礦物的化學(xué)提純，是利用不同礦物在化學(xué)性質(zhì)上的差異，采用化學(xué)方法或化學(xué)方法與物理方相結合來(lái)實(shí)現礦物的分離或提純。主要應用于一些純度要求很高，且機械物理選礦方式又難以達到純度要求的高附加值礦物的提純，如高純石英、高嶺土、膨潤土、硅藻土等。
非金屬礦物的酸、堿、鹽處理，主要是在相應酸、堿藥劑作用下，把可溶性礦物組分（雜質(zhì)礦物或有用礦物）浸出，使之與不溶性礦物組分（有用礦物或雜質(zhì)礦物）分離的過(guò)程。浸出過(guò)程是通過(guò)化學(xué)反應來(lái)完成的。對不同的有用礦物和雜質(zhì)礦物要采取相應的酸、堿、鹽及藥劑。
表1 常見(jiàn)酸、堿、鹽處理方法的應用范圍
1、非金屬礦酸法浸出
酸法浸出常用硫酸、鹽酸、硝酸、草酸、氫氟酸作浸出劑，其中以硫酸使用最多。
?。?）硫酸浸出
濃硫酸（H2SO4）為強氧化劑，在加熱時(shí)幾乎能氧化一切金屬。且不釋放氫，因氧化的發(fā)生是借助于未離解的硫酸分子，可將大多數硫化物氧化為硫酸鹽。
濃硫酸具有強烈的吸水作用，用它處理的黏土礦物可作吸水干燥劑。許多有機物，尤其是碳水化合物，一旦與濃硫酸接觸，會(huì )因其吸水性而發(fā)生碳化作用。濃硫酸處理黏土礦物一般是在常壓，100-105℃加熱條件下進(jìn)行。
采用硫酸浸出處理硅藻土制備高純活性二氧化硅。
?。?）氫氟酸處理
氫氟酸為無(wú)色液體，19.4℃沸騰。蒸氣有刺激臭味、極毒、價(jià)格較貴。在水中可離解成離子。
氫氟酸的特點(diǎn)是能溶解SiO2和硅酸鹽，生成氣態(tài)SiF4，故常用于制備高純SiO2或除去礦物的SiO2雜質(zhì)等。
在浸出硅石（SiO2）中的金屬雜質(zhì)時(shí)，對某些包裹細密的雜質(zhì)礦物，使用少量HF（低濃度）有助于SiO2部分溶解，以使雜質(zhì)金屬離子較易被其他藥劑浸出，如采用0.02%-0.1%的稀氫氟酸和連二亞硫酸鈉（0.02%-0.2%），在常溫下攪拌處理石英可將其Fe2O3含量從0.15%降至0.028%。
采用HF處理硅石（石英）制備超純SiO2，其過(guò)程如下：用濃HF處理浸出高品位石英砂（SiO2大于99.9%），使SiO2溶解并產(chǎn)生四氟化硅氣體，四氟化硅氣體經(jīng)收集并與水（去離子水）發(fā)生反應，沉積產(chǎn)生純凈的SiO2，其品位可達99.999%，原有的雜質(zhì)則留溶液中。
?。?）鹽酸處理
鹽酸可與多種金屬化合物反應，生成可溶性金屬氯化物，其反應能力強于稀硫酸，可浸出某些硫酸無(wú)法浸出的含氧酸鹽類(lèi)礦物。同硫酸一樣在礦物加工工業(yè)中大量應用。其缺點(diǎn)是設備防腐蝕要求較高。
石英砂的除鐵提純常采用鹽酸法或鹽酸與其他酸聯(lián)合使用，用含18%的鹽酸溶液，用量5%，處理石英砂，加熱至50-80℃，作用時(shí)間2-3h，可將其鐵（Fe2O3）含量降至0.015%。
將鹽酸（濃度為1%-10%）溶液和氟硅酸（濃度為1%-10%）一起加入到含石英砂固體20%-80%的料漿中（或用鹽酸處理經(jīng)水洗滌后，再用氟硅酸處理），在75℃至溶液沸點(diǎn)之間的溫度下處理2-3h，濾出溶液清洗去酸，可將石英砂中Fe2O3含量從0.059%降至0.0005%-0.0002%。
2、礦物的堿處理及鹽處理
?。?）氫氧化鈉
這是目前國內應用最多，也較成熟的方法，主要應用于硅酸鹽、碳酸鹽等堿金屬與堿土金屬礦物的浸出，如石墨、細粒金剛石精礦的提純等。
?。?）碳酸鈉及硫化鈉處理
碳酸鈉溶液對礦物原料的分解能力較弱，但具有較高的選擇性，且對設備的腐蝕性小，所以對碳酸鹽含量高的礦物原料仍不失為一有效的金屬離子浸出劑。常用于黏土礦物的陽(yáng)離子交換。
碳酸鈉也可同氫氧化鈉來(lái)配合使用，去除金屬氧化物效果更好。如硅砂除鐵中，在碳酸鈉中加入40%-50%濃度的NaOH，加熱100-110℃攪拌處理4-5h，經(jīng)清洗、脫水后Fe2O3含量從o.7%降至0.015%-0.025%。
?。?）氯化鈉、氯化銨
氯化鈉、氯化銨可作為浸出劑脫除礦物中的金屬雜質(zhì)。如硅砂除鐵時(shí)硅砂中加入0.1%-5%的氯化銨混合后，加熱致使氯化銨分解的溫度。加入NaCl時(shí)，將石英砂放入其溶液中浸泡，而后將砂在高溫爐中緞燒，使砂中的鐵以FeCl3形式逸出，溫度為650℃，可將Fe2O3含量從0.04%降至0.02%。
