無機(jī)鹽工藝學(xué)——復(fù)習(xí)課

1、1、化學(xué)礦物、化學(xué)礦物在自然界中固體礦物有3000多種，可供工業(yè)利用約約有200多種，如硫鐵礦、石灰?guī)r礦、磷礦、錳礦、鋁礦等，占無機(jī)鹽生產(chǎn)原料的90%。 天然礦物天然礦物（兩大類）（兩大類）水溶性：水不溶性：鉀長石、光鹵石、硝石磷灰石、明礬石水不溶性礦物生產(chǎn)化學(xué)肥料時(shí)，首先必須進(jìn)行化學(xué)加工，使其成為作物所能吸收的水溶性或微溶性物質(zhì)，然后經(jīng)過除去雜質(zhì)、蒸發(fā)、結(jié)晶等工序制成成品。水溶性礦物生產(chǎn)化學(xué)肥料，加工比較簡單，僅需溶解富集、分離和提純的過程。2、鹽湖湖水、鹽湖湖水 鹽湖的組成因地而異，其可能含有的離子為Li+、Na+、K+、Rb+銣 、Cs+銫 、Mg2+、Ca2+CI-、Br-溴 、HCO

2、-3、CO32-、B4O72-硼酸鹽硼酸鹽 、 BO2-它可以生產(chǎn)NaCl、Na2SO4， Na2CO3 、Na2B4O7 、MgCl2、 KCl、K2SO4、MgSO4等大宗無機(jī)鹽。3、化工原料、化工原料4、工業(yè)廢料、工業(yè)廢料很多無機(jī)鹽是利用工業(yè)廢料來生產(chǎn)的利用工業(yè)廢料生產(chǎn)無機(jī)鹽，既可綜合利用資源，又可消除“三廢”，減少污染，保護(hù)環(huán)境，實(shí)為一舉兩得。 在生產(chǎn)無機(jī)鹽時(shí)，由于所用的原料和產(chǎn)品種類不同，加工方法也就各異。即使用同一種原料生產(chǎn)同一種產(chǎn)品，也可以有多種多樣的方法。第二節(jié)第二節(jié) 生產(chǎn)無機(jī)鹽的基本方法生產(chǎn)無機(jī)鹽的基本方法以磷灰石（Ca5F(PO4)3) 生產(chǎn)磷酸為例，既可用硫酸、硝酸、鹽酸

3、等無機(jī)酸使之分解，然后利用生成沉淀（過濾）和溶劑萃取等方法除去CaS04 、Ca(N03)2和CaCl2而得到磷酸；也可以在電爐中用焦炭還原先制得黃磷，而后經(jīng)氧化和水吸收而得磷酸。得到磷酸以后進(jìn)一步加工產(chǎn)品時(shí)，方法就更多了?？梢栽O(shè)想一個(gè)“標(biāo)本”流程，將生產(chǎn)過程中的重要操作單元概括其中，形成具體的標(biāo)本工藝流程。熱法加工熱法加工濕法加工濕法加工 用無機(jī)酸將礦石分解在高溫下，將礦石與助劑進(jìn)行燒結(jié)、熔融、還原、水熱法處理等使其變?yōu)樗苄晕镔|(zhì)。如明礬石的高溫焙燒無機(jī)鹽原料90%來自天然礦物，生產(chǎn)的首要任務(wù)便是將礦物進(jìn)行破碎和粉碎，然后進(jìn)行篩選提取所需要的元素。礦物加工分解分解沉淀沉淀如溶液中只含生產(chǎn)所需

4、最終產(chǎn)品蒸發(fā)、結(jié)晶蒸發(fā)、結(jié)晶冷卻、結(jié)晶冷卻、結(jié)晶分解分解分級(jí)結(jié)晶分級(jí)結(jié)晶溶液中含多種組分利用水鹽相圖進(jìn)行控制過濾、沉降過濾、沉降洗滌洗滌為了使產(chǎn)品具有一定的粒度和結(jié)晶性能，不易結(jié)塊和不易潮解；便于運(yùn)輸、貯存和機(jī)械施肥造粒、包裝造粒、包裝機(jī)械混合機(jī)械混合若生產(chǎn)多元無機(jī)鹽可將各種營養(yǎng)元素分離分離1、礦石的破碎和粉碎大塊礦石大塊礦石小塊礦石小塊礦石破碎粉末粉末粉碎破碎和粉碎后的粒度取決于破碎和粉碎后的粒度取決于后繼工序的工藝要求后繼工序的工藝要求例如：當(dāng)磷礦石用電爐生產(chǎn)黃磷時(shí)，為了使?fàn)t料之間有較大的自由空間以便通風(fēng)良好，礦石的塊度應(yīng)控制在25-250mm之間。用硫酸分解磷礦石制取磷酸時(shí)，必須將礦石粉

