化學(xué)藥劑在礦物加工中的應(yīng)用分析

李紅新

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于礦區(qū)資源的需求不斷增加，礦物生產(chǎn)加工期間，化學(xué)藥劑的使用是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，直接影響加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。要想正確使用不同的藥劑，應(yīng)該了解各自的化學(xué)特性、反應(yīng)機(jī)理，從而充分發(fā)揮出功能作用。本文從無(wú)機(jī)藥劑、溶劑萃取藥劑、合成聚合藥劑、浮選藥劑4個(gè)方面，介紹了在礦物加工中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：礦物加工；化學(xué)藥劑；作用；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TD923 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

藥劑指的是可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的試劑，能在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，改變其他物質(zhì)的形態(tài)或特性。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，礦物加工產(chǎn)業(yè)也在不斷創(chuàng)新，其中化學(xué)藥劑的使用比較普遍，一方面能加快反應(yīng)進(jìn)程，提高礦物加工效率；另一方面能改善產(chǎn)品的性能質(zhì)量，有效降低生產(chǎn)成本。了解不同化學(xué)藥劑的特性，才能合理地使用在礦物加工中，既滿足國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，又不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，獲得經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的最大化。以下對(duì)此進(jìn)行探討。

1 無(wú)機(jī)藥劑的應(yīng)用

在礦物加工中，硫酸、石灰、氰化物、氫氧化鈉是4種常用的無(wú)機(jī)藥劑。其中，硫酸可以調(diào)節(jié)pH值，并且作為鐵礦、銅礦的浸出劑使用；石灰被稱為萬(wàn)能試劑，可作為沉淀劑、凝結(jié)劑、抑制劑等使用；氰化鈉或氰化鈣用于金礦石中是有效的浸出劑，也可用在浮選上；氫氧化鈉則能調(diào)節(jié)pH值，在鋁土礦中作為浸出劑使用。其他無(wú)機(jī)藥劑的使用雖然較少，但是能加快礦物加工速度，因此應(yīng)用價(jià)值較高，舉例如下：

①硅酸鈉，是礦泥的分散劑；

②氨水，是鎳的浸出劑；

③明礬，是澄清劑；

④連二亞硫酸鋅，是漂白劑；

⑤重絡(luò)酸鉀，是方鉛礦的抑制劑；

⑥硫酸鋅，是閃鋅礦的去活化劑等。

2 溶劑萃取藥劑的應(yīng)用

溶劑萃取劑的用量不大，但效果突出，在氧化銅礦石中應(yīng)用溶劑萃取劑，每年可以生產(chǎn)出200萬(wàn)噸銅金屬，在紅土鎳礦中也有使用。以銅礦加工為例，萃取劑主要是螯合劑，配位基是羥肟酸，早期以酮肟為基礎(chǔ)，現(xiàn)在以醛肟為基礎(chǔ)。利用磷酸基萃取劑對(duì)鈷、鎳進(jìn)行分離，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 合成聚合藥劑的應(yīng)用

3.1 絮凝劑

在所有絮凝劑中，以聚丙烯酰胺為基礎(chǔ)的種類較多，在絮凝劑市場(chǎng)中占比95%。該分子能夠剪裁，因此適用于固液分離操作中。在聚丙烯酰胺分子中，陽(yáng)離子和陰離子的官能團(tuán)相互取代，可以對(duì)礦漿進(jìn)行處理，從單組分變?yōu)槎嘟M分，從低濃度變?yōu)楦邼舛龋瑥牡蚿H值變?yōu)楦遬H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，就能得到陽(yáng)離子絮凝劑。在礦物加工中，該凝結(jié)劑的分子量小，具有強(qiáng)陽(yáng)離子特性，功能是促進(jìn)電中和，產(chǎn)生橋聯(lián)作用，目前合成凝結(jié)劑已經(jīng)基本取代了無(wú)機(jī)凝結(jié)劑。

3.2 黏結(jié)劑

在鐵礦石制球中，以往會(huì)用到膨潤(rùn)土，但現(xiàn)在則使用聚合物，以聚丙烯酰胺和羥甲基纖維素鈉為基礎(chǔ)。這種合成的粘結(jié)劑，能提高球團(tuán)的強(qiáng)度，獲得更好的表面性質(zhì)，增強(qiáng)抗裂性能。此外，合成黏結(jié)劑在煉鋼中的鐵還原中具有重要作用，能防止硅石進(jìn)入球團(tuán)。

3.3 分散劑

分散劑和絮凝劑的功能相反，通過(guò)吸附在礦物表面，促使其成為單個(gè)顆粒，大多以聚丙烯酸鈉為基礎(chǔ)。將其用于陶瓷制作和造紙工藝中，可以分散黏土碎片、礦物顏料，并調(diào)節(jié)金礦石的流變性質(zhì)；用于礦漿處理中，可以降低礦漿黏度，加快磨礦進(jìn)程。此外，助磨劑能細(xì)磨礦漿，減少磨機(jī)數(shù)量，提高處理效率。

3.4 防垢劑

石灰、方解石、碳酸鈣在加工期間，很容易出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。以金礦石加工為例，篩子結(jié)垢會(huì)導(dǎo)致管道受阻，并且沉淀在活性炭孔隙上，影響加工效率。使用硫酸氧化硫化礦石，硫酸和碳酸鈣會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成石膏。對(duì)此，使用少量防垢劑，可以避免結(jié)垢現(xiàn)象發(fā)生，從而提高加工效率。目前，多數(shù)防垢劑都是以聚丙烯酸鈉為基礎(chǔ)，部分防垢劑還添加了磷酸鹽。分析其作用機(jī)理，是破壞結(jié)晶核、分散團(tuán)聚體，促使晶體變形，從而避免顆粒附著。當(dāng)然，除了在礦物加工、濕法冶金中應(yīng)用以外，防垢劑也被用在能源和熱力設(shè)施中。

