石灰是一種價格低廉物品,在金礦石選礦工藝中應用廣泛。根據多年的實際生產經驗,系統地總結歸納了石灰在黃金礦山浮選、氰化、混汞等作業中的作用及控制量。系統地對其有關性質及在浮選、氰化、混汞等作業過程中的作用及應用進行論述。

1 石灰的有關性質

石灰又稱生石灰或白灰,有效成分為CaO,是由石灰CaCO3在900~1200℃條件下鍛燒而得。反應式為:

CaCO3→CaO+CO2↑

石灰具有強烈的吸水性,與水作用后成為氫氧化鈣(Ca(OH)2 ),俗稱熟石灰或消石灰。它在水溶液中溶解度很小,但溶于水溶液中能進一步電離出鈣離子(Ca2+)和氫氧根離子(OH),使溶液呈較強的堿性,反應式為:

CaO+H2O=Ca(OH)2

Ca(OH)2=Ca2++2OH

熟石灰能與CO2反應生成CaCO3,反應式為:

Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O

這一性質正是現場使用石灰時在機械設備底部或輸送管道中產生結鈣現象的基本原因所在。

2 石灰在浮選中作用及應用

石灰在浮選過程中可用于提高礦漿的pH值;調節硫代化合物類捕收劑及其它某些抑制劑(如氰化物)的作用活性;可用于抑制硫化鐵礦物、自然金粒的浮選;沉淀礦漿中對浮選有害的重金屬離子;對礦泥具有凝聚成較大團粒的作用等。

2.1調節礦漿聲值

石灰因價廉易得且堿性較強,在對硫化礦物浮選過程中,當需要提高礦漿的pH值或需要在堿性或弱堿性介質條件下進行時,通常大都采用它作為pH值調整劑。一般來說,其作用如下:

(1)調節礦漿中重金屬離子的濃度,形成難溶化合物。這是消除某些有害離子的重要調整方法。例如加入OH離子可使許多金屬陽離子形成難溶的氫氧化物。浮選常見的易形成難溶的氫氧化物有:AL(OH)3、Cu(OH)2、Fe(OH)2、Fe(OH)3、Pb(OH)2、Zn(OH)2等。

(2)調整捕收劑的離子濃度。捕收劑在水中呈分子或離子狀態存在與介質pH值密切相關。調整pH值可以調整捕收劑在水中呈分子或離子狀態存在的比例,實際上就調整了捕收劑的解離程度。

(3)調整捕收劑與礦物之間的作用。捕收劑離子與礦物表面之間的作用與礦漿的pH值有密切的關系,捕收劑陰離子與OH之間可以在礦物表面產生競爭,pH值愈高,OH離子濃度愈大,愈能排斥捕收劑陰離子的作用。

(4)調整抑制劑的濃度。一些抑制劑是由強堿和弱酸所構成的鹽,如常用抑制劑水玻璃(又稱硅酸鈉,它的化學組成為NaO2SiO2)即是,它在水中可以水解使礦漿呈堿性,pH值的高低直接影響它的水解程度。當pH<9時,硅酸(H2SiO3)分子占優勢;當pH=9~13時,HSiO3占優勢;當pH>13時,SiO3占優勢。

(5)調整起泡劑的起泡能力。pH值對起泡劑的起泡能力有一定影響。例如松醇油(2#油)的起泡能力隨介質pH值升高而增強。

(6)調整礦泥的分散與團聚。實踐上使用的pH值調整劑,經常為礦泥的分散劑或團聚劑,起到分散礦漿或使礦漿產生團聚的作用。例如石灰中Ca2+可削弱石英表面的負電性,降低靜電斥力,有利于離子絮凝劑的吸附。

金礦石浮選,在處理礦石中含有對氰化有害物質少的簡單金屬硫化物礦石時,一般用石灰控制浮選pH=7~9。

2.2抑制硫化鐵礦物、自然金粒的浮選

當用黃藥類捕收劑浮選各種有色金屬硫化礦物時(例如從礦石中浮選銅、鉛、鋅等硫化礦物),由于礦石中通常含有一定數量的硫化鐵礦物,如黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦或硫砷鐵礦等,用石灰抑制硫化鐵礦物是生產實踐中常用的主要方法之一。

在處理有價重金屬含量較高的含金多金屬硫化礦物礦石(如含銅、銅鋅、鉛鋅、蹄、砷等含金多金屬硫化物礦石)時,由于這些礦石中含有對下一步氰化有害而可浮的礦物,為消除不利因素,實際生產過程中,通常采用混合浮選與分離浮選結合的浮選流程,而石灰常用來調整pH值,一般控制混合浮選pH=7~ 8,讓有用硫化礦物大都上浮,再采用控制pH=10~12的分離浮選過程,抑制黃鐵礦的選別,達到分離的目的。

