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第8章固液分离 一产品脱水的意义和目的 精矿水分是衡量精矿质量的标准之一 便于装运 降低运费 满足进一步加工的需要 洗水回用 节约用水 8 1概述 固 液分离是指从悬浮液中分离出固相和液相物料 回收有用固体 节约资源 二固体散物料中水分的赋存 1 重力水分 也称自由水或游离水 存在于颗粒之间及各种大孔隙之中 其运动受重力场支配 在重力的作用下可以自由流动 是最容易脱去的水分 2 化合水分 指的是水分和物质按固定的质量比率直接化合而成为新物质的一个组成部分 它与物质之间的结合牢固 只有在加热到物质晶体被破坏的温度时才能使化合水分释放出来 我们这里讨论的脱水不包括这部分水 物料中的水分包括成矿过程水分 开采水分 分选加工及运输 贮存过程中加入的水分 这些水分以不同形态赋存于物料中 通常有四种形态 即化合水分 结合水分 毛细管水分和自由水分 二固体散物料中水分的赋存 3 结合水 也叫薄膜水分 在固体物料和液相水接触时 在两相的接触界面上 由于其物理化学性质与固体内部的物理化学性质不同 位于固体或液体表面的分子具有表面自由能 将吸引相邻相中的分子 在固体表面形成水化膜 水分子的偶极作用 这部分水叫做薄膜水 分为强结合水和弱结合水 强结合水 强结合水又称吸附结合水 指紧靠颗粒表面与表面直接水化的水分子及稍远离颗粒表面 由于偶极分子相互作用而定向排列的水分子 前者由于静电力和氢键力的作用 水分子可牢固地吸附于颗粒的表面 此种水具有高粘度和抗剪切强度 很少受温度的影响 后者与颗粒表面结合较弱 但仍有较高的粘度及抗剪切强度 弱结合水 弱结合水指与颗粒表面结合较弱的这部分结合水 在温度 压力出现变化时 偶极分子之间的连接破坏 使水分子离开颗粒表面 在距其稍远部位形成的一层水 这种赋存形态具有氢键连接的特点 但水分子无定向排列现象 通常进入双电层紧密层的水分子为强结合水 在双电层扩散层上的水分子为弱结合水 结合水与固体结合紧密 不能用机械方法脱除 应用干燥法能去除一部分 当物料与湿度大的空气接触时 那部分水分又会被吸收回来 毛细管水分与孔隙度有关 孔隙度越大 保留的水分越多 4 毛细水分 松散物料颗粒与颗粒之间形成许多孔隙 当形成空隙细小时 将产生毛细管作用 受毛细管作用而保持在这些细小空隙里的水叫做毛细水 与物料性质及毛细管的直径有关 颗粒毛细管直径越小 水柱高度越大 亲水性的物料 其接触角较小 毛细管中水柱高度增大 因而毛细管水分含量增加 毛细管水分根据所采用的脱水方法及毛细管直径的大小 可脱除一部分 但不能全部脱除 三固体物料对固液分离的影响 1 孔隙度 4 润湿性 孔隙度大时 存在的水分多 但毛细管作用弱 水分易于脱除 孔隙度小时 存在的水分少 但毛细管作用强 水分不易脱除 比表面积越大 吸附的水分越多 且不易脱除 2 比表面积 单位质量 体积 物料具有的总表面积 3 密度 同样m 密度大 体积小 比表面小 水分少 润湿性差的疏水矿物中含水量较少 且易脱除 而亲水矿物中的含水量较疏水矿物多 脱除较困难 三固体物料对固液分离的影响 6 粒度组成 物料的粒度组成越小 其比表面积越大 吸附的水分越多 且不易脱除 物料的粒度组成较均匀时 颗粒间空隙较大 容纳的水分多 但易于脱除 若粒度组成不均匀 细颗粒将充填在粗粒的孔隙中 使颗粒间孔隙微小 毛细管作用增强 水分难于脱除 5 细泥含量 泥质物料属亲水矿物 一方面它充填于物料间隙 使毛细管作用增强 另一方面它附着在矿粒表面 使物料水分增高 这两种情况的水均不易脱除 1 重力脱水 是指靠重力而实现的脱水 它又可细分为以下两种形式 自然重力脱水 