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化学药剂在矿物加工中的应用探讨

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摘要:随着经济社会的发展,人们对于矿区资源的需求不断增加,矿物生产加工期间,化学药剂的使用是一个重要环节,直接影响加工效率和产品质量。要想正确使用不同的药剂,应该了解各自的化学特性、反应机理,从而充分发挥出功能作用。本文从无机药剂、溶剂萃取药剂、合成聚合药剂、浮选药剂4个方面,介绍了在矿物加工中的应用,以供参考。

关键词:矿物加工;化学药剂;作用;应用

药剂指的是可以发生化学反应的试剂,能在化学反应过程中,改变其他物质的形态或特性。随着科学技术的进步,矿物加工产业也在不断创新,其中化学药剂的使用比较普遍,一方面能加快反应进程,提高矿物加工效率;另一方面能改善产品的性能质量,有效降低生产成本。了解不同化学药剂的特性,才能合理地使用在矿物加工中,既满足国家技术标准规范,又不会产生环境污染,获得经济效益和社会效益的最大化。以下对此进行探讨。

1无机药剂的应用

在矿物加工中,硫酸、石灰、氰化物、氢氧化钠是4种常用的无机药剂。其中,硫酸可以调节pH值,并且作为铁矿、铜矿的浸出剂使用;石灰被称为万能试剂,可作为沉淀剂、凝结剂、抑制剂等使用;氰化钠或氰化钙用于金矿石中是有效的浸出剂,也可用在浮选上;氢氧化钠则能调节pH值,在铝土矿中作为浸出剂使用。其他无机药剂的使用虽然较少,但是能加快矿物加工速度,因此应用价值较高,举例如下:①硅酸钠,是矿泥的分散剂;②氨水,是镍的浸出剂;③明矾,是澄清剂;④连二亚硫酸锌,是漂白剂;⑤重络酸钾,是方铅矿的抑制剂;⑥硫酸锌,是闪锌矿的去活化剂等。

2溶剂萃取药剂的应用

溶剂萃取剂的用量不大,但效果突出,在氧化铜矿石中应用溶剂萃取剂,每年可以生产出200万吨铜金属,在红土镍矿中也有使用。以铜矿加工为例,萃取剂主要是螯合剂,配位基是羟肟酸,早期以酮肟为基础,现在以醛肟为基础。利用磷酸基萃取剂对钴、镍进行分离。

3合成聚合药剂的应用

3.1絮凝剂

在所有絮凝剂中,以聚丙烯酰胺为基础的种类较多,在絮凝剂市场中占比95%。该分子能够剪裁,因此适用于固液分离操作中。在聚丙烯酰胺分子中,阳离子和阴离子的官能团相互取代,可以对矿浆进行处理,从单组分变为多组分,从低浓度变为高浓度,从低pH值变为高pH值等。丙烯酰胺和乙烯加成后,就能得到聚丙烯酰胺;丙烯酰胺和DMAEA聚合后,就能得到阳离子絮凝剂。在矿物加工中,该凝结剂的分子量小,具有强阳离子特性,功能是促进电中和,产生桥联作用,目前合成凝结剂已经基本取代了无机凝结剂。

3.2黏结剂

在铁矿石制球中,以往会用到膨润土,但现在则使用聚合物,以聚丙烯酰胺和羟甲基纤维素钠为基础。这种合成的粘结剂,能提高球团的强度,获得更好的表面性质,增强抗裂性能。此外,合成黏结剂在炼钢中的铁还原中具有重要作用,能防止硅石进入球团。

3.3分散剂

分散剂和絮凝剂的功能相反,通过吸附在矿物表面,促使其成为单个颗粒,大多以聚丙烯酸钠为基础。将其用于陶瓷制作和造纸工艺中,可以分散黏土碎片、矿物颜料,并调节金矿石的流变性质;用于矿浆处理中,可以降低矿浆黏度,加快磨矿进程。此外,助磨剂能细磨矿浆,减少磨机数量,提高处理效率。

3.4防垢剂

石灰、方解石、碳酸钙在加工期间,很容易出现结垢现象。以金矿石加工为例,筛子结垢会导致管道受阻,并且沉淀在活性炭孔隙上,影响加工效率。使用硫酸氧化硫化矿石,硫酸和碳酸钙会发生反应生成石膏。对此,使用少量防垢剂,可以避免结垢现象发生,从而提高加工效率。目前,多数防垢剂都是以聚丙烯酸钠为基础,部分防垢剂还添加了磷酸盐。分析其作用机理,是破坏结晶核、分散团聚体,促使晶体变形,从而避免颗粒附着。当然,除了在矿物加工、湿法冶金中应用以外,防垢剂也被用在能源和热力设施中。

