化學(xué)藥劑在礦物加工中的應(yīng)用

呂鵬輝

(山西長治王莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046000)

化學(xué)藥劑可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可提高加工效率。礦物的種類具有十分顯著的多樣性及復(fù)雜性，礦物加工中主要需要四種化學(xué)試劑，分別為無機(jī)藥劑、浮選藥劑、合成聚合藥劑以及溶劑萃取劑。不同藥劑在反應(yīng)中的原理各有不同，礦物加工中應(yīng)合理使用化學(xué)藥劑，以保證礦物加工的質(zhì)量。

1 礦物加工中不同化學(xué)藥劑的反應(yīng)原理及應(yīng)用

1.1 無機(jī)藥劑的應(yīng)用

礦物加工中，常見的無機(jī)藥劑主要有硫酸、石灰、氰化物和氫氧化鈉。硫酸能夠置換鐵礦或銅礦，還可起到調(diào)節(jié)pH值的作用。石灰可用作沉淀劑、凝結(jié)劑和抑制劑等，氰化物和氰化鈣能夠浸出金礦石，也可應(yīng)用于浮選。氫氧化鈉具有調(diào)節(jié)pH值的作用，可用于鋁土礦的浸出劑。其他無機(jī)藥劑的使用量相對較少，但是其能夠有效提高礦物加工的效率，因此得以廣泛應(yīng)用。其中，硅酸鈉可作為礦泥分散劑，氨水可用于鎳的浸出劑，明礬可作為澄清劑，重絡(luò)酸鉀可抑制方鉛礦[1]。

1.2 溶劑萃取藥劑的應(yīng)用

溶劑萃取劑使用量較小，但是其效果顯著。在氯化銅礦石中采用溶劑萃取劑可保證銅年產(chǎn)量達(dá)200萬t，且溶劑萃取劑也可應(yīng)用在紅土鎳礦中。在銅礦加工中，萃取劑以羥肟酸為配位基，采用磷酸基萃取劑能夠分離鈷和鎳，效果顯著。

1.3 合成聚合藥劑的應(yīng)用

首先是絮凝劑，聚丙烯酰胺是較為常見的一種絮凝劑，其占所有絮凝劑類型的95%，且該分子能夠?qū)崿F(xiàn)定制，在固液分離中的效果較為明顯。陰陽離子官能團(tuán)可相互取代，可實(shí)現(xiàn)單組分向多組分、由低濃度向高濃度，由低pH值向高pH值的轉(zhuǎn)化。丙烯酰胺與乙烯混合后可形成聚丙烯酰胺，且丙烯酰胺與DMAEA聚合后可制取陽離子絮凝劑。凝聚劑分子量較小，陽離子性能明顯，有利于電中和。當(dāng)前合成絮凝劑已廣泛應(yīng)用于礦物加工當(dāng)中，取代了無機(jī)絮凝劑的位置[2]。

其次是黏合劑。黏合劑膨潤土主要應(yīng)用于鐵礦石球團(tuán)，其主要基于聚丙烯酰胺及羥甲基纖維素鈉發(fā)揮作用，該物質(zhì)可增大顆粒強(qiáng)度，優(yōu)化其表面性能和抗裂性能。同時(shí)，合成黏合劑在鐵還原反應(yīng)中也扮演著關(guān)鍵角色，在鋼鐵冶煉生產(chǎn)中可有效避免二氧化硅進(jìn)入到顆粒當(dāng)中。

再次是分散劑。分散劑和絮凝劑的功能完全不同，分散劑主要吸附在礦物表面，使其構(gòu)成獨(dú)立的顆粒。分散劑的主要成分是聚丙烯酸鈉，在陶瓷生產(chǎn)和造紙工藝中較為常見。其可分散黏土碎屑、礦物顏料，也可改變金礦的流變性能，在礦漿處理中得以廣泛應(yīng)用，可有效降低紙漿的黏度，提高研磨的效率。另外，助磨劑能夠更加細(xì)致地研磨材料，進(jìn)而嚴(yán)格控制研磨機(jī)的數(shù)量，研磨的效率也可得到明顯改善。