再者,自然金粒易受Ca2+的抑制,當礦漿中存在一定量的石灰時,Ca2+與進入礦漿的空氣中的CO2反應生成CaCO3沉淀,而抑制自然金粒的浮選。

石灰在浮選作業中的添加,通常采用在球磨機給礦皮帶上加石灰粉或在浮選前藥劑攪拌槽中加石灰乳或石灰粉等形式。

石灰在浮選過程中的作用,外觀最明顯地是對浮選泡沫性質的影響。當石灰用量適當時,所形成的泡沫較穩定,具有適宜的粘度;當用量較大時,將導致泡沫過于穩定,泡沫發粘,甚至引起“跑槽”現象,使生產過程難于操作、控制。同時由于凝聚礦泥現象加劇,而這種凝聚又常缺乏選擇性,致使泡沫精礦中常夾帶大量礦石細泥,影響精礦質量。因而,黃金礦山浮選生產中應嚴格控制石灰加入量,要對其有充分的認識。

2.3其它作用及應用

由于石灰是無機電解質,解離出的Ca2+離子吸附在礦泥表面,降低或中和礦泥表面的負電荷,使微細顆粒在范得華力作用下凝聚變成較大的團粒,因而生產實際過程中,有很多礦山采用將其加入浮選精礦濃縮濃密機中,加速礦漿沉降速度,優化濃縮過濾作業,防止精礦跑渾現象發生等等。

3 石灰在氰化中的作用及應用

在氰化過程中石灰可作為脫藥劑,用于金精礦氰化廠浸前濃密機中,脫除氰化過程中有害物質,防止金精礦跑渾現象發生,降低不必要的損失;可作為預先堿浸劑,用于浸出作業前,消除浸出反應不利因素;可作為保護堿,用于浸出過程中;可作為調整劑,用于鋅粉置換過程中等等。

3.1氰化浸前作用及應用

石灰在氰化浸出之前的作用歸結起來有三個方面。一方面,對于金精礦氰化廠,常用其作為脫藥劑應用于浸前磨礦分級或濃密機中。通過調整礦漿pH值即酸堿度來改變浮選藥劑(如捕收劑、起泡劑)陰離子性能,通過競爭使它們失效,而達到從礦物表面脫落的目的。另一方面,由于其為一種較弱的無機凝聚劑,因而用于浸前濃密機中,消除礦物表面的電荷、壓縮雙電層,使礦漿中的微細礦粒形成凝塊,加速沉淀,防止濃密機跑渾,減少不必要的金屬流失。再者,通過浸前預先堿浸(石灰CaO浸出)處理,調整礦漿中陰、陽離子濃度,改善浸出反應條件,消除不利因素等。

生產過程中,有的氰化廠采用在球磨分級系統中添加石灰粉;有的在進入浸出之前濃密機的砂泵箱中加入石灰乳或石灰粉;也有的氰化廠單獨增加一至兩個堿浸槽進行預浸處理。一般氰化之前堿浸工藝控制堿度在于4~8/萬之間(以CaO計)。

生產過程中,過多添加石灰,會加速礦粒沉降濃縮速度,不利于正常操作(如濃密機操作),同時,又會生成CaCO3沉淀物堵塞管路等;反之,添加量不足,既影響脫藥效果,又達不到預先堿浸的目的。總之,添加量不適,不利于后續氰化作業正常進行。因而許多氰化廠在沒有特殊情況下,一般在浸出、置換作業不再添加石灰。

3.2浸出、洗滌作業的作用及應用

為了保持氰化物溶液的穩定性,減少氰化物的化學損失,在氰化物溶液中必須加入適當數量的堿,使其維持一定的堿度(稱為保護堿)。由于石灰自身性質所定,通常石灰被利用充當此任。在氰化浸出、洗滌過程中由于石灰的添加,對金的浸出、洗滌環境創造了有利條件,概括起來其作用如下:

(1)阻止氰化鈉(NaCN)的水解,減少溶液中HCN濃度,防止HCN氣體的揮發;

(2)在一定條件下可以阻止雜質對氰化鈉的消耗。如可溶性的銅、鐵、鋅等金屬硫化物的浸出消耗;再如硫化礦漿中硫離子與氰根(CN)離子結合等;

(3)中和溶入水中的CO2和硫化礦氧化所生成的酸,防止氰化鈉被這些酸類分解。

(4)在洗滌過程中可以加速礦粒群的沉淀,有利于洗滌作業。在氰化生產過程中,特別是對于含硫化物成分多的礦石,通常控制浸出作業石灰的濃度是十分必要的。對于金精礦氰化廠,一般控制浸出工藝CaO濃度為2~5/萬之間。

在實際生產中,應嚴格控制石灰的用量。當石灰用量過多時,可能由于其絮凝作用使礦漿粘度增加,從而增加溶劑擴散的阻力,使溶液中雜質含量相應增加,金粒表面形成過氧化鈣薄膜,阻礙金與氰化鈉和氧的作用,降低浸出效果;當石灰用量不足時,一方面會增加氰化鈉消耗,影響浸出指標;另一方面,增大貴液渾濁度,造成洗滌濃密機跑槽,影響后續鋅粉置換作業順利進行等。