5、碎到80目，用硝酸分解磷礦石時(shí)，則只要粉碎到40目；而磷礦石用來制造過磷酸鈣時(shí)，則要求將其中70-80粉碎到通過200目。首先將礦石破碎與粉碎，使其具有一定的粒度，然后再進(jìn)行化學(xué)加工。破碎和粉碎都有專用的機(jī)器，種類很多。以壓應(yīng)力為主的破碎機(jī)（顎式破碎機(jī)、對輥破碎機(jī)）以壓應(yīng)力為主的破碎機(jī)（顎式破碎機(jī)、對輥破碎機(jī)）以沖擊力為主的破碎機(jī)以沖擊力為主的破碎機(jī)（錐式破碎機(jī)）（錐式破碎機(jī)）以剪切力為主的粉碎機(jī)（輪碾機(jī)、球磨機(jī)）以剪切力為主的粉碎機(jī)（輪碾機(jī)、球磨機(jī)） 為了節(jié)省動(dòng)力，礦石一般多分成幾級(jí)破碎，將各種破碎機(jī)配合使用。顎式破碎機(jī)一般用作粗碎；圓錐破碎機(jī)、雙輥破碎機(jī)及反擊式用于中碎和細(xì)碎。顎式破碎機(jī)顎

6、式破碎機(jī)圓錐破碎機(jī)圓錐破碎機(jī)雙輥破碎機(jī)雙輥破碎機(jī)鐵柵篩電磁器震動(dòng)篩斗式提升機(jī)2、篩分和分級(jí)、篩分和分級(jí) 篩分法篩分法：使物料通過帶有不同孔眼的篩子，較大顆：使物料通過帶有不同孔眼的篩子，較大顆粒留在篩上，較小顆粒通過孔眼落下的分選方法。粒留在篩上，較小顆粒通過孔眼落下的分選方法。每一種篩子都能把物料分成兩種粒度。每一種篩子都能把物料分成兩種粒度。經(jīng)過破碎，礦石按顆粒大小分選的方法有篩分法和分級(jí)法。預(yù)先篩分：預(yù)先篩分：檢查篩分檢查篩分控制篩分控制篩分破碎前進(jìn)行，除去細(xì)粒，防止礦石過度粉碎并提高破碎機(jī)的生產(chǎn)能力為了控制破碎產(chǎn)品的粒度，進(jìn)一步提高破碎機(jī)的生產(chǎn)能力控制最終破碎的粒度，使之滿足后繼工序的

7、工藝要求分級(jí)：固體物料在流體中，依其沉降速度不同而按粒度大小分類的方法水力分級(jí)法空氣分級(jí)法適用于直徑為1-3mm的顆粒適用于直徑小于0.5mm的固體顆粒旋液分離器三、礦石的精選三、礦石的精選 選礦的目的：把有用的礦物和脈石分開，提高礦石的品位。 礦石中，有的礦石可以利用，有的礦石不能利用，這種無法利用的礦物稱為脈石礦物或簡稱脈石礦石的品位浸取液的消耗 產(chǎn)品純度礦石的品位太低，不僅在經(jīng)濟(jì)上是不合理的，而且在技術(shù)上也是無法實(shí)現(xiàn)的。隨高品位礦石的不斷減少和選礦技術(shù)的不斷進(jìn)步，低品位礦石也可用于工業(yè)生產(chǎn)如：磷礦石原來含P205都在31以上，現(xiàn)在含量為13的原礦，經(jīng)浮選后也可用于工業(yè)生產(chǎn)精選：利用礦石中