4 浮選藥劑的應(yīng)用

4.1 起泡劑

從結(jié)構(gòu)上看，起泡劑具有中等長(zhǎng)度的羥鏈，極性基團(tuán)，屬于高分子化合物，對(duì)水、空氣均具有親和性。極性基團(tuán)是羥基，以醇、二醇的形式存在，其HLB值在6～8，作用原理是降低水、氣界面張力，從而形成氣泡。此外，起泡劑還有以下作用：

①起泡劑和捕收劑共同使用，能吸附在水或礦物的界面上，減少捕收劑的使用量，有利于礦物的浮選。

②起泡劑和捕收劑共同存在于溶液的膠束中，由于靜電斥力減弱，降低了捕收劑的膠束濃度，有利于膠束的形成。

③起泡劑和捕收劑離子結(jié)合，能吸附在氣泡的外表面。圖2是常用的起泡劑分子結(jié)構(gòu)，一般情況下，水溶性的二醇基起泡劑，具有更強(qiáng)的起泡性能；水不溶的醇基起泡劑，則具有更好的選擇性。

4.2 有機(jī)抑制劑

有機(jī)抑制劑主要分為兩類：一是多糖類，例如古爾膠、淀粉、糊精、CMC；二是多酚類，例如烤膠、木質(zhì)素、含羞草屬。這些抑制劑的共同特點(diǎn)是在分子、離子、羥基中，含有多個(gè)OH基。將其應(yīng)用在礦物加工中，能防止捕收劑吸附在表面上，提高親水性，建立水化屏障。此外，部分抑制劑可以作為分散劑使用，能調(diào)整泡沫。多糖類以淀粉為例，在磷酸基團(tuán)的作用下，可以增強(qiáng)赤鐵礦的親和力；多酚類以木質(zhì)素為例，可以作為含碳物質(zhì)、硫化銅、硫化鐵的抑制劑。

4.3 硫化礦類捕收劑

該類捕收劑的特點(diǎn)，是以二價(jià)硫?yàn)榛A(chǔ)、短羥鏈，具有一定的疏水性。硫化礦物的浮選，在銅礦、鋅礦、鉛礦、鎳礦的加工處理中應(yīng)用普遍，烷基黃藥和二硫代磷酸鹽，是常用的捕收劑類型，共同特征是氣味特殊，一旦添加在磨機(jī)中，人們就會(huì)嗅出氣味的不同。實(shí)踐證實(shí)，浮選操作中的難點(diǎn)，是如何提高硫化礦物的回收率，并降低黃鐵礦的上浮率，對(duì)此應(yīng)該選擇合適的藥劑。此外，選擇兩種捕收劑聯(lián)合使用，例如黃藥和黑藥，能提高精礦的回收率和品位。

4.4 脂肪酸類捕收劑

該類捕收劑的特點(diǎn)是具有長(zhǎng)羥鏈，屬于羥酸混合物。其中羥鏈?zhǔn)杷?，極性羥基則親水，因此脂肪酸分子具有表面活性劑的性質(zhì)。由于脂肪酸類捕收劑具有起泡功能，使用時(shí)可不用聯(lián)合起泡劑。該類捕收劑主要用于螢石礦石、磷酸鹽礦石的浮選，也能在玻璃砂中去除氧化鐵。脂肪酸分子中含有羥基，在酸性環(huán)境下不溶于水，在堿性環(huán)境下則溶于水，生成羥酸陰離子：RCOOH+OH-=RCOO-+H2O。目前常用的脂肪酸類捕收劑，是以塔爾油為基礎(chǔ)，其中活性組分是C18脂肪酸，缺點(diǎn)在于含有松香酸，會(huì)降低脂肪酸的選擇性。因此，使用時(shí)應(yīng)該控制松香酸的含量，從而提高捕收劑的選擇性。

4.5 胺類陽(yáng)離子捕收劑

該類捕收劑包括以下幾種：

①脂肪胺RNH2，呈現(xiàn)為固體或膏狀；

②脂肪二胺RNH2（CH2）3·NH2，呈現(xiàn)為固體或膏狀；

③醚胺R-O（CH2）3·NH2，呈現(xiàn)為液體；

④醚二胺R-O（CH2）3·（CH2）3·NH2，呈現(xiàn)為液體；

⑤氨縮合物和嗎啉。其中，脂肪胺、脂肪二胺，主要用在鉀鹽礦物中；醚胺、醚二胺的選擇性高，在水中具有良好的分散性，多用于鐵礦石的反浮選中；氨縮合物則用在磷酸鹽礦石的浮選中。

結(jié)語(yǔ)

礦物加工中離不開化學(xué)藥劑，文中分別介紹了無(wú)機(jī)藥劑、溶劑萃取藥劑、合成聚合藥劑、浮選藥劑的類型和作用。這些藥劑的合理使用，可以提高礦物加工效率，提升產(chǎn)品性能質(zhì)量，一方面促進(jìn)礦物加工企業(yè)健康發(fā)展，另一方面滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)的使用需求。

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