化学浸出-萃取-电积法工艺

浸出-萃取-电积法不仅能在矿山现场从矿石中生产出高质量的阴极矿,而且初期投资和生产成本均较常规的选矿和火法冶炼低,因此,目前该法在北美和南美国家得到迅速普及。在国内,采用常规浮选法的大规模矿山为提高成本竞争力,最近也开始部分或全部采用溶剂萃取-电积法。

下面以铜为例，就铜矿石溶浸技术与铜的有机萃取的发展两个方面作简要评述。

铜的酸浸出

从废铜矿、贫铜矿、氧化矿或浮选尾矿等物料中溶浸铜是目前铜溶浸处理的主要对象。针对铜矿峪铜矿难采难选低品位氧化铜矿石和自然崩落法采矿塌陷区含铜废石,采用地下溶浸工艺对铜资源进行回收,生产出了高质量阴极铜，于此类似，烟台鑫海公司矿山设计院用全泥氰化炭浆工艺回收金，得到较高的品位和回收率，受到业界好评。

铜的萃取剂

用溶剂萃取-电积法(SX-EW)生产铜,是有色金属工业应用溶剂萃取技术最成功的例子之一。由于近几年来高效萃取剂的发展,萃取容量增加、速度提高及反萃效率的改善,萃取及反萃作业的段数已减少为逆流萃取二段、反萃一段,从反萃作业得到的有机萃液可直接返回萃取作业,而富铜电解液中混入的有机萃取剂可用浮选法仅添加起泡剂就可回收,因此萃取剂的消耗量可以减少。

稀有金属的化学选矿

稀有金属的化学选矿主要包括钨、钼、钽、铌、稀土等的化学选矿,其中以稀土的化学选矿引人瞩目。

风化壳淋积型稀土矿,是我国特有的离子吸附型稀土矿产资源,广泛分布于我国南方等省区,由于此类矿石采用常规的物理选矿方法无法使稀土富集为相应的稀土矿物精矿,化学浸取技术便成为提取此类稀土矿物的唯一技术。经过多年的研究,我国在此类矿种的开发研究方面取得了极大的进展,尤其是离子型稀土矿原地浸矿新工艺的出现,解决了稀土矿原采用的池浸工艺存在的水土流失、环境污染、资源利用率低等问题,为稀土矿山开发开创了崭新的局面。对此,文献综述了该类稀土矿床的类型与特征和目前采用的各种开采方法与提取工艺,并重点阐述了用原地溶浸法开采离子吸附型稀土矿的浸析机理和开采过程中采用的主要技术措施。另外,文献还指出风化壳淋积型稀土的化学提取技术的发展方向主要是原地浸矿工艺的完善、稀土母液中稀土离子的沉淀率的提高及沉淀过程中稀土晶体颗粒尺寸的控制等几个方面。

为了提高风化壳淋积型稀土矿浸出时的浸出效率,减少浸出剂用量,缩短浸出时间,水系磁化强化浸出风化壳淋积型稀土矿的新技术能在浸出过程中,采用磁场强化浸出,不仅可以提高浸出率,而且(NH4)2SO4的淋洗浓度还可适当降低,即可降低浸取剂的用量,每吨原矿可减少用量10%~15%,浸取时间也可缩短2h左右,在实际生产中相应提高了矿山的处理能力。将磁处理技术应用于此沉淀过程可提高草酸稀土的纯度,减少草酸的消耗量,从而为降低离子型稀土矿山的生产成本,增加稀土的有效回收提供了一种新工艺。

但化学选矿处理的一般为有用组分含量低、杂质组分和有害组分含量高、组成复杂的难选矿物原料。冶金过程处理的原料为选矿产出的精矿，其有用组分含量高、 杂质和有害组分含量较低，组成较简单。因此，选择具体工艺时，化学选矿常采用不同于冶金过程常用工艺的方法，处理价值较低的矿物原料才能获得一定的经济效益。化学选矿过程只产出化学精矿，冶金过程则产出适于用户使用的金属。化学选矿属于物理选矿和传统冶金之间的过渡性学科，是组成现代矿物工程学的主要部分之一，属于选矿的范畴。1960年国际选矿会议将化学选矿与破碎、筛分、重选、电选、磁选、浮选等并列；法国于1977年将化学选矿定名为湿法化学选矿；化学选矿过程通常涉及矿物的化学热处理、水溶液化学处理和电化学处理等各种作业。其原则流程一般包括原料准备、矿物原料焙烧、矿物浸出、 固液分离、浸出液处理等5个主要作业。但一个具体的化学选矿过程并不一定包括上述全部作业，如有时采用炭浆法、炭浸法、树脂矿浆法、矿浆直接电积法或物理选矿法从浸出矿浆中提取有用组分，即可省去固液分离和净化作业，将浸出、净化和制取化学精矿等作业结合在一起进行。

