（化学工程专业论文）caso4体系中杂质组份分离方法的研究.pdf

c a s 0 4 体系中杂质组份分离方法的研究 摘要 以安徽巢湖地区天然石膏为研究对象，针对天然石膏中主要杂质成分 m g o 、s i 0 2 ，分别配制模拟体系c a s 0 4 m g o 及c a s 0 4 s i 0 2 体系，采用浸提法 和泡沫浮选法进行c a s 0 4 的分离纯化研究，研究了浸提法、泡沫浮选法分离方 法、工艺过程、主要参数、过程热力学和动力学等。考察陶瓷膜分离技术在c a s 0 4 分离纯化中的应用，优化c a s 0 4 中m g o 、s i 0 2 的有效分离方法，为非金属矿深 加工技术的开发和分离集成技术的应用提供了基础参数。 采用溶液浸提法分离c a s 0 4 一m g o 体系中m g o 。对m g o 质量含量5 的 c a s 0 4 m g o 体系，以h 2 s 0 4 为浸提剂，在悬浆液浓度10g l 一，h 2 s 0 4 溶液浓 度为0 0 1 5m o l l ，温度2 9 8k ，搅拌速度7 0 0r m i n ，浸提时间9 0m i n 的条 件下，体系中m g o 浸提率可达9 1 1 8 ，相同操作条件下，天然石膏体系中m g o 浸提率为5 9 4 9 。浸提残液经处理后，基本符合相关国家标准。过程动力学结 果表明，液膜扩散控制模型能较好地描述浸提行为，浸提过程符合一级动力学 过程。 对泡沫浮选法分离纯化c a s 0 4 s i 0 2 体系中s i 0 2 进行了操作条件优化研究， 在p h 值7 、悬浆液浓度1 0g l 一，浮选平均泡径1 9m m ，浮选液柱高度2 8c m ， c t a b 溶液浓度0 2m m o l l 一，浮选气量0 6l r a i n ，浮选温度2 9 8k 的优化条 件下，s i 0 2 脱除率为7 4 5 3 ，相同条件下天然石膏中的s i 0 2 脱除率为7 3 3 6 。 研究范围内s i 0 2 颗粒与c t a b 的吸附行为较好地吻合f r e u n d l i c h 等温方程，s i 0 2 颗粒吸附c t a b 的行为符合拟二级动力学方程规律，其控制步骤为内扩散控制。 同时，浮选过程中c t a b 分子的气泡夹带行为符合宏观一级动力学方程，颗粒 与气泡间的黏附过程可以自发进行，表面吸附为放热过程。 采用0 【a 1 2 0 3 陶瓷膜对c a s 0 4 悬浆液进行微滤过程研究。确定了陶瓷膜微滤 的适宜条件参数为：p h 值7 、悬浆液浓度1 0g l 、错流速率1 4 5 0m s 、操作压 力0 1 5m p a 、温度3 0 8k 。同时，分别研究了湍流促进器和亲水性高分子物对 c a s 0 4 悬浆液微滤过程的强化作用，螺旋式湍流促进器强化结果显示，采用膜 内圈通道布置螺间距4m m 、外径3 4m m 的结构与膜外圈布置通道螺间距8m m 、 内径3 4m m 结构的组合强化方式下，为效果强化最佳，膜通量提高了2 3 7 6 ， 机械能损失仅为2 6 0 6j k g 。 关键词：c a s 0 4 浸提法泡沫浮选陶瓷膜分离分离纯化 s t u d yo nm e t h o d ss e p a r a t i o no fi m p u r i t yf r o mc a s 0 4 m i x t u r es y s t e m a b s t r a c t t h er e s e a r c hf o c u s e du p o np u r i f i c a t i o na n ds e p a r a t i o no fc a s 0 4f r o mn a t u r a l g y p s u m ( f r o mc h a o h u ，a n h u ip r o v i n c e ，p r c h i n a ) t w ok i n d so fi m p u r i t i e s ， m g oa n ds i 0 2 ，w e r ec h o s e nt os i m u l a t et h ep r o c e s s l e a c h i n ga n df o a mf l o t a t i o n w e r es e l e c t e da st w om e t h o d sf o rp u r i f i c a t i o no fc a s 0 4 t h et h e r m o d y n a m i c s ， k i n e t i c sa n dm a i nw o r k i n gc o n d i t