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矿石的热化学加工第一节无机盐的工业原料1、化学矿物在自然界中固体矿物有3000多种，可供工业利用约约有200多种，如硫铁矿、石灰岩矿、磷矿、锰矿、铝矿…等，占无机盐生产原料的90%。•天然矿物（两大类）水溶性：水不溶性：钾长石、光卤石、硝石磷灰石、明矾石水不溶性矿物生产化学肥料时，首先必须进行化学加工，使其成为作物所能吸收的水溶性或微溶性物质，然后经过除去杂质、蒸发、结晶等工序制成成品。水溶性矿物生产化学肥料，加工比较简单，仅需溶解富集、分离和提纯的过程。2、盐湖湖水盐湖的组成因地而异，其可能含有的离子为Li+、Na+、K+、Rb+铷、Cs+铯、Mg2+、Ca2+CI-、Br-溴、HCO-3、CO32-、B4O72-硼酸盐、BO2-它可以生产NaCl、Na2SO4，Na2CO3、Na2B4O7、MgCl2、KCl、K2SO4、MgSO4等大宗无机盐。3、化工原料4、工业废料很多无机盐是利用工业废料来生产的利用工业废料生产无机盐，既可综合利用资源，又可消除“三废”，减少污染，保护环境，实为一举两得。•在生产无机盐时，由于所用的原料和产品种类不同，加工方法也就各异。即使用同一种原料生产同一种产品，也可以有多种多样的方法。第二节生产无机盐的基本方法以磷灰石（Ca5F(PO4)3)生产磷酸为例，既可用硫酸、硝酸、盐酸等无机酸使之分解，然后利用生成沉淀（过滤）和溶剂萃取等方法除去CaS04、Ca(N03)2和CaCl2而得到磷酸；也可以在电炉中用焦炭还原先制得黄磷，而后经氧化和水吸收而得磷酸。得到磷酸以后进一步加工产品时，方法就更多了。可以设想一个“标本”流程，将生产过程中的重要操作单元概括其中，形成具体的标本工艺流程。热法加工湿法加工用无机酸将矿石分解在高温下，将矿石与助剂进行烧结、熔融、还原、水热法处理等使其变为水溶性物质。如明矾石的高温焙烧无机盐原料90%来自天然矿物，生产的首要任务便是将矿物进行破碎和粉碎，然后进行筛选提取所需要的元素。矿物加工分解沉淀如溶液中只含生产所需最终产品蒸发、结晶冷却、结晶分解分级结晶溶液中含多种组分利用水盐相图进行控制过滤、沉降洗涤为了使产品具有一定的粒度和结晶性能，不易结块和不易潮解；便于运输、贮存和机械施肥造粒、包装机械混合若生产多元无机盐可将各种营养元素分离1、矿石的破碎和粉碎大块矿石小块矿石破碎粉末粉碎破碎和粉碎后的粒度取决于后继工序的工艺要求例如：当磷矿石用电炉生产黄磷时，为了使炉料之间有较大的自由空间以便通风良好，矿石的块度应控制在25-250mm之间。用硫酸分解磷矿石制取磷酸时，必须将矿石粉碎到80目，用硝酸分解磷矿石时，则只要粉碎到40目；而磷矿石用来制造过磷酸钙时，则要求将其中70-80％粉碎到通过200目。首先将矿石破碎与粉碎，使其具有一定的粒度，然后再进行化学加工。破碎和粉碎都有专用的机器，种类很多。以压应力为主的破碎机（颚式破碎机、对辊破碎机）以冲击力为主的破碎机（锥式破碎机）以剪切力为主的粉碎机（轮碾机、球磨机）为了节省动力，矿石一般多分成几级破碎，将各种破碎机配合使用。颚式破碎机一般用作粗碎；圆锥破碎机、双辊破碎机及反击式用于中碎和细碎。颚式破碎机圆锥破碎机双辊破碎机铁栅筛电磁器震动筛斗式提升机2、筛分和分级筛分法：使物料通过带有不同孔眼的筛子，较大颗粒留在筛上，较小颗粒通过孔眼落下的分选方法。每一种筛子都能把物料分成两种粒度。经过破碎，矿石按颗粒大小分选的方法有筛分法和分级法。