原料准备包括原料的破碎、筛分、磨矿、分级、配料混匀等作业。目的是将原料碎磨至一定粒度，为后续作业准备细度、浓度合适的矿浆或混合料，以使物料分解更完全。有时需预先用物理选矿法除去某些有害杂质，预先富集有用矿物，使矿物原料与化学药剂配料、混匀，为后续作业创造较有利的条件。焙烧使有用矿物转变为易浸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，且可改变原料的结构构造，为其进入后续作业作好准备。浸出根据原料性质和工艺要求，使有用组分或杂质组分选择性地溶于浸出溶剂中，使有用组分与杂质组分分离或使有用组分相互分离。可直接浸出矿物原料，也可浸出焙烧后的焙砂、烟尘等物料。通常只浸出含量少的组分，再用相应方法从浸出液和浸出渣中回收有用组分。 难选矿物原料行化学精矿化学选矿的原则流程图固液分离采用沉降倾析、过滤和分级的方法处理浸出矿浆，以获得供后续作业处理的澄清溶液或含少量细矿粒的稀矿浆。此外，固液分离的方法还常用于化学选矿的其他作业，使沉淀悬浮物与溶液分离。 浸出液处理包括浸出液净化和制取化学精矿两部分。采用相应方法使有用组分与杂质组分相互分离，净化富集相应的有用组分，得到有用组分含量较高的净化液。随之从净化液制取化学精矿。一般采用化学沉淀法、金属呈换法、还原沉淀法、电积法和物理选矿法等从浸出液或净化液中沉淀析出化学精矿。

应用化学选矿是处理贫、细、杂等难选矿物原料和使未利用矿产资源资源化的有效方法，其分选效率比物理选矿法高。但化学选矿过程需消耗大量的化学药剂，对设备材质和固液分离等的要求均比物理选矿高。因此，在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。采用化学选矿工艺时，应尽量采用闭路流程，使药剂充分再生回收和水循环使用，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，采用多种选矿方法处理矿物原料，以便最经济地综合利用矿产资源。

采用化学选矿的矿石多为贫细杂矿石，依据目的矿物赋存状态不同，需要考虑焙烧。焙烧是为浸出做准备，有利于目的矿物的析出。（某些元素以类质同象形式存在于矿物中，其析出需要破坏矿物晶格）；焙烧又根据添加剂不同，温度不同，压力不同而有各种分类，如：氯化焙烧，钙化焙烧，高温焙烧.....

该步骤使有用元素以离子形式进入浸出液中，为固液分离做准备，根据浸出条件不同，也有类似焙烧的分类。

使浸渣与浸出液分离。

方法（1）：置换沉淀：将目的元素沉淀，得到碳酸盐或其他易分解盐类，再次固液分离，烘干，得到化学精矿。

方法（2）：溶剂萃取：一次或多次萃取，根据萃取液性质，分离出精矿。

重选、浮选、磁选、电选等都是在没有改变矿物化学组成的情况下进行的。

化学选矿改变矿物化学组成的情况下进行的。化学选矿需要消耗大量的化学试剂。

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①原料准备阶段→物料分解阶段→产品的制取阶段

②焙烧→浸出→固液分离→净液→产品制取

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。机械：浓缩机（池）、过（压）滤机、离心机、水力旋流器。

1.焙烧是在适宜的气氛和低于物料熔点的温度条件下，使矿物原料中的目的组分矿物发生物理和化学变化的工艺过程。该过程通常是作为选矿准备作业，以使目的组分转变为易浸出或易于物理分选的形态。

2.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：还原焙烧；氧化焙烧；氯化焙烧；氯化离析；加盐焙烧；煅烧。

3.还原焙烧金属氧化物矿石等在还原剂作用下的焙烧。目的在于将物料还原为较低价的氧化物或金属，以便于分离和富集，如镍矿石还原成金属后利于浸出；贫赤铁矿还原为磁铁矿石可以磁选富集。

4.氧化焙烧利用空气中氧与硫化矿作用，将金属硫化物在空气中焙烧成金属氧化物或硫酸盐，或将低价氧化物转变为高价氧化物，有时还可脱去挥发性物质，如砷、锑、硒等。

铜的硫酸化焙烧应该温度低于650℃，氧化焙烧要高于650℃。氧化焙烧温度应高于相应硫化物的着火温度，而硫化物的着火温度与其粒度有关。实践中焙烧温度常常波动于580~850℃，一般不超过900℃

5氯化焙烧：在氯化剂存在的条件下，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。

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。

7.（1）回转窑(2)多膛焙烧炉(3)沸腾焙烧炉

焦炉煤气：是指用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体。

水煤气：是水蒸气通过炽热的焦炭而生成的气体。（还原效果最好）

混合煤气：以空气和水蒸气的混合气，连续通入气化炉，在高温下进行煤气化反应制得。（工业最常用）

书名：化学选矿

书号：9787302281207

作者：王洪忠

定价：22元

出版日期：2012年4月

出版社：清华大学出版社

本书从资源加工学发展的角度，介绍了化学选矿的技术原理及其应用。重点论述了矿物原料焙烧和化学浸出过程的原理、方法和典型工艺流程。阐述了资源加工过程化学沉淀、溶剂萃取、离子交换与吸附、膜分离过程、矿物微生物浸出应用的基本原理。