i o n sw e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l f u r t h e r m o r e ， c e r a m i cm e m b r a n em i c r o f i l t r a t i o nf o rs e p a r a t i o no fc a s0 4f r o mt h es i m u l a t e d m i x t u r ew a sa l s oi n v e s t i g a t e d t h u s ，t h e s es t u d i e sa r es u p p o s e dt op r o v i d eb a s i c d a d af o rn o n m e t a lm i n i n gm a n u f a c t u r i n ga n du t i l i z a t i o n m g ow a ss e p a r a t e df r o mt h es i m u l a t e ds y s t e mo fc a s 0 4 一m g ob yl e a c h i n g ， 5 o w t m g ow a ss e p a r a t e dw i t hh 2 s 0 4l e a c h i n g u n d e ro p t i m i z e dw o r k i n g c o n d i t i o n s ：s l u r r yc o n c e n t r a t i o no f1 0g l ，h 2 s 0 4c o n c e n t r a t i o no fo 0 15m o l l 一， t e m p e r a t u r e2 9 8k s t i r r i n gs p e e d7 0 0r 。m i n a n dl e a c h i n gt i m e9 0m i n ，t h er e s u l t s h o w e dt h a tr e m o v a lr a t eo fm g ow a s91 18 u n d e rt h es a m ew o r k i n gc o n d i t i o n s t h er e m o v a lr a t eo fm g ow a s5 9 4 9 i nn a t u r a lg y p s u m t h er a f f i n a t eo fl e a c h i n g m e e t st h en a t i o n a ls t a n d a r da f t e rt r e a t m e n t t h el e a c h i n gb e h a v i o rc o u l db e d e s c r i b e db yl i q u i df i l md i f f u s i o nm o d e la n dt h el e a c h i n gr a t eo fm g oo b e y e dt h e f i r s to r d e rk i n e t i cm o d e l 5 o w t s i 0 2w a ss e p a r a t e df r o mt h es i m u l a t e ds y s t e mo fc a s 0 4 一s i 0 2b y f o a mf l o t a t i o n u n d e rt h e o p t i m i z e dc o n d i t i o n s ：p h v a l u eo f 7 0 ，s l u r r y c o n c e n t r a t i o n10g l ，a v e r a g ed i a m e t e ro fb u b b l e2 0m m ，t h ef l o t a t i o nl i q u i d h e i g h to f2 8 0c m ，c t a bc o n c e n t r a t i o no f0 2m m o l l ，g a sq u a n t i t yo 6 l 。m i n 。