最后是防垢劑。石灰和方解石及碳酸鈣加工中結(jié)垢現(xiàn)象十分普遍。在金礦加工中，如篩網(wǎng)結(jié)垢則會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的管道堵塞，污垢被活性炭吸附到孔洞當(dāng)中，進(jìn)而降低加工質(zhì)量。硫酸礦石經(jīng)硫酸養(yǎng)護(hù)處理后，硫酸與碳酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終形成石膏。對此，應(yīng)用適量的防垢劑能夠優(yōu)化污垢處理的效果。很多阻垢劑當(dāng)中均含有聚丙烯酸鈉，部分阻垢劑當(dāng)中含有磷酸鹽，其可破壞晶核，使團(tuán)聚體離散，防止顆粒大量附著于活性炭表面。另外，阻垢劑還可應(yīng)用在熱能和熱設(shè)施當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)理想的應(yīng)用效果。

1.4 浮選藥劑的應(yīng)用

1.4.1 起泡劑

發(fā)泡劑的結(jié)構(gòu)十分特殊，其羧基鏈中等長度，具有極性基團(tuán)，是高分子化合物的典型代表，具有較強(qiáng)的親水性和親氣性。積性基團(tuán)屬羧基，其表現(xiàn)為醇和二醇的形式，HLB值為6～8，起泡劑能夠減輕水和氣之間的界面張力，進(jìn)而在界面形成大量氣泡。發(fā)泡劑還可與收集器相結(jié)合，其可吸附在水中或礦物界面上，因而無需過多的收集器，有利于礦物的浮選。發(fā)泡劑和收集劑共同存在于溶液膠束的內(nèi)部，靜電排斥明顯改善，收集器中的膠束濃度也有所下降，最終促進(jìn)了膠束的形成。發(fā)泡劑與收集器離子充分結(jié)合后，可直接附著于氣泡外表面，水溶性二醇類發(fā)泡劑的發(fā)泡性能更具優(yōu)勢，而醇基發(fā)泡劑具有不溶于水的物理性質(zhì)，故而選擇性更為明顯[3]。

1.4.2 有機(jī)抑制劑

有機(jī)抑制劑中，多糖類和多酚類是抑制劑的兩種類型。常見的多糖類抑制劑有瓜爾膠、淀粉和CMC等。常見的多酚類抑制劑主要有烤橡膠，木質(zhì)素及含羞草。有機(jī)抑制劑在分子、離子和羥基中均含有大量的OH基團(tuán)，在礦物加工中合理應(yīng)用有機(jī)抑制劑，能夠避免收集器吸附于礦物表面，親水性明顯提高，同時(shí)也有利于建立完善的水合屏障。部分抑制劑也可視為分散劑，有效調(diào)節(jié)泡沫。受磷酸鹽基的影響，赤鐵礦的親和力顯著提高。如多元酚能夠應(yīng)用于碳質(zhì)材料、硫化銅和硫化鐵的抑制劑。

1.4.3 硫化礦類捕收劑

硫化礦類捕收劑基于二甲硫，羥鏈較短，疏水性較為明顯。在銅礦、鋅礦、鉛礦和鎳礦加工中，硫化礦物浮選十分普遍。在眾多硫化礦類捕收劑中，烷基黃藥和二硫代磷酸鹽最為常見，二者均有特殊的氣味，需要配合磨機(jī)使用，加入到磨機(jī)后，人們就會(huì)嗅到不同的氣味。增大硫化礦物的回收率是浮選中的重難點(diǎn)問題，與此同時(shí)，工作人員還應(yīng)采取多種措施控制黃鐵礦的上浮率。對此，工作人員要合理選擇藥劑，聯(lián)合使用捕收劑，從而改進(jìn)精礦質(zhì)量，增大精礦的回收率。