本书可作为大专院校矿物加工工程专业本科生的教材，也可作为冶金、化工等专业相关人员的参考书。

第1章 概论1

1.1 资源加工学的发展1

1.1.1 传统选矿学科的形成1

1.1.2 矿物加工学科的形成与发展2

1.1.3 资源加工学科的形成3

1.2 化学选矿及应用4

习题和思考题7

第2章 矿物的焙烧8

2.1 概述8

2.1.1 焙烧过程的分类8

2.1.2 焙烧炉8

2.2 还原焙烧11

2.2.1 铁矿石直接还原11

2.2.2 含镍红土矿的还原焙烧13

2.2.3 难选氧化铜矿的还原焙烧15

2.2.4 金属硫化矿的石灰强化还原16

2.3 氧化焙烧与硫酸化焙烧17

2.4 氯化焙烧19

2.5 钠盐烧结焙烧21

2.6 煅烧21

习题和思考题22

第3章 化学浸出23

3.1 概述23

3.2 常用浸出剂24

3.2.1 酸类浸出剂24

3.2.2 碱类浸出剂25

3.2.3 盐类浸出剂25

3.3 浸出原理26

3.3.1 浸出过程热力学26

3.3.2 浸出化学反应机理27

3.3.3 影响浸出过程的主要因素27

3.4 浸出方法的应用28

3.4.1 酸类浸出28

3.4.2 碱类浸出33

3.4.3 盐类浸出36

3.4.4 氯化浸出45

3.4.5 热压浸出47

化学选矿目录 3.5 浸出工艺51

3.5.1 浸出方法51

3.5.2 浸出流程52

3.5.3 浸出过程的衡量53

3.6 固液分离53

3.6.1 重力沉降54

3.6.2 过滤分离55

3.6.3 离心分离56

3.6.4 固液分离流程计算57

习题和思考题61

第4章 化学沉淀62

4.1 概述62

4.2 离子沉淀62

4.2.1 金属氢氧化物沉淀62

4.2.2 硫化物沉淀64

4.2.3 碳酸盐沉淀65

4.2.4 草酸盐沉淀65

4.3 置换沉淀66

4.3.1 置换沉淀原理66

4.3.2 常用的置换沉淀反应66

4.4 电积沉淀67

习题和思考题68

第5章 溶剂萃取69

5.1 概述69

5.2 溶液萃取的基本原理69

5.2.1 溶剂萃取的基本概念69

5.2.2 影响萃取平衡的因素74

5.3 萃取剂、稀释剂、改质剂76

5.3.1 萃取剂的分类76

5.3.2 稀释剂的作用与一般要求78

5.3.3 稀释剂对萃取剂萃取性能的影响79

5.3.4 改质剂的影响79

5.4 萃取方式和过程计算80

5.4.1 单级萃取80

5.4.2 多级错流萃取81

5.4.3 多级逆流萃取82

习题和思考题83

第6章 离子交换与吸附84

6.1 概述84

6.2 离子交换树脂84

6.2.1 离子交换树脂构造与原理84

6.2.2 离子交换树脂分类及命名86

6.3 离子交换过程的理论基础88

6.3.1 离子交换平衡88

6.3.2 离子交换选择性89

6.3.3 离子交换过程和速度90

6.4 活性炭吸附91

6.4.1 活性炭的种类及性质91

6.4.2 活性炭的吸附机理91

6.4.3 炭浆法提金工艺92

习题和思考题93

第7章 膜分离过程94

7.1 概述94

7.2 膜和膜分离过程的分类与特性94

7.2.1 膜的分类94

7.2.2 重要的膜分离过程95

7.2.3 膜的材料96

7.3 膜的基本理论97

7.3.1 膜分离过程的基本传质形式97

7.3.2 膜分离过程的机理97

习题和思考题98

第8章 矿物微生物浸出99

8.1 概述99

8.2 浸矿微生物100

8.2.1 浸矿微生物的种类、来源及生理生态特性100

8.2.2 浸矿细菌的培养基101

8.2.3 细菌的采集、分离和培养102

8.2.4 细菌生长曲线103

8.2.5 浸矿细菌驯化103

8.2.6 细菌的计量105

8.3 微生物浸出基本原理105

8.3.1 细菌浸出直接作用105

8.3.2 细菌浸出间接作用107

8.3.3 细菌浸出复合作用107

8.3.4 电位-pH图108

8.4 细菌浸出影响因素和浸出动力学108

8.4.1 细菌浸出过程的影响因素109

8.4.2 细菌浸出动力学115

习题和思考题117

参考文献118