1 a n dt e m p e r a t u r e2 9 8k t h er e s u l ts h o w e dt h a tr e m o v a lr a t eo fs i 0 2w a s7 4 5 3 u n d e rt h es a m ec o n d i t i o n t h er e m o v a lr a t eo fs i 0 2w a s7 3 3 6 i nn a t u r a lg y p s u m f r e u n d l i c hm o d e lc a nb eu t i l i z e dt od e s c r i b et h e a d s o r p t i o np r o c e s so fc t a bb y s i 0 2 ，t h ep s e u d os e c o n d o r d e rk i n e t i cm o d e lc a nd e s c r i b ew e l lt h ea d s o r p t i o n p r o c e s s t h ep r o c e s sw a sf o u n dt ob ec o n t r o l l e db yt h ei n t r a p a r t i c l ed i f f u s i o n i n t h ep r o c e s so ff l o t a t i o n ，t h ec t a bw a sa d s o r b e db yt h eb u b b l e ，t h ea d s o r p t i o nc a n b ed e s c r i b e db yt h ea p p a r e n tf i r s to r d e rk i n e t i c s t h ea d h e s i o nb e t w e e nt h ep a r t i c l e a n dt h eb u b b l ew a ss p o n t a n e o u s ，t h es u r f a c ea d s o r p t i o nw a sa ne x o t h e r m i cp r o c e s s t h ec e r a m i cm e m b r a n em i c r 0 6 l t r a t i o nw a su t i l i z e di nt h ec a s 0 4s l u r r y p r o c e s s i n g ，t h eo p t i m u mo p e r a t i o nc o n d i t i o n sw a sd e t e r m i n e d a sf o l l o w s ：p h v a l u eo f7 0 ，s l u r r yc o n c e n t r a t i o no f1 0 g l ，c r o s s f l o wv e l o c i t yo f1 4 5m s o p e r a t i o np r e s s u r eo fo 15m p aa n dt e m p e r a t u r e30 8k t u r b u l e n c ep r o m o t e ra n d t h eh y d r o p h i l i cp o l y m e rm a t e r i a l sc o u l dr e d u c ef o u l i n gi nm i c r o f i l t r a t i o no fc a s 0 4 s l u r r y , t h ee n h a n c e m e n te f f e c to ft u r b u l e n c ep r o m o t e rw a sb e t t e r t h a nt h e h y d r o p h i l i cp o l y m e r t h em e m b r a n es e p a r a t i o np r o c e s sw a se n h a n c e db vh e l i c a l t u r b u l e n c ep r o m o t e r , t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ei n n e rr i n gc h a n n e l sa n dt h eo n t e r r i n gp l a c e dt h ed i f f e r e n th e l i c a ld i s t a n c e ( 4m ma n d8m m ) ，t h ed i a m e t e ro f3 4m m t h ep l a c e m e n tc a nm a k ec o m b i n e dh e l i c a lt u r b u l e n c ep r o m o t e ro b t a i