矿物加工中化学药剂的重要作用

关键词：药剂大量湿法物质

“药剂”在字典中定义为“能发生化学反应的试剂”或“能在化学反应中对另一种物质起作用的物质”。在实际的矿物加工和湿法冶金工业中, 应用了大量药剂, 从大量的无机物到特殊合成的聚合物和萃取剂。本文的目的是说明所用药剂的多样性, 并简单叙述药剂的使用方法和应用的地点。

1 无机药剂

在矿物加工中应用的最大量的无机药剂是石灰和硫酸。石灰是工业上万能的药剂, 可用作pH调整剂、凝结剂、重金属沉淀剂、苛化剂和黄铁矿的抑制剂。硫酸也用作pH调整剂, 但是, 更多的是用于氧化铜矿、含镍红土矿、锌焙砂、钛铁矿和铀矿的浸出剂。用量较大的另外两种无机药剂是氰化钠 (或氰化钙) 和氢氧化钠。氰化物是金矿石的万能浸出剂, 它首次于1898年用于新西兰金矿的氰化中。但它有时也用于浮选中。氢氧化钠在几个过程中用于pH值调整剂和在拜耳法中用于从铝土矿中浸出氧化铝。

在矿物加工业中还应用很多其它种类无机药剂, 尽管其用量比上述药剂要少些。但是, 它们对提高处理过程的效率可能是很重要的。主要无机药剂的种类和用途列举包括如下。

(1) 氰化钠可以作为黄铁矿和闪锌矿的抑制剂。

(2) 硅酸钠可以作为矿泥分散剂。

(3) 氟硅酸钠可以作为萤石和硅酸盐矿物的抑制剂。

(4) 硫酸锌和硫酸铜可以作为闪锌矿的去活化剂和活化剂。

(5) 硫化钠可以作为黄铁矿、闪锌矿的氧化的方铅矿的抑制剂。

(6) 重铬酸钾可以作为方铅矿的抑制剂。

(7) 高锰酸钾可以作为毒砂和磁黄铁矿的抑制剂等等。

2 溶剂萃取剂

溶剂萃取剂是具有高特效性的药剂, 它的产量不大, 但价值高, 近年来它的用量比其它药剂增长快。一年从氧化铜矿石中由溶剂萃取法生产出200万t金属铜。其重要性越来越大的红土镍矿加工也用萃取法。

铜矿加工中所用的萃取剂是螯合剂, 它含有对铜很特效的配位基。它们一般是羟肟酸, 早期主要以酮肟为基础, 如苯酚肟, 最近主要以醛肟 (水杨醛肟) 为基础。用磷酸基的萃取剂分离钴与镍。

3 合成的聚合药剂

大量的合成聚合物用于矿物加工和湿法冶金中, 它们是以丙烯酸化学为基础。聚合物在分子结构方面是多种多样的, 它们在工业上有很多用途自20世纪60年代发现这种聚合物以来, 它们的应用范围迅速扩大。下面将叙述它们的主要应用尽管在矿物工业中还有一些次要的应用。

3.1 絮凝剂和凝结剂

以聚丙烯酰胺为基础的絮凝剂是有机药剂最多的种类。聚丙烯酰胺分子可以剪裁, 以适应矿物加工中多种多样的固液分离条件。聚丙烯酰胺分子中的各种阳离子和阴离子官能团的取代可得到多种药剂, 以有效地处理各种矿浆, 从单组分矿物到多组分矿物, 从低固体浓度悬浮液到高固体浓度悬浮液, 从低可溶性固体到高可溶性固体, 从低pH值到高pH值。控制分子量从500万Da到2500万Da, 可成功地将它用于各种固液分离设备-澄清器、浓缩机、过滤机和离心机中。一些新型合成聚合物正在开发之中。在丙烯酸和聚DADMAC (二烯丙基二甲基氯化铵) 凝结剂中, 下面讨论的聚丙烯酰胺絮凝剂占有矿物加工絮凝剂市场95%份额。

