化学药剂在矿物加工中的应用分析

李红新

摘 要：随着经济社会的发展，人们对于矿区资源的需求不断增加，矿物生产加工期间，化学药剂的使用是一个重要环节，直接影响加工效率和产品质量。要想正确使用不同的药剂，应该了解各自的化学特性、反应机理，从而充分发挥出功能作用。本文从无机药剂、溶剂萃取药剂、合成聚合药剂、浮选药剂4个方面，介绍了在矿物加工中的应用，以供参考。

关键词：矿物加工；化学药剂；作用；应用

中图分类号：TD923 文献标志码：A

药剂指的是可以发生化学反应的试剂，能在化学反应过程中，改变其他物质的形态或特性。随着科学技术的进步，矿物加工产业也在不断创新，其中化学药剂的使用比较普遍，一方面能加快反应进程，提高矿物加工效率；另一方面能改善产品的性能质量，有效降低生产成本。了解不同化学药剂的特性，才能合理地使用在矿物加工中，既满足国家技术标准规范，又不会产生环境污染，获得经济效益和社会效益的最大化。以下对此进行探讨。

1 无机药剂的应用

在矿物加工中，硫酸、石灰、氰化物、氢氧化钠是4种常用的无机药剂。其中，硫酸可以调节pH值，并且作为铁矿、铜矿的浸出剂使用；石灰被称为万能试剂，可作为沉淀剂、凝结剂、抑制剂等使用；氰化钠或氰化钙用于金矿石中是有效的浸出剂，也可用在浮选上；氢氧化钠则能调节pH值，在铝土矿中作为浸出剂使用。其他无机药剂的使用虽然较少，但是能加快矿物加工速度，因此应用价值较高，举例如下：

①硅酸钠，是矿泥的分散剂；

②氨水，是镍的浸出剂；

③明矾，是澄清剂；

④连二亚硫酸锌，是漂白剂；

⑤重络酸钾，是方铅矿的抑制剂；

⑥硫酸锌，是闪锌矿的去活化剂等。

2 溶剂萃取药剂的应用

溶剂萃取剂的用量不大，但效果突出，在氧化铜矿石中应用溶剂萃取剂，每年可以生产出200万吨铜金属，在红土镍矿中也有使用。以铜矿加工为例，萃取剂主要是螯合剂，配位基是羟肟酸，早期以酮肟为基础，现在以醛肟为基础。利用磷酸基萃取剂对钴、镍进行分离，其结构如图1所示。

3 合成聚合药剂的应用

3.1 絮凝剂

在所有絮凝剂中，以聚丙烯酰胺为基础的种类较多，在絮凝剂市场中占比95%。该分子能够剪裁，因此适用于固液分离操作中。在聚丙烯酰胺分子中，阳离子和阴离子的官能团相互取代，可以对矿浆进行处理，从单组分变为多组分，从低浓度变为高浓度，从低pH值变为高pH值等。丙烯酰胺和乙烯加成后，就能得到聚丙烯酰胺；丙烯酰胺和DMAEA聚合后，就能得到阳离子絮凝剂。在矿物加工中，该凝结剂的分子量小，具有强阳离子特性，功能是促进电中和，产生桥联作用，目前合成凝结剂已经基本取代了无机凝结剂。

3.2 黏结剂

在铁矿石制球中，以往会用到膨润土，但现在则使用聚合物，以聚丙烯酰胺和羟甲基纤维素钠为基础。这种合成的粘结剂，能提高球团的强度，获得更好的表面性质，增强抗裂性能。此外，合成黏结剂在炼钢中的铁还原中具有重要作用，能防止硅石进入球团。

3.3 分散剂

分散剂和絮凝剂的功能相反，通过吸附在矿物表面，促使其成为单个颗粒，大多以聚丙烯酸钠为基础。将其用于陶瓷制作和造纸工艺中，可以分散黏土碎片、矿物颜料，并调节金矿石的流变性质；用于矿浆处理中，可以降低矿浆黏度，加快磨矿进程。此外，助磨剂能细磨矿浆，减少磨机数量，提高处理效率。

3.4 防垢剂

石灰、方解石、碳酸钙在加工期间，很容易出现结垢现象。以金矿石加工为例，筛子结垢会导致管道受阻，并且沉淀在活性炭孔隙上，影响加工效率。使用硫酸氧化硫化矿石，硫酸和碳酸钙会发生反应生成石膏。对此，使用少量防垢剂，可以避免结垢现象发生，从而提高加工效率。目前，多数防垢剂都是以聚丙烯酸钠为基础，部分防垢剂还添加了磷酸盐。分析其作用机理，是破坏结晶核、分散团聚体，促使晶体变形，从而避免颗粒附着。当然，除了在矿物加工、湿法冶金中应用以外，防垢剂也被用在能源和热力设施中。