n e dt h eb e t t e r e f f e c to nm i c r o f i l t r a t i o np r o c e s s ，t h ep e r m e a t i o nf l u xw a se n h a n c e d2 3 7 6 b v a n d t h em e c h a n i c a le n e r g yl o s sw a so n l y2 6 0 6j k g k e y w o r d s ：c a s 0 4 ；l e a c h i n g ；f o a mf l o t a t i o n ；c e r a m i cm e m b r a n e s e p a r a t i o n ； p u r i f i c a t i o n 插图清单 图2 1 浸提实验流程简图1 4 图2 2c a s 0 4 m g o 体系浸提残渣x r d 图2 1 图2 3 反应( 1 ) ( 1 1 ) 中r g o m 与温度关系2 3 图2 4 界面化学反应模型拟合曲线2 4 图2 5 液膜扩散控制模型拟合曲线2 4 图2 6 阿伦尼乌斯关系图：2 5 图3 1 浮选实验流程简图2 7 图3 2 泡沫浮选装置2 8 图3 3 颗粒润湿性测定装置2 8 图3 4 浮选柱中泡径变化情况3 4 图3 5 不同浮选气量下的气泡影像3 6 图3 6 浮选液柱不同部位气泡影像3 7 图3 7 不同浮选平均泡径下的气泡影像3 8 图3 8 不同c t a b 溶液浓度的气泡影像3 9 图3 9 不同浮选温度的气泡影像4 0 图3 1 0 不同浓度c t a b 溶液表面张力的测定4 1 图3 1 1c t a b 与s i 0 2 颗粒吸附等温线4 3 图3 1 2 吸附过程一级动力学拟合曲线4 5 图3 1 3 吸附过程拟二级动力学拟合曲线4 5 图3 1 4 内扩散模型的拟合曲线4 5 图3 1 5 阿伦尼乌斯关系图4 6 图3 1 6 吸附过程一级动力学拟合曲线4 6 图3 1 7 吸附过程二级动力学拟合曲线4 6 图4 1 实验装置及主要工艺流程5 0 图4 2c a s 0 4 悬浆液渗透通量与时间关系5 1 图4 3 渗透液中c a s 0 4 含量与时间关系5 l 图4 4 溶液p h 值对膜通量的影响5 2 图4 5 错流速率对膜通量的影响5 3 图4 6 操作压力对膜通量的影响5 3 图4 7 悬浆液浓度对膜通量的影响5 4 图4 8 操作温度对膜通量的影响5 5 图4 9 湍流促进器结构及在膜通道中的放置方式5 5 图4 1 0 湍流促进器结构对膜通量的影响5 6 图4 1 1 湍流促进器的布置方式5 8 图4 1 2 亲水性高分子物对膜通量的影响5 9 图4 1 3p e g 2 0 0 0 添加量对膜通量的影响6 0 图4 1 4p e g 分子量对膜通量的影响一6 1 表格清单 表1 1 天然石膏主要成分8 表2 1 主要实验原料与试剂1 3 表2 2 主要实验仪器13 表2 3 三种浸提剂对浸提效果的影响1 5 表2 4 几种酸类浸提剂对浸提效果的影响1 5 表2 5 不同浓度酸类浸提剂对浸提效果的影响1 5 表2 6 不同浸提剂对体系稳定性的计算结果1 6 表2 7 体系中各组分在不同无机酸浸提剂中稳定性的计算结果17 表2 8 浸提剂浓度对浸提效果的影响1 7 表2 9 悬浆液浓度对浸提效果的影响1 8 表2 1 0 浸提时间对浸提效果的影响1 8 表2 1 1 浸提温度对浸提效果的影响。1 9 表2 1 2 搅拌速度对浸提效果的影响1 9 表2 1 3 不同浸提条件对浸提残液的影响2 0 表2 1 4 减压蒸馏前后浸提残液分析2 1 表2 1 5 模拟体系与天然石膏体系纯化性能对比2 2 表2 1 6 模拟体系与天然体系浸提残液成分对比2 2 表3 1 主要实验原料与试剂一2 7 表3 2 主要实验仪器2 7 表3 3 表面活性剂对s i 0 2 颗粒润湿性的影响一3 0 表3 4c t a b 对不同颗粒润湿性的影响一3 1 表3 5 正交实验表一3 1 表3 6p h 值对分离效果的影响3 2 表3 7c t a b 溶液浓度对分离效果的影响3 3 表3 8 浮选气量对分离效果的影响3 3 表3 9 浮选平均泡径对分离效果的影响3 4 表3 1 0 浮选液柱高度对泡沫分离效果的影响3 5 表3 1 1 浮选温度对泡沫分离效果的影响3 5 表3 1 2 浮选气量对气泡特性的影响3 6 表3 1 3 浮选液柱高度对气泡特性的影响一3 7 表3 1 4 浮选平均泡径对气泡特性的影响3 8 表3 1 5c t a b 溶液浓度对气泡特性的影响一3 