非金属矿酸、碱、盐提纯方法、设备及影响因素

矿物的化学提纯，是利用不同矿物在化学性质上的差异，采用化学方法或化学方法与物理方相结合来实现矿物的分离或提纯，主要应用于一些纯度要求很高，且机械物理选矿方式又难以达到纯度要求的高附加值矿物的提纯，如高纯石英、高岭土、膨润土、硅藻土等。

非金属矿物的酸、碱、盐处理，主要是在相应酸、碱药剂作用下，把可溶性矿物组分(杂质矿物或有用矿物)浸出，使之与不溶性矿物组分(有用矿物或杂质矿物)分离的过程。浸出过程是通过化学反应来完成的。对不同的有用矿物和杂质矿物要采取相应的酸、碱、盐及药剂。

表1 常见酸、碱、盐处理方法的应用范围

1、非金属矿酸法浸出

酸法浸出常用硫酸、盐酸、硝酸、草酸、氢氟酸作浸出剂，其中以硫酸使用最多。

(1)硫酸浸出

浓硫酸(H2SO4)为强氧化剂，在加热时几乎能氧化一切金属。且不释放氢，因氧化的发生是借助于未离解的硫酸分子，可将大多数硫化物氧化为硫酸盐。

浓硫酸具有强烈的吸水作用，用其处理的黏土矿物可作吸水干燥剂。许多有机物，尤其是碳水化合物，一旦与浓硫酸接触，会因其吸水性而发生碳化作用。浓硫酸处理黏土矿物一般是在常压，100-105℃加热条件下进行。

采用硫酸浸出处理硅藻土制备高纯活性二氧化硅。

(2)氢氟酸处理

氢氟酸为无色液体，19.4℃沸腾。蒸气有刺激臭味、极毒、价格较贵。在水中可离解成离子。

氢氟酸的特点是能溶解SiO2和硅酸盐，生成气态SiF4，故常用于制备高纯SiO2或除去矿物的SiO2杂质等。

在浸出硅石(SiO2)中的金属杂质时，对某些包裹细密的杂质矿物，使用少量HF(低浓度)有助于SiO2部分溶解，以使杂质金属离子较易被其他药剂浸出，如采用0.02%-0.1%的稀氢氟酸和连二亚硫酸钠(0.02%-0.2%)，在常温下搅拌处理石英可将其Fe2O3含量从0.15%降至0.028%。

采用HF处理硅石(石英)制备超纯SiO2，其过程如下：用浓HF处理浸出高品位石英砂(SiO2大于99.9%)，使SiO2溶解并产生四氟化硅气体，四氟化硅气体经收集并与水(去离子水)发生反应，沉积产生纯净的SiO2，其品位可达99.999%，原有的杂质则留溶液中。

(3)盐酸处理

盐酸可与多种金属化合物反应，生成可溶性金属氯化物，其反应能力强于稀硫酸，可浸出某些硫酸无法浸出的含氧酸盐类矿物。同硫酸一样在矿物加工工业中大量应用。其缺点是设备防腐蚀要求较高。

石英砂的除铁提纯常采用盐酸法或盐酸与其他酸联合使用，用含18%的盐酸溶液，用量5%，处理石英砂，加热至50-80℃，作用时间2-3h，可将其铁(Fe2O3)含量降至0.015%。

将盐酸(浓度为1%-10%)溶液和氟硅酸(浓度为1%-10%)一起加入到含石英砂固体20%-80%的料浆中(或用盐酸处理经水洗涤后，再用氟硅酸处理)，在75℃至溶液沸点之间的温度下处理2-3h，滤出溶液清洗去酸，可将石英砂中Fe2O3含量从0.059%降至0.0005%-0.0002%。

2、矿物的碱处理及盐处理

(1)氢氧化钠

这是目前国内应用最多，也较成熟的方法，主要应用于硅酸盐、碳酸盐等碱金属与碱土金属矿物的浸出，如石墨、细粒金刚石精矿的提纯等。

(2)碳酸钠及硫化钠处理

碳酸钠溶液对矿物原料的分解能力较弱，但具有较高的选择性，且对设备的腐蚀性小，所以对碳酸盐含量高的矿物原料仍不失为一有效的金属离子浸出剂。常用于黏土矿物的阳离子交换。