即利用物料颗粒表面水分的重力作用而脱水 如脱水仓的脱水 重力浓缩脱水 即依靠细粒物料的重力作用 在液体中沉降的方法来实现固液分离 如浓缩机 沉淀池等的浓缩脱水 四固液分离方法 工作原理不同 按脱水力由小到大的顺序 2 机械分离法 利用机械力使水分与固体物料分离 如筛分脱水 过滤脱水 离心脱水等 第8章固 液分离 筛分脱水 靠物料与筛面作相对运动时产生的惯性力而脱水 如直线振动筛脱水 离心脱水 利用离心力作用使固液分离或提高矿浆的浓度 如过滤式离心脱水机和沉降式离心脱水机等的脱水 过滤脱水 使液体透过过滤介质而留住固体 并用负压力或正压力加速其分离的一种固液分离过程 如真空过滤机 板框压滤机 加压过滤机等的脱水 根据物料水分的特点 应采用与之相适应的脱水方法 脱水的顺序是先易后难 由表及里 5 其他脱水法 物理化学脱水法 利用吸水性的物体或化学品 如生石灰 吸收水分 从而实现固液分离 电化学脱水 固液混合物在外加电场作用下 水分子带正电荷移向阴极 固体细粒带负电荷移向阳极 从而实现固液分离 4 磁力脱水 是指利用强磁场对磁性矿物产生的磁力来实现的固液分离 如磁力脱水槽 3 热能脱水 是指利用热能使物料中的水汽化而蒸发的脱水 如热力干燥及日光曝晒等 五脱水流程 第8章固 液分离 过滤 2尾矿脱水 沉淀浓缩 浓缩 要求不严格或产品易脱水简单经济 细粒或产品要求严格时 干燥费用高 损失大 1精矿脱水 自然脱水或机械脱水 效率高 设备简单 干燥 产品含水至40 50 产品含水至8 12 产品含水至 6 以回收精矿为目的 同时得到几乎不含固体的清水回用 以回收清水为目的 同时提高尾矿浓度 减少运输量 节约资源 8 2 1基本原理 矿浆中的固体颗粒 在重力作用下向容器底部沉淀 清水则被挤向上方 使原来的稀矿浆分出澄清液和浓矿浆 8 2沉淀 浓缩 不连续作业矿浆沉降过程示意图 沉降曲线 观察时 每隔一定时间记录一次澄清区A与沉降区B的交界面位置 以沉淀时间为横坐标 澄清区的高度为纵坐标 可绘制沉降曲线 做为计算浓缩机的依据 浓缩机中矿浆沉降过程示意图 A澄清区 B沉降区 C过渡区 D压缩区 E浓缩物区 8 2 2浓缩机 1 周边传动式浓缩机 浓缩机的规格以池子周边的直径 米 表示 提耙装置 消除耙子过载 加速排料并用高压水冲洗 用于0 3mm以下物料的浓缩 否则易淤塞 结构 池体 耙架 给料 排料 传动装置 提耙装置 安全信号组成 8 1 2浓缩机 2 中心传动式浓缩机 中小型浓缩机采用中心传动 由池子 耙子和传动装置 提升装置等组成 6 10 3 倾斜板浓缩机 8 3过滤 基本原理 矿浆在多孔的过滤介质 如滤布 多孔陶瓷等 上进行固体和液体分离 过滤的任务是脱去物料中大部分毛细水 过滤要在一定的外力作用下实现 过滤方法示意图 1矿浆2滤饼3过滤介质4滤液 过滤介质是多孔物质 滤孔的尺寸可以大于固体颗粒的直径好几倍 因为颗粒在滤孔上形成了拱状结构 选矿厂一般用滤布作为过滤介质 拱状结果示意图 根据产生压力差的方法不同 过滤机分为 1 重力过滤机 重力2 真空过滤机 真空抽吸3 压滤机 矿浆泵或空气压缩机产生的正压力4 离心过滤机 离心力5 磁过滤机 磁力 用于磁性产品脱水 一过滤设备 1 盘式真空过滤机 金属矿精矿一般采用真空过滤脱水 有圆盘式真空过滤机 内滤式真空圆筒过滤机 外滤式真空圆筒过滤机和磁过滤机 过滤面积大 占地少 生产能力大 结构紧凑 适用于有色金属矿及浮选精煤的脱水 真空过滤机分配头 1分配头2过滤机主轴3分配垫4外边缘5内边缘6 7楔形块 区 过渡区 死区 防止窜气 一过滤设备 2 外滤式真空过滤机 以过滤面积表示规格 卸料区 脱水区 过滤区 滤布清洗 1筒体2滤饼3矿浆槽4搅拌器5刮板6分配头 