9 表3 1 6 浮选温度对气泡特性的影响一4 0 表3 17 不同浓度c t a b 溶液中气泡表面c t a b 含量4 1 表3 1 8 模拟体系与天然石膏体系纯化性能对比4 l 表3 1 9 吸附热力学参数的确定4 2 表3 2 0 吸附自由能的确定4 3 表3 2 1 吸附热力学参数确定4 3 表3 2 2 吸附等温方程拟合参数4 4 表4 1 主要实验原料与试剂4 9 表4 2 主要实验仪器一4 9 表4 3 膜通量与膜微滤阻力一5 l 表4 4 不同p h 值条件下的微滤阻力5 2 表4 5 不同错流速率条件下的微滤阻力一5 3 表4 6 不同操作压力条件下的微滤阻力5 4 表4 7 不同悬浆液浓度条件下的微滤阻力5 4 表4 8 不同操作温度条件下的微滤阻力一5 5 表4 9 湍流促进器结构对微滤及流体力学性能的影响5 6 表4 1 0 螺间距对微滤及流体力学性能的影响5 7 表4 1 1 湍流促进器外径对微滤及流体力学性能的影响5 7 表4 1 2 不同布置方式的微滤性能及流体力学性能5 8 表4 1 3p e g 2 0 0 0 添加量对微滤的影响6 0 表4 1 4p e g 分子量对微滤的影响6 1 符号说明 彳一阿伦尼乌斯公式常数 c t f 时刻c t a b 浓度，m g l o g 一平衡时c t a b 溶液浓度，m g l 。 c 一悬浆液浓度，g l o f r 泡沫浮选收集液浓度，g l 。1 c c t a b c t a b 溶液浓度，m m o l l 1 c c t a b c t a b 溶液残余浓度， m m 0 1 l 。l c s 一表面活性剂浓度，m m 0 1 l 1 c l ，c a s o 一液相中c a s 0 4 浓度，g l 。1 c l ，m g s o 广一液相中m g s 0 4 浓度，g l 1 c p , c a s o 广一渗透液中c a s 0 4 浓度，m g l 以 c h ：s o 一h 2 s 0 4 溶液浓度m o l - l 。1 c o 一初始时刻c t a b 浓度，m m 0 1 l 1 c p e g p e g 添加量，m g l j d 一浮选平均泡径，m m d o 一浮选初始平均泡径，m m 扛膜通道直径，m m 而一湍流促进器外径，m m b 一富集比 e a _ 活化能，k j m o l 1 e r 除沫效率， g 一吉布斯自由能变，k j m 0 1 1 分g ：一标准吉布斯反应自由能变， k j - m o l 1 月二浮选液柱高度，c m 月一焓变，k j m o l d 办一液位高，c m 办广- 阻力损失，j k g 1 矗、七：。一表观反应速率常数 卜膜通量，l m - 2 h 1 山一纯水通量，l m - 2 h o 一悬浆液通量，l 1 1 - 2 h 。 m 肜一分子量 历一质量，g m m g o - m g o 质量，g m s i o ：一s i 0 2 质量，g 聊l 一液相m g o 质量，g 脚2 一s i 0 2 残余质量，g 聊3 、m b a s o , b a s 0 4 质量，g p 一产率， 尸一操作压力，m p a g 一浮选气量，l m i n 。1 g 。一平衡时s i 0 2 表面c t a b 吸附量， m g g 。l 9 广f 时刻s i 0 2 表面c t a b 吸附量， m g g 。l r 。一滤饼阻力，m 1 r t 一总阻力，m 。1 r m 一膜阻力，m 。1 r p 一雷诺数 ，一搅拌速度，r m i n o 卜颗粒与气泡接触面积，m m 2 s s i 0 2 一s i 0 2 脱除率， 卜熵变，j m o l 。1 卜温度，k ，一时间，m i n f 一气泡停留时间，s 掰一错流速率，m s 1 “g 一气速，m s d 甜宰一流体摩擦速度，m s 以 肛滤液体积，m l 咋一浸提液体积，m l x m g o m g o 浸提率， 肚接触角，o 。一气含率， 一液体粘度，m p a s f 一气泡表面浓度，m 0 1 c m 艺 卜液体表面张力，n m d 1 一悬浆液粘度，m p a s w 一水粘度，m p a s p 一密度，k g m 3 既一层流内层厚度，“m 1 ，_ 运动粘度，m 2 s 。