8、各組分的物理或物理化學(xué)性質(zhì)上的差異將有用成份富集的方法。重力選：利用礦石中各組分比重的差異選別的方法。在水、有機(jī)溶劑中或方鉛礦等所配制的懸浮液（重介質(zhì)選礦）中進(jìn)行，或在氣流中進(jìn)行。磁選：利用礦物的磁化系數(shù)不同而進(jìn)行選別的方法。強(qiáng)磁性：磁鐵礦、鈦磁鐵礦、磁黃鐵礦等非磁性：方解石、石英等弱磁性：赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、鈦鐵礦、 水錳礦、軟錳礦等根據(jù)礦物的磁化系數(shù)大小手選、磁選、浮選、摩擦選、放射選、重力選、光電選、電力選等。浮選浮選（泡沫浮游選礦法）（泡沫浮游選礦法）利用礦石中各組分被水潤濕程度的差異利用礦石中各組分被水潤濕程度的差異礦物懸浮在水中 鼓入空氣泡易被水潤濕的（沉） 不易被水潤濕的（浮

9、）絕大多數(shù)礦物均易被水潤濕，因此必須加入一種捕收劑，使各種礦物具有不同的潤濕性以達(dá)到分離的目的。能使某些礦物表面生成一層憎水膜，使其與氣體泡沫結(jié)合而使礦物上浮的物質(zhì)，稱為捕收劑。 在浮選時(shí)，為了促使流體形成結(jié)實(shí)外膜的氣泡，生成能較長時(shí)間存在的大量泡沫，要添加起泡劑。起泡劑都是表面活性物質(zhì)，含有-OH醇羥基 、-NH2氨基 、-COOH羧基、-SO3H磺酸基等極性基團(tuán)。 起泡劑在礦漿中定向吸附在空氣與水的界面上，其極性基朝向水，非極性基朝向空氣。這樣當(dāng)氣泡互相接觸時(shí)，就不易兼并破裂。又由于起泡劑分子的定向吸附作用，使氣液界面上的界面張力降低，氣泡變得較為堅(jiān)韌穩(wěn)定。常用的起泡劑有松油、桉樹油、煤焦

10、油、甲酚及某些高級(jí)醇 為了增加礦石中非上浮組分的親水性而使之完全地沉底，以提高選礦效果，要添加抑制劑。 為了改變浮選介質(zhì)的PH值，調(diào)節(jié)其它藥劑的作用，消除有害離子的影響和調(diào)節(jié)泥漿的分散度及絮凝度，還要添加調(diào)節(jié)劑，如石灰、碳酸鈉、硫酸、磷酸鹽及硫化鈉等。如氰化物、水玻璃、石灰、氨水等。 各種藥劑的用量都很少，浮選每噸礦石，多者只要數(shù)百克，少者僅僅需要數(shù)克。有的藥劑兼有幾種作用，如硫化鈉既是抑制劑，又是PH調(diào)節(jié)劑。正浮選將其中的有用成份浮入泡沫產(chǎn)物中，而將脈石礦物留在礦漿中反浮選將脈石礦物浮入泡沫產(chǎn)物而將有用礦物留在非泡沫產(chǎn)物中如礦物中含有兩種或兩種以上的有用礦物，其浮選方法有兩種： 優(yōu)先浮選 將

11、有用礦物依次地一個(gè)一個(gè)地選出為單一的精礦?；旌细∵x 先將有用礦物共同選出為混合精礦，隨后再把混合精選中的有用礦物一一選別。 浮選法的選分效率比較高，它能有效地將品位很低的礦石選成高品位的精礦，特別是對于細(xì)粒浸染、成分復(fù)雜的礦石，采用浮選最為合適，但由于使用浮選藥劑，故選礦成本較高。在選礦時(shí)，為了將其中的有用成分一一分離，往往同時(shí)采用幾種方法。含P2O5 30的磷灰石精礦浮選法含鈦鐵礦、磁鐵礦的低品位磷礦石重力選鈦鐵礦、磁鐵礦磁選法含TiO2 48.48的鈦精礦含鐵67.68的鐵精礦上述各種選礦方法稱為物理選礦法（礦石的化學(xué)結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化）有些選礦方法是使礦石經(jīng)過化學(xué)變化之后而進(jìn)行的例如在我國某

12、地磷礦石的富集中，采用了焙燒富集法，就是化學(xué)選礦的一例。磷礦中伴生有大量的石灰石磷礦中伴生有大量的石灰石石灰石分解成石灰消化為消石灰焙燒水重力選P205由24%提高至30%評(píng)價(jià)某種礦石是否具有工業(yè)開采價(jià)值：開采本身的條件開采本身的條件， 原礦的品位原礦的品位， 可選性如何可選性如何。4、礦石的熱化學(xué)加工、礦石的熱化學(xué)加工 某些礦石要經(jīng)過高溫處理才能成為無機(jī)鹽產(chǎn)品。煅燒煅燒：將礦石在高溫下處理，使礦石分解出CO2和H2O如：石灰石加熱放出二氧化碳，明礬石加熱放出結(jié)構(gòu)水燒結(jié)燒結(jié)：將礦石與石灰、純堿、硫酸鈉、亞硫酸鈉等燒結(jié)劑混合加熱使之成半熔融狀態(tài)，礦石即與燒結(jié)劑反應(yīng)。熔融熔融：在比燒結(jié)更高的溫度下