4 浮选药剂的应用

4.1 起泡剂

从结构上看，起泡剂具有中等长度的羟链，极性基团，属于高分子化合物，对水、空气均具有亲和性。极性基团是羟基，以醇、二醇的形式存在，其HLB值在6～8，作用原理是降低水、气界面张力，从而形成气泡。此外，起泡剂还有以下作用：

①起泡剂和捕收剂共同使用，能吸附在水或矿物的界面上，减少捕收剂的使用量，有利于矿物的浮选。

②起泡剂和捕收剂共同存在于溶液的胶束中，由于静电斥力减弱，降低了捕收剂的胶束浓度，有利于胶束的形成。

③起泡剂和捕收剂离子结合，能吸附在气泡的外表面。图2是常用的起泡剂分子结构，一般情况下，水溶性的二醇基起泡剂，具有更强的起泡性能；水不溶的醇基起泡剂，则具有更好的选择性。

4.2 有机抑制剂

有机抑制剂主要分为两类：一是多糖类，例如古尔胶、淀粉、糊精、CMC；二是多酚类，例如烤胶、木质素、含羞草属。这些抑制劑的共同特点是在分子、离子、羟基中，含有多个OH基。将其应用在矿物加工中，能防止捕收剂吸附在表面上，提高亲水性，建立水化屏障。此外，部分抑制剂可以作为分散剂使用，能调整泡沫。多糖类以淀粉为例，在磷酸基团的作用下，可以增强赤铁矿的亲和力；多酚类以木质素为例，可以作为含碳物质、硫化铜、硫化铁的抑制剂。

4.3 硫化矿类捕收剂

该类捕收剂的特点，是以二价硫为基础、短羟链，具有一定的疏水性。硫化矿物的浮选，在铜矿、锌矿、铅矿、镍矿的加工处理中应用普遍，烷基黄药和二硫代磷酸盐，是常用的捕收剂类型，共同特征是气味特殊，一旦添加在磨机中，人们就会嗅出气味的不同。实践证实，浮选操作中的难点，是如何提高硫化矿物的回收率，并降低黄铁矿的上浮率，对此应该选择合适的药剂。此外，选择两种捕收剂联合使用，例如黄药和黑药，能提高精矿的回收率和品位。

4.4 脂肪酸类捕收剂

该类捕收剂的特点是具有长羟链，属于羟酸混合物。其中羟链疏水，极性羟基则亲水，因此脂肪酸分子具有表面活性剂的性质。由于脂肪酸类捕收剂具有起泡功能，使用时可不用联合起泡剂。该类捕收剂主要用于萤石矿石、磷酸盐矿石的浮选，也能在玻璃砂中去除氧化铁。脂肪酸分子中含有羟基，在酸性环境下不溶于水，在碱性环境下则溶于水，生成羟酸阴离子：RCOOH+OH-=RCOO-+H2O。目前常用的脂肪酸类捕收剂，是以塔尔油为基础，其中活性组分是C18脂肪酸，缺点在于含有松香酸，会降低脂肪酸的选择性。因此，使用时应该控制松香酸的含量，从而提高捕收剂的选择性。

4.5 胺类阳离子捕收剂

该类捕收剂包括以下几种：

①脂肪胺RNH2，呈现为固体或膏状；

②脂肪二胺RNH2（CH2）3·NH2，呈现为固体或膏状；

③醚胺R-O（CH2）3·NH2，呈现为液体；

④醚二胺R-O（CH2）3·（CH2）3·NH2，呈现为液体；

⑤氨缩合物和吗啉。其中，脂肪胺、脂肪二胺，主要用在钾盐矿物中；醚胺、醚二胺的选择性高，在水中具有良好的分散性，多用于铁矿石的反浮选中；氨缩合物则用在磷酸盐矿石的浮选中。

结语

矿物加工中离不开化学药剂，文中分别介绍了无机药剂、溶剂萃取药剂、合成聚合药剂、浮选药剂的类型和作用。这些药剂的合理使用，可以提高矿物加工效率，提升产品性能质量，一方面促进矿物加工企业健康发展，另一方面满足经济社会的使用需求。

参考文献

[1]武良光，栾彦娜.矿物加工中化学药剂的应用[J].科技创新导报，2014，11（9）：226.

[2]张杰，刘龙利，吴桂叶，等.硫化矿有机抑制剂的研究进展[J].现代矿业，2014（3）：103-106.