1 杠摩擦系数 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得 金蟹工些太堂 或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：动红、砉、淘签字日期：2 咖年彻巧日 ， 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金蟹王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权业 王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：动包瘩、：淘 签字日期：加归年辜月节日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 危r 附 ： ，1 名 期 签 日 师 字 导 签 致谢 本文是在导师崔鹏教授的精心指导下完成的。在两年半的硕士研究生学习 和学位论文的撰写过程中，自始至终得到了导师崔鹏教授的悉心指导，导师在 学业指导及生活等各方面都给予我极大的关心和帮助。崔鹏教授渊博的知识， 严谨的科学作风和敏锐的洞察力深深地感染了我。同时，崔鹏教授以孜孜不倦 的育人精神，教导着我，督促着我，激励着我在以后的科学道路上不断攀登。 此外，从他身上学到了很多待人处事的哲学，这些使我终身受益，并激励我勇 往直前，在此谨向导师致以最诚挚的敬意和衷心的感谢。 同时，真诚感谢王琪老师、陈亚中老师、窦焰老师以及姚路路老师在我课 程学习、实验和论文撰写期间给予我的大力支持。感谢张来、王晓林以及本课 题组所有同学在学习和实验期间给予我的支持和帮助，特别感谢陈桂娟师姐在 我学习以及课题完成过程中所给予的无私帮助。 最后，深深感谢我的父亲母亲，感谢他们多年含辛茹苦的养育之恩。同时， 一并向多年来给予我热情关心和无私支持的亲朋好友表示感谢。 作者：沈志洵 2 0 10 年3 月5 日 第1 章文献综述 石膏是重要的工业原料，其主要成分为二水合硫酸钙( c a s 0 4 - 2 h 2 0 ) 。随 着天然石膏中高品质石膏资源的不断消耗，天然石膏资源在不断减少的同时， 石膏的纯度与品质也随之下降。同时，随着现代工业的迅猛发展，工业副产石 膏的产量更是呈现上升趋势，工业副产石膏不仅占用大量土地、污染环境，同 时由于其价格低廉、成分复杂，在处理上给企业带来了巨大的经济负担和技术 难题。因此，对天然石膏和工业副产石膏开展分离提纯过程研究，探索节能减 排、过程集成的新途径新方法，可以有效实现石膏的高效利用率，对非金属矿 的深加工与综合利用具有重要的作用。 1 1 天然非金属矿物分离纯化技术及其研究 矿物加工涉及物理、化学、物理化学、力学、矿物学及化工、材料、电气 与电子技术等多学科。其中选矿和提纯技术是非金属矿物有效利用的重要加工 技术，是非金属矿深度综合利用的必要过程和手段。非金属矿提纯包括重力选 矿、浮选、磁选、电选和其他新型或综合造矿技术u 】。不同品质颗粒的物质组 成不同，其物理或表面物理化学性质出现差异，选矿法正是利用其性质上的差 异实现分离的。常见选矿法包括：化学选矿、泡沫浮选、重选法、磁选法、电 选法以及拣选法等【2 3 】，下面分别对其进行介绍。 1 1 1 化学选矿 化学选矿是借助化学反应使物料中有用组分富集或除杂质的工艺过程【4 j 。 浸提是化学选矿的常见方法，是使固体物料中某些组份溶解到溶液中的工艺过 程，其过程机理由矿物结构和组成、矿物晶格中化学键特征、溶液物理化学性 质所决定的，其中矿物性质以及操作条件均对浸提过程产生影响。 化学处理还包括焙烧法和化学漂白法，焙烧法是在适宜的气氛和低于矿物 原料熔点的温度条件下，使矿物原料中的目的组分矿物发生物理变化和化学变 化的工艺过程，对于许多矿物，它同时具有提纯和改性两种功能。化学漂白法的 主要处理对象则是非金属矿物中有害的着色杂质如有机质和含铁、钛、锰等矿 物，提高矿物白度、亮度指标，以利于生产利用。 1 1 2 泡沫浮选法 浮选法利用物料被水润湿性不同以分离物料，它使一部分物料选择性地富 集在两相界面上，而另一部分物料则留在水中。浮选时，一般使疏水性的物料 富集在气液界面或油水界面上，而亲水性的物料则留在水中。根据分离界面 的不同，浮选可大致分为表层浮选、多油浮选以及泡沫浮选，其中，泡沫浮选 在2 0 世纪中后期在全世界得到推广，是现代主要浮选方法1 5 j 。化学浮选法主要 是调节矿物表面的润湿性，即通过捕收剂、抑制剂和调整剂等一系列浮选药剂 作用于固液界面，以实现矿物表面润湿性的变化【6 j 。 1 1 3 重选法 重选是根据矿粒间密度的差异，在一定的介质流中( 通常为水、重液或重 悬浮液及空气) ，借助流体浮力、动力及其他机械力的推动而松散，在重力( 或 离心力及黏滞阻力) 作用下，使不同密度( 粒度) 的矿粒发生分层转移，从而 达到分选的目的。采用重选时，矿粒之间的密度差越大，越易于分选，越小则 分选越难。重选通常是在垂直重力场、斜面重力场、离心力场中进行。 