1.4.4 脂肪酸類捕收劑

脂肪酸類捕收劑羥鏈較長，為羥酸混合物。羥鏈?zhǔn)杷?，而積性羥基則親水，所以，脂肪酸分子的性質(zhì)與表面活性劑的性質(zhì)基本相同。脂肪酸類捕收劑的起泡功能明顯，在使用的過程中無需聯(lián)合使用發(fā)泡劑，這種捕收劑在螢石礦石、磷酸鹽礦石的浮選中較為常見。同時(shí)，其也可清除玻璃砂當(dāng)中的氧化鐵。脂肪酸分子在酸性條件下具有不溶性，而在堿性條件下則具有可溶性，反應(yīng)后生成羥酸陰離子。塔爾油是現(xiàn)今常用脂肪酸類捕收劑的基礎(chǔ)性物質(zhì)，以C18脂肪酸為活性成分，但是該物質(zhì)含有大量的松香酸，影響了低脂肪酸的選擇性。對此，務(wù)必嚴(yán)格控制松香酸的含量，以增強(qiáng)捕收劑的選擇性。

1.4.5 胺類陽離子捕收劑

常見的胺類陽離子捕收劑有5種類型，其一是脂肪胺RNH2，該捕收劑主要為固體或膏狀物質(zhì)。其二是脂肪二胺，為固體或膏狀物質(zhì)。其三是醚胺，常態(tài)下處于液體狀態(tài)。其四是醚二胺，常態(tài)下為液體物質(zhì)。最后是氨縮合物和嗎啉。脂肪胺和脂肪二胺在鉀鹽礦物當(dāng)中較為常用，醚胺、醚二胺在選擇性上優(yōu)勢明顯，水中的分散性較為明顯，可應(yīng)用在鐵礦石的反浮選當(dāng)中，氨縮合物在磷酸鹽礦石的浮選當(dāng)中較為常見。

2 礦物加工中充分發(fā)揮化學(xué)藥劑作用的有效措施

2.1 保證化學(xué)藥劑的質(zhì)量

礦物加工中需要消耗大量的化學(xué)藥劑，部分企業(yè)為增大企業(yè)效益，通常會(huì)選擇不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)藥劑，更有甚者在加工中完全不使用化學(xué)藥劑，這不僅影響了加工品的質(zhì)量，同時(shí)也引發(fā)了嚴(yán)重的環(huán)境污染，不利于行業(yè)的健康發(fā)展。所以，相關(guān)部門應(yīng)在日常工作中做好監(jiān)管工作，懲處違規(guī)企業(yè)，保證加工中藥劑的質(zhì)量。加工企業(yè)還需立足長期發(fā)展，全面落實(shí)化學(xué)藥物使用標(biāo)準(zhǔn)，更加重視藥劑的質(zhì)量，切忌只考慮短期利益[4]。

2.2 確保操作環(huán)境的安全性和適宜性

礦物加工中，化學(xué)藥劑的使用應(yīng)以安全的生產(chǎn)環(huán)境為基礎(chǔ)。針對水穩(wěn)定性較差的試劑，可將其放在干燥的環(huán)境和空間當(dāng)中。若試劑見光易分解，則可將其放置在避光陰涼處，高溫環(huán)境下易分解的藥劑則需將其放置在低溫環(huán)境當(dāng)中。

2.3 合理配置操作人員，提高操作人員的綜合素質(zhì)

現(xiàn)如今，礦物加工企業(yè)中的化學(xué)藥劑操作人員數(shù)量缺口較大，中小型企業(yè)尤為明顯。受到資金的限制，企業(yè)無法吸引到專業(yè)能力較強(qiáng)且經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員，所以，操作人員的數(shù)量相對緊張。在作業(yè)的過程中，操作人員數(shù)量不足是影響工作順利進(jìn)行的關(guān)鍵要素。此外，工作人員個(gè)人能力有限，責(zé)任意識較弱，無法按照規(guī)范操作，無法有效發(fā)揮出化學(xué)藥劑的作用。所以，若要確保礦物加工作業(yè)中化學(xué)藥劑作用的高效發(fā)揮，就必須完善專業(yè)操作人員的綜合素質(zhì)，適度增加工作人員的數(shù)量[5]。

3 結(jié)語

礦物加工中，技術(shù)人員一方面要全面了解和把握作業(yè)中不同化學(xué)藥劑的反應(yīng)和作用機(jī)理，另一方面也應(yīng)嚴(yán)格要求和把控藥劑的質(zhì)量、操作的環(huán)境及操作人員的個(gè)人能力，只有注重細(xì)節(jié)的管控，才能更加顯著地提升礦物加工生產(chǎn)水平。