4浮选药剂的应用

4.1起泡剂

从结构上看,起泡剂具有中等长度的羟链,极性基团,属于高分子化合物,对水、空气均具有亲和性。极性基团是羟基,以醇、二醇的形式存在,其HLB值在6~8,作用原理是降低水、气界面张力,从而形成气泡。此外,起泡剂还有以下作用:①起泡剂和捕收剂共同使用,能吸附在水或矿物的界面上,减少捕收剂的使用量,有利于矿物的浮选。②起泡剂和捕收剂共同存在于溶液的胶束中,由于静电斥力减弱,降低了捕收剂的胶束浓度,有利于胶束的形成。③起泡剂和捕收剂离子结合,能吸附在气泡的外表面。图2是常用的起泡剂分子结构,一般情况下,水溶性的二醇基起泡剂,具有更强的起泡性能;水不溶的醇基起泡剂,则具有更好的选择性。

4.2有机抑制剂

有机抑制剂主要分为两类:一是多糖类,例如古尔胶、淀粉、糊精、CMC;二是多酚类,例如烤胶、木质素、含羞草属。这些抑制剂的共同特点是在分子、离子、羟基中,含有多个OH基。将其应用在矿物加工中,能防止捕收剂吸附在表面上,提高亲水性,建立水化屏障。此外,部分抑制剂可以作为分散剂使用,能调整泡沫。多糖类以淀粉为例,在磷酸基团的作用下,可以增强赤铁矿的亲和力;多酚类以木质素为例,可以作为含碳物质、硫化铜、硫化铁的抑制剂。

4.3硫化矿类捕收剂

该类捕收剂的特点,是以二价硫为基础、短羟链,具有一定的疏水性。硫化矿物的浮选,在铜矿、锌矿、铅矿、镍矿的加工处理中应用普遍,烷基黄药和二硫代磷酸盐,是常用的捕收剂类型,共同特征是气味特殊,一旦添加在磨机中,人们就会嗅出气味的不同。实践证实,浮选操作中的难点,是如何提高硫化矿物的回收率,并降低黄铁矿的上浮率,对此应该选择合适的药剂。此外,选择两种捕收剂联合使用,例如黄药和黑药,能提高精矿的回收率和品位。

4.4脂肪酸类捕收剂

该类捕收剂的特点是具有长羟链,属于羟酸混合物。其中羟链疏水,极性羟基则亲水,因此脂肪酸分子具有表面活性剂的性质。由于脂肪酸类捕收剂具有起泡功能,使用时可不用联合起泡剂。该类捕收剂主要用于萤石矿石、磷酸盐矿石的浮选,也能在玻璃砂中去除氧化铁。脂肪酸分子中含有羟基,在酸性环境下不溶于水,在碱性环境下则溶于水,生成羟酸阴离子:RCOOH+OH-=RCOO-+H2O。目前常用的脂肪酸类捕收剂,是以塔尔油为基础,其中活性组分是C18脂肪酸,缺点在于含有松香酸,会降低脂肪酸的选择性。因此,使用时应该控制松香酸的含量,从而提高捕收剂的选择性。

4.5胺类阳离子捕收剂

该类捕收剂包括以下几种:①脂肪胺RNH2,呈现为固体或膏状;②脂肪二胺RNH2(CH2)3•NH2,呈现为固体或膏状;③醚胺R-O(CH2)3•NH2,呈现为液体;④醚二胺R-O(CH2)3•(CH2)3•NH2,呈现为液体;⑤氨缩合物和吗啉。其中,脂肪胺、脂肪二胺,主要用在钾盐矿物中;醚胺、醚二胺的选择性高,在水中具有良好的分散性,多用于铁矿石的反浮选中;氨缩合物则用在磷酸盐矿石的浮选中。

结语

矿物加工中离不开化学药剂,文中分别介绍了无机药剂、溶剂萃取药剂、合成聚合药剂、浮选药剂的类型和作用。这些药剂的合理使用,可以提高矿物加工效率,提升产品性能质量,一方面促进矿物加工企业健康发展,另一方面满足经济社会的使用需求。

参考文献

[1]武良光,栾彦娜.矿物加工中化学药剂的应用[J].科技创新导报,2014,11(9):226.

[2]张杰,刘龙利,吴桂叶,等.硫化矿有机抑制剂的研究进展[J].现代矿业,2014(3):103-106.

作者:李红新 单位:长春黄金设计院

化学药剂在矿物加工中的应用探讨责任编辑:张雨    阅读:人次