1 1 4 磁选法 磁选是依据矿物磁性的差异，在非均匀磁场中实现的分选方法。矿物颗粒 在均匀磁场中只受到转矩的作用，在非均匀磁场中，矿粒不仅受转矩的作用， 还受磁力的作用，使其既发生转动又向磁场梯度增大的方向移动，最后被吸在 磁体表面上。这样磁性不同的矿粒才得以分离： 1 1 5 电选法 电选是利用矿物的电性差别，在高压电场中实现矿物分选的一种选矿方法。 该方法具有耗电少，生产费用低，选别效果好，精矿品位高，回收率高，设备简单 易操作等特点1 7 1 。矿物的电性是矿物在电场中实现分选的依据，电选中为使矿粒 带电，主要方法有直接传导带电、感应带电、电晕带电和摩擦带电等。 1 1 6 拣选法 拣选是利用矿石的表面特征、光性、电性、磁性、放射性及矿石对放射线 的吸收和反射能力等物理特性使矿物分离的一种选矿方法。拣选可分为流水选、 份选、块选三种方式。 1 2m g o 分离纯化技术及其研究 m g o 为白色无定形粉体，熔点高达2 8 0 0 ，易溶于酸，不溶于醇，具有 强吸水性，与水作用生成m g ( o h ) 2 ，并逐渐吸收空气中c 0 2 生成m g c 0 3 。 根据其相关特性，浸提、浮选等方法能较好的分离矿物中m g o 组分，是目前 较为常见的分离方法。 1 2 1 浸提法 浸提是矿物中镁产品制取的常见方法，依据浸提介质分类，酸、碱盐及其 他浸提介质在镁产品的浸提中均有使用除碱浸提介质近年来未见报道外，采用 各类浸提介质的浸提方法报道则较为普遍，其中酸性介质浸提时，其最显著的 特点是不需要预先高温处理便可使镁得到有效分离，因此该法受到了国内外研 究人员的广泛关注，也是目前研究最为深入的方法【引。 2 在酸性介质选取方面，郑若峰【9 j 研究发现盐酸和硫酸对蛇纹石中镁的浸提 率均较高，且易于后续产品的制备。硝酸虽也有较高的镁浸提率，但存在对设 备腐蚀严重等不足；而弱酸性物质如硫酸铵等浸提率不高，工业价值小。 p r a s c h m a n 【l o 】研究了以氯化铵为浸提剂处理煅烧后的菱镁矿的过程，考察 浸提条件，并运用数学模型描述浸提过程动力学。研究表明浸提表观活化能受 浸提固体颗粒尺寸影响，浸提过程受孔扩散以及固液界面反应共同控制。 细菌浸提介质也被用于m g o 产品的浸提，j g a w e l 1 1 j 等使用黑曲霉为介质， 从菱镁矿尾矿中提取m g o ，取得了较好的研究结果。 在矿物分离提纯过程中，矿物中的m g o 组份通常作为被浸提物质，通过与 浸提剂反应，经相转移后实现分离目的。蛇纹石、高镁磷矿以及菱镁矿的加工 中，m g o 的浸提较为常见，在磷矿资源的开发中，镁在其成矿过程中起到极其 重要的作用，而酸浸法也是近年来研究磷矿脱镁过程的主要方向。 姜振胜 1 2 1 等进行了磷酸浓缩过程中脱镁试验，以( n h 4 ) 2 s i f 6 为脱镁沉淀剂， 优化条件下的产品符合d a p 原料酸的品质要求。 袁锐【l3 】则以菱镁矿粉矿为原料，通过浮选、焙烧、磁选以及化学提纯等方 法，制备出m g o 含量大于9 9 的高纯镁砂； 浸提工艺是影响浸提效果的主要因素。其中浸提液处理是一个重要环节， 常用处理手段包括沉淀法【14 1 、吸附法【15 1 、萃取法【1 6 1 以及离子浮选和离子交换 法【1 7 】等。在浸提法分离m g o 的过程中，浸提法脱镁虽有较高的脱除率，但浸 提液中的浸提介质含量以及浸提组份通常都较高，必须得到有效处理。 。 浸提工艺的另一个重要环节则是配套问题，由于浸提剂自身的特性会不可 避免的对浸提设备造成损耗，因此，相关浸提剂、萃取剂以及耐腐蚀材料的研 究和开发仍有待进一步解决。 在浸提过程中，为了可以使浸提物质尽可能多的溶解到溶液中，通常需要 对浸提过程机理进行分析，需要从溶液理论和固体溶解度研究溶解过程，溶解 和浸提过程的机理是由所溶矿物的结构和组成、矿物晶格中化学键的特征，以 及溶剂的一系列物理化学性质所决定的。 a m o r g a n 1 8 】详细讨论了不同矿源、不同物化性质的纤蛇纹石中镁的浸提行 为，结果发现含有非晶态的氢氧化镁石层的纤蛇纹石镁浸提速率最快。 杨保俊【”】等则通过酸浸法浸提蛇纹石中的m g o 对浸提过程的动力学进行 了研究，确定了浸提过程中的浸提动力学所适用的动力学模型、反应级数控制 步骤以及表观反应活化能。 1 2 2 浮选法 工业上常见的矿物脱镁方法还包括浮选法，其方法包括直接浮选、反浮选、 反正浮选，正反浮选和双反浮选，脱泥反浮选等流程【2 叭。当作为分离对象的 m g o 在矿物中的含量较少时，宜选用反浮选法分离，以降低操作成本。 a n s a n t a n a 引】等采用反浮选法提纯磷镁矿，其浮选过程设计为两步，首先 调整浮选因素，随后进行浮选操作，该法可以使矿物中低含量的s i 0 2 组份达到 较好的脱除效果。 