3、影響酸堿提純效果的主要因素
整個(gè)浸出過(guò)程主要包括擴散和吸附-化學(xué)反應兩大步，因此影響礦物酸堿浸出的影響因素是：
?。?）原礦性質(zhì)（礦物組成、滲透性.、孔隙度）；
?。?）操作因素（礦物粒度、浸出試劑濃度、浸出時(shí)間及浸出時(shí)的攪拌）。
礦物原料的粒度對固-液相界面及礦漿黏度有較大影響。在一定的粒度范圍內，增加細度可提高浸出速度。但過(guò)細會(huì )增加礦漿黏度，擴散阻力增大而降低浸出速度。
浸出試劑濃度是影響浸出速度的主要因素之一。浸出試劑濃度愈高，浸出速度愈大。
浸出時(shí)進(jìn)行攪拌會(huì )加速整個(gè)浸出反應的完成，其浸出速度和浸出率高。通常情況下，攪拌速度適當增加，浸出效果亦好，攪拌速度過(guò)高，會(huì )導致礦粒隨溶液的“同步”運動(dòng)，此時(shí)攪拌會(huì )失去其降低擴散層厚度的作用，且增加能耗。
4、礦物浸出工藝設備
?。?）滲濾浸出槽
依處理量的大小，槽的外殼可用不同的材質(zhì)制成。如處理量小，可用碳鋼槽或桶；處理量大時(shí)，用磚、石、水泥砌成，內襯以一定厚度的防腐層，并且不能漏液。為便于浸出液流動(dòng)，底部略向浸出液出口方向傾斜。將出口塞住后，用人工或機械將礦石（小于10mm）均勻地裝入槽內，加入配好的浸出劑，浸泡數小時(shí)或更長(cháng)時(shí)間后再放液。生產(chǎn)中可采用多個(gè)滲濾槽同時(shí)操作。
?。?）常壓攪拌浸出設備（機械攪拌浸出槽）
機械攪拌浸出槽可分為單槳和多槳攪拌兩種，機械攪拌器可采用不同的形狀，有槳葉式、旋槳式、錨式和渦輪式。
攪拌器的材質(zhì)要依浸出介質(zhì)而定，酸浸時(shí)槽體可用碳鋼，內襯橡膠、耐酸磚或聚四氟乙烯塑料；或不銹鋼槽、搪瓷槽等。堿浸時(shí)，可采用普通碳鋼槽。
攪拌槳一般為碳鋼襯膠、襯玻璃鋼或由不銹鋼制成。槽體為圓柱形，槽為圓環(huán)形或平底，中央有循環(huán)筒。攪拌槳裝在循環(huán)筒下部?？刹捎秒娂訜?，夾套加熱或蒸氣直接加熱方式，以控制浸出過(guò)程的溫度，蒸汽直接加熱時(shí)，蒸汽的冷凝會(huì )使礦漿濃度和試劑濃度發(fā)生變化。攪拌槽的容積依生產(chǎn)規模而定，機械攪拌槽一般用于生產(chǎn)規模較小的廠(chǎng)礦。
?。?）有壓攪拌浸出設備（哨式空氣攪拌加壓釜）
礦漿自釜下端進(jìn)入，與壓縮空氣混合后通過(guò)漩渦哨從噴嘴進(jìn)入釜內，呈紊流狀態(tài)在釜內上升，然后經(jīng)出料管排出。釜內礦漿的加熱或冷卻，一般采用夾套間接傳熱方式。釜內裝有事故排料管。經(jīng)高壓釜浸出后的礦漿，須將壓力降至常壓后才能送下一作業(yè)處理。
2018第三屆礦物精細加工技術(shù)高級研修班”
時(shí)間：2018.01.20-22日（周六、周日、周一）
地點(diǎn)：中國地質(zhì)大學(xué)（北京）
咨詢(xún)：18701083278（掃描下方二維碼添加）
主講老師：
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中國礦業(yè)大學(xué)（北京），鄭水林教授
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中國地質(zhì)大學(xué)（北京），丁浩教授
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中國建筑材料科學(xué)研究總院，王玉芬教授
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中國地質(zhì)大學(xué)（北京），張澤朋教授
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中國地質(zhì)大學(xué)（北京），杜高翔副教授
課程內部：包括礦物精選提純、超細粉碎、表面改性、顆粒復合、綜合利用等精深加工，涉及石英/碳酸鈣/高嶺土/膨潤土/長(cháng)石/滑石/云母/硅灰石/重晶石……
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