在氰化生產過程中不注重對石灰的控制,造成損失的礦山很多。如內蒙某礦由于過量添加石灰,使金的浸出率下降5%~10%;再如山東某礦,某段時期由于石灰添加量不足,消耗氰化鈉成倍增加,由4.82kg/t提高到9.20kg/t等。

3.3在鋅粉置換作業中的作用及應用

在氰化廠鋅粉置換過程中,保持被置換含金液體即貴液的堿度(CaO量)也至關重要,適當的石灰濃度,可增強貴液的澄清度,改善貴液的離子組成,改變置換反應順序,影響置換反應速度及鋅粉耗量,進而影響金的置換率。在置換作業中,石灰的作用歸結起

來有如下幾方面:

(1)增強貴液的澄清度,提高金泥質量。既有利于置換作業,又有利于后續金泥冶煉作業;

(2)通過不同的pH值控制,避免Zn(OH)2生成而覆蓋在鋅表面妨礙金的沉淀。同時在堿性溶液中可避免產生氫,減少鋅粉消耗;

(3)改變置換反應過程中雜質離子及其反應狀態和順序,延長置換壓濾機的使用壽命,提高置換率等。

一般認為,當CaO濃度較低時,貴液中的雜質主要以活性離子形成存在,置換過程以化學反應為主。高溫季節,雜質離子(如Cu2+離子等)活性增強,置換反應加快,生成物堵塞濾布,造成壓濾機處理能力下降,壽命降低。當CaO濃度較高時,貴液中的雜質主要以化合物(如氫氧化物)、絮凝物(如硅泥)等形式存在,置換過程以物理變化為主。即在貴液通過壓濾機濾布時其中的化合物、絮凝物等在濾布表面形成“薄膜”,減弱了濾布的透水性,造成壓濾機處理能力下降,壓濾機壽命降低。當CaO濃度適宜時,貴液中的雜質以活性離子及化合物等形式并存。此時置換過程則化學與物理變化并存,這時的化學變化遵循元素活動順序規律。

在生產過程中,由于不注意對貴液中CaO濃度的控制造成壓濾機壽命降低,既增加成本,又增強工人的勞動強度。

一般來說,對于金精礦鋅粉置換氰化廠,在實際生產中控制貴液中CaO濃度在3~ 8/萬之間,這既能滿足置換壓濾機的使用壽命,又能保證鋅粉消耗及金的置換率,保證金泥產品質量。生產過程中,如果石灰用量過多,在溶液中懸浮的SiO2微粒和過量的Pb(AC)2存在的情況下,會在鋅表面生成膠態硅酸鈣和亞鉛酸鈣沉淀,惡化金的沉淀效果。反之,如果石灰用量小,貴液混濁度大,影響金泥質量,同時由于堿度小,鋅易反應生成氫增加鋅粉消耗。因而,加強對鋅粉置換作業中石灰的控制十分必要。

4 石灰在混汞作業中的作用及應用

(1)通過調整PH值影響混汞作業效果。礦漿的酸堿度對混汞作業效果影響很大。在酸性介質中,附著在汞表面的賤金屬其表面潔凈,能促進汞對金的潤濕性,但在酸性介質中,不能使礦泥凝聚,相反由于礦泥污染金粒而妨礙汞對金的潤濕。因而通常采用石灰來增大礦漿pH值,使礦泥凝聚,消耗因礦泥污染金粒而妨礙汞對金的潤濕的不利因素。通常情況下,混汞作業PH=8.0~8.5為宜。

(2)抑制礦漿中硫化物的活性,防止汞板“生病”。在外混汞作業中,有時硫或硫化物與汞作用能使汞粉化,在汞板上生成黑色斑點,使汞板喪失捕金能力,這種現象特別在礦石中含有硫化砷、硫化銻和硫化銘時尤其嚴重。一旦出現這種現象,生產中可以通過加大石灰用量,提高礦漿pH值,抑制硫化物活性得以解決。

(3)防止金屬硫化物附著于汞板上,惡化混汞作業。當處理礦石為含金多金屬硫化物時,會經常發生金屬硫化物附著于汞板,惡化混汞過程現象,為消除此現象,生產中往往采用加大石灰用量,有時pH值須達12以上才能解決。

(4)消除內混汞作業磁性汞膏。在非堿性介質中進行內混汞作業,有時會產生磁性汞膏,使鐵礦物混入汞膏內,因而內混汞多在堿性介質中進行。一般用石灰調整礦漿的堿度,其用量為裝料量的2%~4% 。

5 其它應用

由于石灰吸水生成熟石灰Ca(OH)2,具有較強的堿性作用,石灰在黃金選廠還有如下應用:

(1)作為氰化污水酸化回收法處理過程中HCN氣體的吸收劑來替代氫氧化鈉(NaOH)。但其利用存在很大局限性,國內還無利用先例。據報導:加拿大弗州產弗隆選礦廠采用石灰乳,通過特殊裝置將其霧狀化,使HCN氣體與吸收劑Ca(OH)2發生反應生成氰化鈣重新利用。

(2)中和尾礦漿或污水酸性,防止設備、管路等腐蝕作用發生等。

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