高惠民【2 2 】等采用新型捕收剂b 3 对某磷矿进行反浮选研究，结果表明，经 反浮选，原矿中的氧化镁质量分数从10 8 3 降低到1 3 0 。 纪振明【2 3 】等选择低品位菱镁矿为研究对象，经浮选操作后，获得m g o 品位 可达4 7 以上、s i 0 2 含量0 2 以下的特级菱镁矿产品。精矿m g o 回收率为 7 6 2 5 。但很难将m g o 的含量降到1 以下，而且矿物损失也较高。 1 2 3 其他方法 根据矿物特性的不同，通常可选用相应的处理方法进行镁分离研究。 曾晶1 2 4 】等使用弱磁选法处理转炉钢渣，利用了m g o 等组份具有弱磁性的 特点，研究了不同磁场条件下研究的弱磁选效果，分离效果较好。 王伟【25 】等在处理低品位的磷镁矿研究中，将矿物与硫酸铵焙烧，使其中的 m g o 直接转化为m g s 0 4 ，将其溶解成m g s 0 4 溶液后过滤分离其中的杂质，同 时收集焙烧所得氨气制得氨水，将其与m g s 0 4 溶液反应后在经处理可制得m g ( o h ) 2 ，该方法中镁转化率高、产品品质好，并能实现绿色生产。 文衍宣【2 6 】等进行了在浸提过程中对浸提液中的浸提组份进行回收的研究， 选用离子交换树脂吸附磷矿脱镁废水中的m 9 2 + 制镁盐，并使含硫磷的余液返回 磷酸系统，该法避免了直接排放给环境造成的污染以及资源的浪费。 因此，m g o 分离提纯技术的主要研究集中于m g o 分离纯化效率方面，主 要方法为浸提法，在与浸提相关的工艺、设备以及浸提机理等方面已形成了较 为成熟的研究成果。 目前，国内外专家学者的主要研究集中于浸提工艺的研究上，关于浸提液 的处理方面研究的比较少，由于浸提过程选用的浸提剂通常有酸、碱、盐等介 质，而浸提剂的用量通常仅依据浸提效果而定，并未考虑浸提过程对设备及环 境的影响，浸提设备方面的研究待进一步的深化。同时由于在浸提过程中纯化 产物以及浸提组份都会以不同的程度转移到液相中，因此对浸提液中组份进行 回收方面研究有助于提高浸提效率，它们都将成为未来的研究重点。 1 3s i 0 2 分离纯化技术及其研究 s i 0 2 是一种坚硬难溶的固体，常以石英、鳞石英、方石英三种变体出现。 其化学性质稳定，不溶于酸( 除h f ) ，跟热的强碱或溶化的碱反应生成硅酸盐 和水。脱硅方法目前包括物理选矿脱硅、化学选矿脱硅以及生物选矿脱硅，其 中物理选矿脱硅中研究最多、最有前途的方法是浮选法。 4 1 3 1 泡沫浮选法 泡沫浮选法脱硅可分为反浮选与正浮选两种，在加入起泡剂产生泡沫的同 时，两种浮选法分别加入不同的捕捉剂对矿物中的不同组分进行捕捉，反浮选 脱硅通过浮选分离s i 0 2 组份，而正浮选脱硅则是浮选目标矿物。相比之下反浮 选脱硅上浮产品产率小，药剂用量低，精矿表面附着的药剂少，易于过滤，水 分含量低等特点，可以避免对后期处理产生负面影响。 郭建【2 7 1 等研究了一水硬铝石和高岭石的浮选行为，以十二胺盐作为捕收 剂，在酸性介质及中性介质下加调整剂进行反浮选分离研究，产品硅铝比得到 明显提高，分离效果较好。 李琳【28 】等针对磁选精矿进行反浮选脱硅实验研究，其采用的旋流静态微 泡浮选柱采用的一次粗选、一次扫选工艺流程，提高了浮选回收率。 矿物表面润湿性及其调节是实现各种矿物浮选分离的关键，而用于调节润 湿性的浮选药剂及其与体系间的作用是当前研究的重点。 a s a y i l g a n 2 9 】等研究了矿物加工过程中含碳酸盐的碱水在石英浮选过程中 的影响，浮选过程以胺捕捉剂和油酸钠混合浮选石英，研究表明避免碱度增大， 可以提升浮选效果。 胡岳华【30 j 等分析了铝土矿中一水硬铝石和铝硅酸盐脉石矿物的晶体结构 与表面性质，提出了正浮选、反浮选铝硅分离的技术原型，研究了基本原理。通过 化学计算确定阴离子捕收剂正浮选脱硅时捕收剂，分散剂和p h 三者之间的关系。 在浮选机理方面，w a t e r s 3 l 】研究了颗粒在浮选过程中与气泡的碰撞问题，通过降 低气泡尺寸，并使气泡表面携带电荷，以改变气泡的脱附率，提高浮选效率。靳古功 【3 2 】在研究铝土矿正浮选脱硅生产工艺流程的过程中，研究了硫酸和硫酸铝的团 聚机理，研究表明硫酸能够满足调节精矿浆p h 值，使矿粒表面电性中和，降低 颗粒间的静电斥力要求，与应用硫酸铝相比能够达到同样的沉降脱水效果。以 硫酸为团聚剂，精矿回水中a i ”减少，其消耗阴离子型捕收剂影响浮选效果的 作用减少，与硫酸铝相比能够得到较好的浮选指标，同时精矿回水中s 0 4 2 - 减少。 1 3 2 碱熔融法 碱熔融法是将矿物进行焙