性质及其影响因素，浓度表示方法的换算）脱水方法1）重力脱水指依靠重力作用而实现的脱水。可细分为自然重力脱水及重力浓缩脱水。自然重力脱水是指利用物料颗粒表面水分的重力作用而脱水，如脱水斗子及脱水仓等；重力浓缩脱水指依靠细粒物料的重力作用，在液体中沉降的方法来实现固液分离，如浓缩机、沉淀池等。2）机械力脱水指依靠机械力而实现的水和物料的分离。可细分为筛分脱水、离心脱水及过滤脱水。筛分脱水指靠物料与筛面作相对运动产生的惯性力而脱水，如直线振动筛的脱水；离心脱水指利用离心力作用使固液分离或提高煤泥水的浓度，如过滤式离心脱水机和沉降式离心脱水机等脱水；过滤脱水指使液体透过细密的纤维织物或金属丝网而留住固体，并用真空或压力以加速其分离的一种固液分离过程。如真空过滤机、加压过滤机等的脱水。3）热能脱水指利用热能使物料中的水汽化而蒸发的脱水，如热力干燥及日光曝晒等。4）磁力脱水指利用磁场对磁性物料产生的磁力来实现的固液分离，如磁力脱水槽。5）其它脱水方法物理化学脱水指利用吸水性的物体或化学品（如生石灰）吸收水分，从而实现固液分离。电化学脱水固液混合物在外加电场作用下，水分子带正电荷移向阴极，固体细粒带负电荷移向阳极，从而实现固液分离。脱水意义1)达到用户和运输对产品水分要求。2)充分利用水资源，维持选煤厂正常生产。3)减少或堵绝废水外排，改善厂区及周围环境。4)防止煤泥流失，及时回收并合格利用能源。除尘（一般性了解）方法：1.密封——把散尘的设备加封封罩，限制尘埃的扩散，再进行抽风除尘。2.湿法除尘——通过喷水加湿物料，减少粉尘的产生。3.机械除尘——选煤厂常用的除尘器有单筒旋风除尘器，多管旋风除尘器，水膜除尘器，袋式除尘器。意义及作用：1.一定生产工艺的必备作业。2.减少对环境的污染，改善工人的工作条件。3.回收细微颗粒再利用。4.杜绝尘埃的积聚，以免引起粉尘爆炸。悬浮液的性质悬浮液固液两相包括液相（一般为水）和固相（煤泥）。液相的性质：1.水的极性：水的极性能与负电性元素形成氢键，不仅影响到液态水的结构，而且影响到水与固体物料的作用方式。水的极性增加了脱水的难度。2.水的黏性：水的黏性的存在对脱水是不利的，黏性是温度的函数，但在实际情况中通过提高温度改变介质黏性来降低产品水分的方法不经济。3.水的表面张力：水的表面张力对固液分离过程有重要影响。一般来说，表面张力越大，固液分离越困难。可以通过向固液体系添表面活性物质来降低表面张力。4.水的硬度：水的硬度对悬浮液的分离和沉降都有很大影响。在选煤厂的煤泥水处理中，若水的硬度大，则煤水的分离就会很容易。固相的性质：1.煤泥的粒度组成：由于颗粒粒度是决定固液两相间相对运动速度的主要因素之一，因此在很大程度上决定了固液分离的难易程度。颗粒越大，沉降越快，当粒度较小时，可以加凝聚剂或絮凝剂来使小颗粒聚集成团加速沉降。2.煤泥的矿物组成较为复杂，主要有石英，方解石，黏土矿物，黄铁矿等，其中黏土矿物很多，有高岭土，绿柱石等，可达上百种。其中对脱水影响最大的是黏土矿物，遇水泥化后产生的微细颗粒除本身难于沉降而且还使煤泥水的黏度大幅度增加。粘土类矿物含量越高，煤泥水处理过程越困难。三种指标及其换算：（重点）1.液固比：1t干物料所带水的立方米数。用R表示。2.固体含量：1L固液混合物中所含固体物料的克数。用q表示。3.重量百分比：固液混合物中干物料的重量占整个固液混合物总重量的百分数。用C表示。换算;①液固比与固体含量换算：三、煤泥水处理1.沉降分离作业包括分级、浓缩、沉淀(或澄清)。三者共同构成选煤厂煤泥水处理的主体。分级，确切讲是水力分级，要求按沉降方式把固体物料分成不同粒度级别。浓缩，即通过颗粒沉降得到高浓度固体沉淀物。沉淀，要求使固体物充分沉降回收并同时得到澄清水。2.海伦模型假定：悬浮液中固体颗粒在整个沉降断面上的流动速度是均匀的；沉降颗粒一旦沉降离开流动层，就认为已进入底流。实际生产中分级是连续的过程，入料一端给入，溢流另一端排出，沉物底流排出。分级设备长L，宽B，进入的煤泥水量为W。分级设备需有足够的深度，溢流排出时，上部有一流动层h，下部可以认为静止。流动层中颗粒受两个力作用，即重力与入料推力。以海伦模型为依据推导浅池原理W=A·V式中，W-代表煤泥水流量；A-代表沉降断面面积；V-代表d50颗粒的沉降末速。对于要求的分级粒度，浅池原理认为：设备所能处理的煤泥水量仅与沉降面积大小成正比沉降3.浅池原理应用浅池原理应用是在沉降设备中加设倾斜板，通过增大沉降面积来增大设备的处理能力。倾斜板中的矿浆流动分三种形式：上向流、下向流、横向流(各种流动方式的倾斜板有效沉淀面积如表)。三种流动方式的主要差别：上向流沉降有效面积最大，但粗粒先沉到下部，不易下滑的细粒在上部，由于物料来不及滑走，容易被上向流带入溢流中。下向流沉降有效面积最小，但细粒沉降在板下部，在粗粒下滑过程中容易一起排走，但向下流溢流排走方式不如上向流容易实现。横向流介于二者之间。通过增设倾斜板，增大了有效沉降面积。在同样矿浆