化工工艺学第三章3.3无机化学矿物加工利用.ppt

化工工艺学 3.3无机化学矿物加工利用 3.3.1 概述 无机化工多以天然矿物资源为原料生产无机酸、碱、盐及化学肥料和其他精细无机化学品。 大多数无机化工产品都涉及到矿物的化学加工，如无机盐、硫酸、磷肥及钾肥等。此外，大多数金属在自然界状态下多以硫化物、氧化物、碳酸盐和硅酸盐等形态存在，从这些矿物中回收和生产纯金属及它们的盐类化合物也涉及到化学矿物的加工问题。 3.3.1 概述 无机化学矿物的种类繁多，主要的矿物品种有： （1）镁矿 菱镁矿、白云石、水镁石等，主要用于生产镁盐、氧化镁及耐火材料等。 （2）石灰石矿 石灰石，主要用来生产碳酸盐、钙盐及石灰。 （3）硼矿 纤维硼镁矿、硼镁铁矿，可用来加工生产硼砂、硼酸、硼及铁等。 （4）硫矿 硫磺矿、硫铁矿，用于生产硫酸和硫磺。 （5）钾矿 钾石盐、光卤石、明矾石等，用于生产钾盐、硫酸钾、硫酸铝及氧化铝等。 3.3.1 概述 （6）磷矿 氟磷灰石、氯磷灰石等，用于制备磷酸、磷肥和磷酸盐。 （7）铝矿 铝土矿、水硬铝石、水软铝石、三水铝石、膨润土、高岭土等，用于生产铝化合物、分子筛及催化剂载体。 （8）盐矿 岩盐、海盐、湖盐等，用于制造纯碱、烧碱、硫化碱、泡花碱、盐酸、氯乙烯及建筑材料等 除少数品位较高的矿物开采出来后不需经初步加工即可利用外，大多数化学矿物需经过一系列的物理或化学过程处理后才能转化为人们所需要的化工产品。 3.3.3 化学矿物加工的方法和原理 一、矿石的精选 矿石的精选是利用矿石中各组分的物理及化学性质上的差别使有用成分富集的一种方法。 精选方法主要有手选、重力选、磁选及浮选等。 1、手选 是一种人工选矿方法，即根据矿石的颜色、色泽等外表特征进行选择，以提高矿石的品位。 优点：简便易行； 缺点：需大量劳动力，仅适用于小规模生产。 一、矿石的精选 2、重力选 是利用矿石中各组分比重的差异进行选别的一种精选方法。 介质：水、有机溶剂、气流或方铅矿等配制的悬乳液。 3、磁选 是利用矿石的磁化系数的差异进行选矿的一种方法。 根据化学矿物的相对磁性，可将矿物分为： 强磁性：磁铁矿、磁黄铁矿、钛磁铁矿等。 弱磁性：赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、钛铁矿、软锰矿、 水锰矿。 非磁性：镁矿、石灰石矿、硼矿等。 一、矿石的精选 4、浮选 泡沫浮选的简称，即利用矿石中各组分被溶剂（水或其他溶剂）润湿程度的差异而进行的选矿方法。 根据作用机制不同，浮选剂可分为如下几类： （1）捕获剂 使某些矿物表面生成一层憎水薄膜，使矿物易于与气泡结合并随气泡上升。 捕获剂分子中含有极性和非极性基团，极性基团吸附在矿物表面，而非极性基团则伸向水侧使矿物具有憎水性。 一、矿石的精选 （2）起泡剂 起泡剂一般是表面活性物质，含有极性和非极性基团，能定向吸附在空气和水的界面上，极性基面向水侧，而非极性基朝向空气。 常用的起泡剂：松节油、桉树油、煤焦油、甲酚某些高级醇。 一、矿石的精选 （3）抑制剂 为增加矿石中某些非上浮组分的亲水性而使之完全沉降，提高浮选效果。 主要有水玻璃、氨水、石灰、氰化物等。 （4）调节剂 为了改变浮选介质的pH，调节其他药剂的作用，消除有害离子的影响和调节矿浆的分散度和絮凝度， 主要有石灰、碳酸钠、磷酸盐、硫化钠、硫酸等。 一、矿石的精选 （5）解毒剂 在矿物和水中往往存在一些能阻止矿物表面形成憎水膜使浮选不能进行的物质，这类物质统称为浮选毒物。 为消除或减弱它们的负面作用，通常添加石灰、纯碱、碳酸钡、硫酸锌、硫酸铁等作为解毒剂。 在选矿时，如将有用矿物成分浮入泡沫产物中，而将脉石矿物留在矿浆中，则称其为正浮选；反之，则称为反浮选。 二、矿石的热化学加工 矿石的热化学处理可分为煅烧、焙烧、烧结和熔融。 1、煅烧 煅烧是将矿石在低于熔点的温度下加热分解，除去挥发性组分的过程。 煅烧过程主要发生的物理和化学变化有： (1)热分解。除去化学结合水，CO2，NOx等挥发性杂质，在较高温度下，氧化物还可能发生固相反应，形成有活性的化合状态； (2)再结晶，可得到一定的晶形、晶体大小、孔结构和比表面；