预先筛分：检查筛分控制筛分破碎前进行，除去细粒，防止矿石过度粉碎并提高破碎机的生产能力为了控制破碎产品的粒度，进一步提高破碎机的生产能力控制最终破碎的粒度，使之满足后继工序的工艺要求分级：固体物料在流体中，依其沉降速度不同而按粒度大小分类的方法水力分级法空气分级法适用于直径为1-3mm的颗粒适用于直径小于0.5mm的固体颗粒旋液分离器三、矿石的精选选矿的目的：把有用的矿物和脉石分开，提高矿石的品位。矿石中，有的矿石可以利用，有的矿石不能利用，这种无法利用的矿物称为脉石矿物或简称脉石矿石的品位↑浸取液的消耗↓产品纯度↑矿石的品位太低，不仅在经济上是不合理的，而且在技术上也是无法实现的。随高品位矿石的不断减少和选矿技术的不断进步，低品位矿石也可用于工业生产如：磷矿石原来含P205都在31％以上，现在含量为13％的原矿，经浮选后也可用于工业生产精选：利用矿石中各组分的物理或物理化学性质上的差异将有用成份富集的方法。重力选：利用矿石中各组分比重的差异选别的方法。在水、有机溶剂中或方铅矿等所配制的悬浮液（重介质选矿）中进行，或在气流中进行。磁选：利用矿物的磁化系数不同而进行选别的方法。强磁性：磁铁矿、钛磁铁矿、磁黄铁矿等非磁性：方解石、石英等弱磁性：赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、钛铁矿、水锰矿、软锰矿等根据矿物的磁化系数大小手选、磁选、浮选、摩擦选、放射选、重力选、光电选、电力选等。浮选（泡沫浮游选矿法）利用矿石中各组分被水润湿程度的差异矿物悬浮在水中鼓入空气泡易被水润湿的（沉）不易被水润湿的（浮）绝大多数矿物均易被水润湿，因此必须加入一种捕收剂，使各种矿物具有不同的润湿性以达到分离的目的。能使某些矿物表面生成一层憎水膜，使其与气体泡沫结合而使矿物上浮的物质，称为捕收剂。在浮选时，为了促使流体形成结实外膜的气泡，生成能较长时间存在的大量泡沫，要添加起泡剂。起泡剂都是表面活性物质，含有-OH醇羟基、-NH2氨基、-COOH羧基、-SO3H磺酸基等极性基团。起泡剂在矿浆中定向吸附在空气与水的界面上，其极性基朝向水，非极性基朝向空气。这样当气泡互相接触时，就不易兼并破裂。又由于起泡剂分子的定向吸附作用，使气液界面上的界面张力降低，气泡变得较为坚韧稳定。常用的起泡剂有松油、桉树油、煤焦油、甲酚及某些高级醇为了增加矿石中非上浮组分的亲水性而使之完全地沉底，以提高选矿效果，要添加抑制剂。为了改变浮选介质的PH值，调节其它药剂的作用，消除有害离子的影响和调节泥浆的分散度及絮凝度，还要添加调节剂，如石灰、碳酸钠、硫酸、磷酸盐及硫化钠等。如氰化物、水玻璃、石灰、氨水等。各种药剂的用量都很少，浮选每吨矿石，多者只要数百克，少者仅仅需要数克。有的药剂兼有几种作用，如硫化钠既是抑制剂，又是PH调节剂。正浮选将其中的有用成份浮入泡沫产物中，而将脉石矿物留在矿浆中反浮选将脉石矿物浮入泡沫产物而将有用矿物留在非泡沫产物中如矿物中含有两种或两种以上的有用矿物，其浮选方法有两种：优先浮选将有用矿物依次地一个一个地选出为单一的精矿。混合浮选先将有用矿物共同选出为混合精矿，随后再把混合精选中的有用矿物一一选别。浮选法的选分效率比较高，它能有效地将品位很低的矿石选成高品位的精矿，特别是对于细粒浸染、成分复杂的矿石，采用浮选最为合适，但由于使用浮选药剂，故选矿成本较高。在选矿时，为了将其中的有用成分一一分离，往往同时采用几种方法。含P2O5＞30％的磷灰石精矿浮选法含钛铁矿、磁铁矿的低品位磷矿石重力选钛铁矿、磁铁矿磁选法含TiO248.48％的钛精矿含铁67.68％的铁精矿上述各种选矿方法称为物理选矿法（矿石的化学结构不发生变化）有些选矿方法是使矿石经过化学变化之后而进行的例如在我国某地磷矿石的富集中，采用了焙烧富集法，就是化学选矿的一例。磷矿中伴生有大量的石灰石石灰石分解成石灰消化为消石灰焙烧水重力选P205由24%提高至30%评价某种矿石是否具有工业开采价值：开采本身的条件，原矿的品位，可选性如何。