1隔条2筒皮3过滤板4管子5胶条6滤布 一过滤设备 3 内滤式圆筒真空过滤机 过滤区 滤布清洗 卸料区 脱水区 适用于沉降速度快的粗颗粒及有磁团聚现象的铁精矿最粗的颗粒 滤饼层由粗到细 过滤效果好 黑色金属矿用的较多 一过滤设备 真空永磁过滤机 4 真空永磁过滤机 与外滤圆筒过滤机构造相似 只是筒内装有永磁磁系 给矿槽在筒体的上部 矿浆进入给矿槽之后 磁性颗粒在重力和磁力的作用下 呈团簇状迅速吸附到滤布上 形成滤饼 水由真空抽走 滤饼厚且透气性好 脱水效率高 较外过滤式过滤机生产率大 圆筒真空过滤机与圆盘真空过滤机相比 圆筒真空过滤机体积大 过滤面积小 单位处理量低 但密封性好 真空度高 干燥区长 滤饼水分低 适用于粘性物料 1 过滤效果的评定通常用滤饼水分 滤液中的固体含量 过滤机单位面积处理能力 真空过滤机的使用 2影响过滤效果的因素影响过滤效果的主要因素有过滤的推动力 矿浆性质及过滤介质的性质等 矿浆性质 这里主要是指矿浆温度 浓度 粒度和矿浆成分 过滤介质的性质 理想的过滤介质应具有过滤阻力小 滤液中固体含量少 不易堵塞 易清洗等性质 并具有足够强度 通常 金属丝滤布具有过滤阻力较小 不易堵塞 滤饼容易脱落等优点 但滤液中固体含量较高 尼龙滤布比较耐用 特别是锦纶毯的效果很理想 除耐用外 还具有滤饼容易脱落 产品水分低 滤液中固体含量少等特点 但价格较高 过滤的推动力 对真空过滤机而言即指真空度 1板框压滤机 五压滤机与带式挤压机 五压滤机与带式挤压机 1板框压滤机 2带式挤压机 8 4干燥 利用热能蒸发固体颗粒物料中的水分 从而脱水 干燥能去除残留在物料中的毛细水 薄膜水及部分吸湿水 直接加热效率高 工业上多采用 如圆筒式干燥机 8 5尾矿处理 尾矿设施一般包括尾矿贮存设备 尾矿输送设备 回水系统 尾矿净化设备 1 尾矿贮存设备 尾矿沉淀库 河谷型 河滩和坡地型 平地型 和尾矿坝 初期坝 尾矿堆积坝 2 尾矿输送设备 干式选矿厂用箕斗 矿车或皮带运输机等 湿式选矿厂用自流输送 压力输送和联合输送 3 尾矿水的净化回收 沉淀池 物理化学净化 吸附 化学净化 化学反应 4 回水再用 浓缩池回水 尾矿库回水 第9章化学选矿与其它选矿法 8 1化学分选 化学分选是矿物原料的一种化学处理 加工方法 它是利用不同的物料组分在化学性质上的差异 采用化学方法直接处理矿物原料或中间产品 废渣 改变有用组分的存在形态 从中制取化学精矿或单独产品 金属或金属化合物 的加工方法 第9章化学选矿与其它选矿法 8 1化学分选 化学分选过程一般包括原料准备 焙烧 浸出 浸出液的净化富集 产品制取等主要作业 8 1 1准备作业 包括对物料的破碎 筛分 磨矿与分级 配料混合等机械加工过程 有时还将物料进行分选 脱除杂质 使目的矿物预先富集 目的 是使物料破碎到一定粒度 为下一作业准备适宜浓度和细度的物料 焙烧是一种加温过程 其实质是在某种气氛中 将矿物原料加热至低于其熔点的温度 使目的组分与炉气发生化学反应 改变矿石的化学组成或去除有害杂质 使目的矿物转变成适于后续作业处理 浸出或分选 的成分和形态 经过焙烧的矿物原料叫做焙砂 8 1 2焙烧作业 按根据焙烧过程中化学反应特性的差别 与矿物加工过程相关的焙烧分为 氯化焙烧 还原焙烧 磁化焙烧和钠化焙烧 氯化焙烧的实质是利用氯的高化学活性 氯在一定温度一定气氛下能与难以分选的金属氧化物和硫化物作用 生成易处理的金属氯化物 金属氯化物熔点低 易挥发 常温下易溶于水 高温下能挥发 1 氯化焙烧的实质 矿物原料与氯化剂 气体或固体 在氧化或还原性气氛中加热并发生化学反应 生成可溶性或气态金属氯化物的过程 称为氯化焙烧 根据焙烧生成物 金属氯化物的处理方法的不同 氯化焙烧可分为氯化焙烧 