当今矿物工业中所采用的主要凝结剂是以聚DADMAC和季铵化的聚胺为基础的。这些产品经常称作粗絮结剂, 因为它们一般在聚丙烯酰胺基的絮凝剂之前添加。这种凝结剂具有强阳离子特性, 分子量比较小 (<1MDa) 。它的主要作用机理是发生电中和, 尽管也发生桥联作用。在矿物工业中过去应用的很多无机凝结剂已被合成的凝结剂所取代。

3.2 团聚剂 (粘结剂)

以聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素钠为基础的聚合物已经取代了铁矿石制球中所用的膨润土。合成粘结剂可提高球团湿式和干式强度, 可使球团具有优良的抗干裂性和其它表面性质。此外, 合成粘结剂可防止硅石添加到球团中, 这对炼钢中的铁直接还原是非常重要的。合成粘结剂也扩大用于其它非铁精矿, 包括其它团聚法 (如各种基质的压球) 中。

3.3 分散剂和助磨剂

分散剂起到与絮凝剂相反的作用, 它吸附在矿物表面上, 使它成为单个的颗粒。很多分散剂是以低分子量的聚丙烯酸钠为基础的。分散剂用于造纸和陶瓷制造中的黏土碎片的分散, 矿物颜料分散和高黏土含量金矿石的流变性质的调节。分散可降低磨矿过程中矿浆的黏度, 促进磨矿过程进行。助磨剂可以有效地细磨固体含量高的矿物, 提高磨机的处理量和减少磨机的台数。

3.4 防垢剂

在应用石灰、碳酸钙或方解石的操作中, 结垢可能是一个主要问题。例如, 在金矿石加工过程中, 管道流动受阻、筛子结垢和在活性炭孔隙上再沉淀使得过程效率降低。在堆浸操作中, 喷洒装置也会堵塞。在有意用硫酸浸出时或氧化硫化矿石过程中产生硫酸时, 这些硫酸与碳酸钙反应会产生与碳酸钙类似的石膏。将少量防垢剂添加到过程液流中, 可以防止过程中断和提高过程效率。大多数主要的防垢剂都是以低分子量 (<10000Da) 的聚丙烯酸钠为基础的。一些防垢剂还含有磷酸盐成份。防垢剂用量小于化学计量的添加量, 使大部分结垢物存在于溶液中, 防止它们沉淀。防垢剂的作用机理包括结晶核的破坏、团聚体的分散和晶体变形等联合作用来防止颗粒附着。除了对矿物加工和湿法冶金液流直接应用外, 防垢剂还广泛用于矿山当地的能源和热力设施中。

3.5 流变学调节和尾矿固定

应用聚丙烯酰胺和其它合成聚合物分子为基础的新兴技术已将视线转移到可泵送的高固体矿浆和可堆存的逐步脱水的尾矿。降低尾矿坝脚的高度和延长尾矿坝的寿命是这个技术的主要优点。

4 药剂的其它用途

上面没有提到的药剂的其它用途主要包括以下几点。

(1) 粉尘抑制剂可以作为生物杀灭剂。

(2) 脱水促进剂可以作为乳化剂。

(3) 抗起泡剂可以作为阴极平滑促进剂。

(4) 溶剂稀释剂或负载剂可以作为整平剂。

(5) 油混合剂可以作为雾气抑制剂。

(6) 润湿剂可以作为重金属沉淀剂等。

矿物加工和湿法冶金工业在泡沫浮选、固液分离和溶剂萃取中应用多种无机药剂、天然来源的有机药剂和合成的有机药剂。在比较特效的药剂中, 用量最多的是絮凝剂和凝结剂、浮选起泡剂和硫化矿物的捕收剂。产量比较小, 但特效的高价值的药剂是萃取剂。而这些化学药剂在矿物加工中的作用越来越突出, 也越来越大。充分的使用化学药剂, 势必会更好的促进矿物加工的发展。

摘要：在矿物加工中, 化学药剂所起到的作用是很大的。本文简要介绍了几种在矿物加工的化学药剂, 包括无机物, 集合物和萃取物等, 简要的描述了其反应机理, 和在矿物加工中所起到的作用。

关键词：矿物加工,化学药剂,无机物,萃取物