13、進(jìn)行，此時(shí)爐料全部成為熔體，爐料之間的反應(yīng)即在熔體中進(jìn)行。如：磷灰石與橄欖石共熔，可制得枸溶性的熱法磷肥。反應(yīng)溫度化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散溫度過高不應(yīng)該燒結(jié)和熔融的爐料可能會(huì)結(jié)瘤和掛壁通風(fēng)不均加熱不勻出現(xiàn)過燒和生燒現(xiàn)象下料困難和爐襯被燒壞爐料的破碎度傳熱的阻力顆粒彼此間的接觸表面積豎窯塊度太小，會(huì)造成通風(fēng)困難回轉(zhuǎn)爐和沸騰爐過細(xì)的礦粉會(huì)使?fàn)t氣嚴(yán)重夾帶粉塵爐料中反應(yīng)組分的濃度（經(jīng)過精選除去脈石）反應(yīng)速率當(dāng)反應(yīng)劑之一是氣相時(shí)，提高氣相中該組分的濃度氧化焙燒時(shí)提高氧的濃度還原焙燒時(shí)提高一氧化碳和氫的濃度把爐料預(yù)先壓制成團(tuán)，使反應(yīng)組分的顆粒彼此更加緊密接觸當(dāng)必須用豎窯進(jìn)行礦石的高溫處理時(shí)，也必須將粉末爐料壓制成團(tuán)

14、。反應(yīng)速率 在焙燒過程中攪拌固體物料，使反應(yīng)物料的表面從反應(yīng)生成物的覆蓋層中解放出來，促使尚未反應(yīng)的各種物料接觸，以便加快焙燒和燒結(jié)過程。 此外，攪拌可使?fàn)t料受熱均勻，避免爐料過燒和掛壁，使用轉(zhuǎn)爐可以達(dá)到攪拌的目的。 5、礦石的濕法加工（利用溶劑使其有用組分進(jìn)入溶液，然后再將溶液進(jìn)一步加工）水水：有用組分是水溶性的酸、堿溶液：水不溶性的溶劑1 1）溶解）溶解礦石中不溶性組分不多，用溶劑處理后的殘?jiān)苌傥锢砣芙猓夯瘜W(xué)溶解：溶質(zhì)的化學(xué)組成沒有變化溶質(zhì)與溶劑之間發(fā)生化學(xué)變化如：磷灰石溶解于硝酸時(shí)生成磷酸和硝酸鈣而放出氟化氫氣體。如:鉀石鹽溶解時(shí)，KCl和NaCl的化學(xué)成分并沒有變化。2 2）浸取）浸

15、?。河萌軇┨幚砗蟮臍?jiān)枯^大，可溶組分要從其中提出從光鹵石中提取KCl，用氨水提取明礬石中的硫酸鹽。3）影響溶解和浸取的因素 溫度a.最有效和最常用的辦法： 擴(kuò)散系數(shù)溶液的粘度擴(kuò)散速度多數(shù)鹽類的溶解度C0 (C為溶液中的實(shí)際濃度)溶解推動(dòng)力(C0 -C) 溶解速度溶解速度b.溶液中的實(shí)際濃度C 溶解推動(dòng)力使用純?nèi)軇┖椭迫∠∪芤簳r(shí),溶解和浸取的速度后繼蒸發(fā)工序的負(fù)荷c.粒度大小和顆粒形狀 粒度單位質(zhì)量的表面積愈不規(guī)則的固體溶解速率溶解另一方面，粒度太細(xì)， 液體循環(huán)流動(dòng)會(huì)受到阻礙表面作用得不到充分利用，且使后繼的液固分離發(fā)生困難粒度范圍要窄，以使各顆粒所需的溶解時(shí)間幾乎相等。d.固體物料的孔隙率浸取便愈容易燒結(jié)時(shí)避免礦石熔融結(jié)成堅(jiān)實(shí)的熔塊e.在溶解和浸取時(shí)加