浸出法 中温焙烧 和氯化挥发法 高温焙烧 在还原性气氛中使金属氧化物还原成金属 或使高价金属氧化物还原成低价氧化物的过程 称还原焙烧 2还原焙烧 在含钒 钨 镉等有用成分的原料中 加入氯化钠 硫酸钠或碳酸钠等添加剂 经焙烧生成可溶性的钒 钨或镉酸的钠盐的过程 称钠化焙烧 其实质是将钠盐与含钒 钨 镉等有价成分的难处理氧化矿 在一定的氧化条件下焙烧 使有价成分形成可溶性钠盐 以便下一步化学提取 含钒原料的钠化焙烧在实践中应用较广 3钠化焙烧 4磁化焙烧 8 1 3 浸出作业 浸出就是将固体物料加入液体溶剂 使溶剂选择性地溶解物料中某些组分的工艺过程 用于浸出的试剂叫浸出剂 浸出得到的溶液叫浸出液 浸出后得到的残渣叫浸出渣 浸出方法 酸浸 硫酸 盐酸 硝酸 亚硫酸 碱浸 碳酸钠 氢氧化钠 硫化钠 氨水 盐浸 硫酸铁 氰化钠 氯化钠 硫酸铵 细菌浸出 菌种 硫酸 硫酸铁 水浸 水 药剂浸出 1 细菌浸出细菌浸出是利用含有氧化铁硫杆菌的硫酸和硫酸高铁溶液浸出废石 尾矿 贫矿 采空区和废矿坑里的铜 铀等有价元素的工艺过程 一 浸出法 药剂浸出是使用化学药剂 酸 碱 盐类等 将矿石中的金属成分溶解出来的工艺过程 该法用以处理难选矿石或用以提取精矿中的金属成分 1 酸浸 常用的酸为硫酸 对于含酸性岩脉石的氧化铜矿 宜于采用硫酸浸出 硫酸几乎可以浸出全部氧化铜和金属铜而生成硫酸铜 用铁置换后生成海绵铜 然后用浮选法选出 若是硫化 氧化的混合矿石时 可先用浮选法选出硫化铜精矿 尾矿再行酸浸 以回收氧化铜部分 2 药剂浸出 碱浸 碱性浸出主要指用NaOH NaCO3或氨水等做浸出剂 盐浸 如氰化法 氰化法是利用金 银能在氰化物 钠或钾 溶液中溶解的化学反应来回收矿石中的金 银的方法 混汞法 对于粗粒的含金矿物 可以用混汞法提取金 它是利用汞 水银 和矿石中金粒接触时 能将金的表面润湿 进而向内部扩散 形成汞齐 固态金与液态汞的混合物 其中也包含汞和金的化合物 从而由矿石中提取金的方法 8 1 3浸出作业 一 浸出法 许多微生物可以通过多种途径对矿物作用 将矿物中的有价元素转化为溶液中的离子 利用微生物的这种性质 结合湿法冶金等相关工艺 形成了生物冶金技术 生物浸矿技术 所谓生物浸矿技术是指用含有微生物的溶液将有价金属元素 如铜 铀 镍 铋等 从矿石 废石 尾矿 贫矿或废渣 中溶解出来 加以分离回收利用的过程 目前微生物浸矿的研究对象主要是利用铁 硫氧化细菌进行铜 铀 金 锰 铅 镍 铬 钴 铋 钒镉 镓 铁 砷 锌 铝 银 锗 钼 钪等几乎所有硫化矿的浸出 8 1 3浸出作业 二 微生物选矿 优点 具有过程简单 成本低 能耗低 对环境污染小 1 微生物 用于硫化矿生物浸出的菌种主要有氧化亚铁硫杆菌 氧化硫杆菌和氧化亚铁微螺菌 目前用于硫化矿生物浸出的的几种主要细菌是化能自养菌 这类微生物主要以氮 磷 钾等无机盐 矿物质 作为营养源 以CO2作为唯一的碳源 并从Fe2 和还原态硫化物的氧化过程中获得生命所需的能量 氧化亚铁硫杆菌可以氧化Fe2 元素 硫 S0 和还原态硫化物 氧化硫硫杆菌能氧化元素硫 不能氧化Fe2 氧化亚铁微螺菌能氧化Fe2 但不能氧化元素硫 2 微生物浸出工艺 微生物浸出法有 堆浸 槽浸 搅拌浸出和就地浸出 堆浸法广泛用于处理未破碎或粗碎的含铜废矿 尾矿及贫矿 每堆矿量达104 105t 常堆于不透水的坡地 以便溶液自动流入集液池 一般堆成具有自然休止角的截头锥形 再生浸出液喷洒到矿堆顶部 溶液流经矿堆而发生生物浸出反应 随后经堆底斜坡流至集液池 进出后溶液被送往金属回收系统 提取后的废液在再生池中充气和补加原料中不足的氮 磷 钾盐 以便Fe2 氧化为Fe3 及细菌生长繁殖 