4、矿石的热化学加工•某些矿石要经过高温处理才能成为无机盐产品。煅烧：将矿石在高温下处理，使矿石分解出CO2和H2O如：石灰石加热放出二氧化碳，明矾石加热放出结构水烧结：将矿石与石灰、纯碱、硫酸钠、亚硫酸钠等烧结剂混合加热使之成半熔融状态，矿石即与烧结剂反应。熔融：在比烧结更高的温度下进行，此时炉料全部成为熔体，炉料之间的反应即在熔体中进行。如：磷灰石与橄榄石共熔，可制得枸溶性的热法磷肥。反应温度↑化学反应和扩散↑温度过高不应该烧结和熔融的炉料可能会结瘤和挂壁通风不均加热不匀出现过烧和生烧现象下料困难和炉衬被烧坏炉料的破碎度↑传热的阻力↓颗粒彼此间的接触表面积↑竖窑块度太小，会造成通风困难回转炉和沸腾炉过细的矿粉会使炉气严重夹带粉尘炉料中反应组分的浓度↑（经过精选除去脉石）反应速率↑当反应剂之一是气相时，提高气相中该组分的浓度氧化焙烧时提高氧的浓度还原焙烧时提高一氧化碳和氢的浓度把炉料预先压制成团，使反应组分的颗粒彼此更加紧密接触当必须用竖窑进行矿石的高温处理时，也必须将粉末炉料压制成团。反应速率↑在焙烧过程中搅拌固体物料，使反应物料的表面从反应生成物的覆盖层中解放出来，促使尚未反应的各种物料接触，以便加快焙烧和烧结过程。此外，搅拌可使炉料受热均匀，避免炉料过烧和挂壁，使用转炉可以达到搅拌的目的。5、矿石的湿法加工（利用溶剂使其有用组分进入溶液，然后再将溶液进一步加工）水：有用组分是水溶性的酸、碱溶液：水不溶性的溶剂1）溶解矿石中不溶性组分不多，用溶剂处理后的残渣很少物理溶解：化学溶解：溶质的化学组成没有变化溶质与溶剂之间发生化学变化如：磷灰石溶解于硝酸时生成磷酸和硝酸钙而放出氟化氢气体。如:钾石盐溶解时，KCl和NaCl的化学成分并没有变化。2）浸取：用溶剂处理后的残渣量较大，可溶组分要从其中提出从光卤石中提取KCl，用氨水提取明矾石中的硫酸盐。3）影响溶解和浸取的因素温度↑a.最有效和最常用的办法：扩散系数↑溶液的粘度↓扩散速度↑多数盐类的溶解度C0↑(C为溶液中的实际浓度)溶解推动力(C0-C)↑溶解速度↑溶解速度↑b.溶液中的实际浓度C↓溶解推动力↑使用纯溶剂和制取稀溶液时,溶解和浸取的速度↑后继蒸发工序的负荷↑c.粒度大小和颗粒形状粒度↓单位质量的表面积↑愈不规则的固体溶解速率↑溶解↑另一方面，粒度太细，液体循环流动会受到阻碍表面作用得不到充分利用，且使后继的液固分离发生困难粒度范围要窄，以使各颗粒所需的溶解时间几乎相等。d.固体物料的孔隙率↑浸取便愈容易∴烧结时避免矿石熔融结成坚实的熔块e.在溶解和浸取时加强搅动增加涡流扩散，促使溶质从固体颗粒表面向溶液本体移动浸取过程一般以逆流方式进行残渣中带走有效组分的含量↓从浸取设备出来的残渣用以浸取的纯溶剂或稀溶液6、盐类的结晶无机盐产品很多都要制成固体出售，有时还要求颗粒的粒度均匀，流动性良好，容易包装和贮存。颗粒粗大的晶体对沉降、过滤、洗涤、干燥等后继工序有利。但在粗大的晶粒之间往往含有母液，从而影响成品的纯度。此外，结晶也是产品提纯的一种方法。晶体可以从熔体、溶液中和气相中析出，而以从水溶液中析出的过程最为常用。一定要冷却到低于饱和温度以下的某一温度以后，使溶液具有一定的过饱和度，才开始有晶体生成。S=C/C0=C-C0ttS0过冷温度差溶液的过饱和度S将各种温度下不会自发结晶的过饱和浓度曲线和溶解度曲线同时表示在浓度-温度图上实际生产中，在结晶器的某一区间，往往由于机械冲击、摩擦或强烈搅拌而形成晶核。其它如电场、磁场、紫外线、x光、射线、声波、超声波等外界因素均能促使晶核形成。例如静止的清水能过冷40℃而不至结冰，在搅拌时，过冷0.5℃就会自发形成晶核而结晶。谢谢