碳酸钠也可同氢氧化钠来配合使用，去除金属氧化物效果更好。如硅砂除铁中，在碳酸钠中加入40%-50%浓度的NaOH，加热100-110℃搅拌处理4-5h，经清洗、脱水后Fe2O3含量从o.7%降至0.015%-0.025%。

(3)氯化钠、氯化铵

氯化钠、氯化铵可作为浸出剂脱除矿物中的金属杂质。如硅砂除铁时硅砂中加入0.1%-5%的氯化铵混合后，加热致使氯化铵分解的温度。加入NaCl时，将石英砂放入其溶液中浸泡，而后将砂在高温炉中缎烧，使砂中的铁以FeCl3形式逸出，温度为650℃，可将Fe2O3含量从0.04%降至0.02%。

3、影响酸碱提纯效果的主要因素

整个浸出过程主要包括扩散和吸附-化学反应两大步，因此影响矿物酸碱浸出的影响因素是：

(1)原矿性质(矿物组成、渗透性.、孔隙度);

(2)操作因素(矿物粒度、浸出试剂浓度、浸出时间及浸出时的搅拌)。

矿物原料的粒度对固-液相界面及矿浆黏度有较大影响。在一定的粒度范围内，增加细度可提高浸出速度。但过细会增加矿浆黏度，扩散阻力增大而降低浸出速度。

浸出试剂浓度是影响浸出速度的主要因素之一。浸出试剂浓度愈高，浸出速度愈大。

浸出时进行搅拌会加速整个浸出反应的完成，其浸出速度和浸出率高。通常情况下，搅拌速度适当增加，浸出效果亦好，搅拌速度过高，会导致矿粒随溶液的“同步”运动，此时搅拌会失去其降低扩散层厚度的作用，且增加能耗。

4、矿物浸出工艺设备

(1)渗滤浸出槽

依处理量的大小，槽的外壳可用不同的材质制成。如处理量小，可用碳钢槽或桶;处理量大时，用砖、石、水泥砌成，内衬以一定厚度的防腐层，并且不能漏液。

为便于浸出液流动，底部略向浸出液出口方向倾斜。将出口塞住后，用人工或机械将矿石(小于10mm)均匀地装入槽内，加入配好的浸出剂，浸泡数小时或更长时间后再放液。

生产中可采用多个渗滤槽同时操作。

(2)常压搅拌浸出设备(机械搅拌浸出槽)

机械搅拌浸出槽可分为单桨和多桨搅拌两种，机械搅拌器可采用不同的形状，有桨叶式、旋桨式、锚式和涡轮式。

搅拌器的材质要依浸出介质而定，酸浸时槽体可用碳钢，内衬橡胶、耐酸砖或聚四氟乙烯塑料;或不锈钢槽、搪瓷槽等。碱浸时，可采用普通碳钢槽。

搅拌桨一般为碳钢衬胶、衬玻璃钢或由不锈钢制成。槽体为圆柱形，槽为圆环形或平底，中央有循环筒。搅拌桨装在循环筒下部。

可采用电加热，夹套加热或蒸气直接加热方式，以控制浸出过程的温度，蒸汽直接加热时，蒸汽的冷凝会使矿浆浓度和试剂浓度发生变化。搅拌槽的容积依生产规模而定，机械搅拌槽一般用于生产规模较小的厂矿。

(3)有压搅拌浸出设备(哨式空气搅拌加压釜)

 矿浆自釜下端进入，与压缩空气混合后通过漩涡哨从喷嘴进入釜内，呈紊流状态在釜内上升，然后经出料管排出。釜内矿浆的加热或冷却，一般采用夹套间接传热方式。釜内装有事故排料管。经高压釜浸出后的矿浆，须将压力降至常压后才能送下一作业处理。