然后返回浸出作业 形成闭路循环 工艺流程 单料准备浸出固液分离金属回收浸出再生等作业 1 细菌的选择 一般从待处理矿石的矿床酸性水中分离出的微生物具有初步的适应能力 经过培养驯化后的菌株在浸出过程中易于生长繁殖 并维持高的活性 2 培养基成分 为了使细菌快速生长繁殖 必须提供足够的磷和氮 对于某些不含硫或含硫量不足的矿石 还需加入适量的含硫和铁的矿料 3 温度 各种硫杆菌均有其最适合生长的温度范围 4 浸出液的PH值 各种硫杆菌都有其最适合的PH值范围 PH值不仅影响细菌生长繁殖和活性 而且PH值过高时 Fe2 及Fe3 以不同的形式沉淀 沉淀附着在矿石表面 也将妨碍细菌与矿石接触 故必须严格控制溶液的PH值 3 影响细菌浸出的主要因素 5 介质的氧化还原电位 为了保持细菌活性和有效浸出矿石 氧化还原电位控制在300 700mV为宜 一般控制在340 680mV之间 6 O2和CO2的供给 一般控制充气速度为0 05 0 1m3 m3 min 除保证供氧外 随空气带入的CO2一般也能满足细菌对碳的需求 7 阳 阴离子浓度 某些离子特别是重金属离子对细菌有毒害作用 其浓度须加以限制 8 矿料的粒度及矿浆的固体矿物浓度 矿石粒度及矿物表面的暴露程度及其氧化反应动力学 原则上粒度细小有利于浸出 但过细的矿料不仅增大磨矿费用 浸出过程中还会产生悉泥 在搅拌浸出时 常控制在较低的矿浆浓度 10 20 3 影响细菌浸出的主要因素 生物浮选是借助于微生物与矿物的作用来改变矿物表面的物理化学性质 用浮选法获得有用矿物与脉石矿物分离的一种新的浮选技术 生物浮选技术只有十多年的历史 目前仍处于实验室研究阶段 尚未见工业用的报道 三微生物浮选技术 1 微生物本身的表面为强烈疏水性或强烈亲水性 若为前者 当具选择性吸附在某种有用矿物表面时 将导致有用矿物选择性地疏水化 而成为该矿物的捕收剂 若为后者 当其选择性地吸附在某种脉石矿物表面时其选择性的亲水 则成为该脉石矿物的抑制剂 2 微生物起到催化剂的作用 使某些矿物表面发生氧化或还原作用 可直接导致该矿物表面的疏水化或亲水化 或提供吸附活性点导致浮选捕收剂或抑制剂的吸附 从而使该矿物表面疏水化或亲水化 3 微生物在矿物表面吸附起着浮选活化剂的作用 能促进捕收剂的吸附 4 微生物在某些矿物表面的代谢产物起着浮选捕收剂或抑制剂作用 微生物浮选基本原理 溶剂萃取法是利用不相混溶的两个液相 使物质由一个液相转移到另一个液相的物理化学过程 一 溶剂萃取 离子浮选是六十年代初期出现的一种从稀溶液中回收金属和消除有害离子污染的方法 当向溶液中加入阴离子或阳离子捕收剂时 在一定的条件下 捕收剂与金属离子形成不溶性化合物 可鼓入空气将其浮出 并加以回收 二 离子交换法 离子交换法即离子交换色层分离法 是元素及化合物分离 提纯的新技术 三 离子浮选 8 1 4净化与富集作业 四 化学沉淀 9 2其它选矿法 1 手选 根据矿物颜色与光泽的不同进行分离 选择废石 品位要低于选厂的尾矿 2 摩擦与弹跳分选 根据物料中不同组分在斜面上摩擦系数和碰撞系数的差异 造成不同组分在斜面上具有不同的运动速度和运动轨迹而实现彼此分离的一种处理方法 3 光电分选 利用矿物之间光学性质 颜色 反射率 透明度等 的不同而分离物料的方法 重力浮选 在重选设备上同时进行重选和絮团状颗粒浮选的一种特殊分选工艺 工作原理 根据物料间表面物理化学性质的不同 依靠张力作用使疏水性物料表面聚集许多细小气泡 再相互团聚成絮团状颗粒而浮在水面上 亲水性物料则沉于水底 并用重选方法分离 重力浮选设备都为重选设备 以摇床居多 常称为抬浮 其次为溜槽 10选矿生产检查及选矿厂金属平衡 选矿过程检查是为了研究原料和选矿产品的组成 观察 分