選礦中微波技術(shù)的應(yīng)用
微波由于其特殊性能,應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣。隨著選礦領(lǐng)域?qū)ξ⒉ǖ闹匾?微波在選礦工程中的應(yīng)用也逐漸顯示出優(yōu)越性和實(shí)用性。
(1)磨礦
在礦物加工過程中,一般都要對(duì)礦物進(jìn)行粉磨,有價(jià)礦物與脈石單體分離,以便后續(xù)工藝順利完成。在這個(gè)過程中,能耗很高,通常占到總能耗的50% -70%[2],但能效卻往往很低,尤其是對(duì)于致密的礦石。
各種礦物的介電常數(shù)不同,對(duì)微波的反應(yīng)也不相同。如前所述,根據(jù)材料對(duì)微波的不同反應(yīng),可將介質(zhì)分為微波反射型、微波透明型、微波吸收型和部分微波吸收型。部分礦物在微波場(chǎng)中的升溫速率見表1。
礦石中的脈石礦物大部分是石英和方解石等,由表中的數(shù)據(jù)可知,它們的升溫速率很低,而有用礦物的升溫速率比較高,因此在有用礦物與脈石礦物之間就會(huì)形成明顯的局部溫差,從而使它們之間產(chǎn)生熱應(yīng)力。
微波對(duì)黃鐵礦、藍(lán)晶石礦、銅鉬礦、鉭鈮礦、銅鉛鋅多金屬礦的助磨作用,效果比較明顯。印度尼西亞班東技術(shù)研究所的研究人員研究了微波預(yù)處理對(duì)西望加尼斯金礦石磨礦能耗的影響。研究人員發(fā)現(xiàn),在磨礦前將微波能對(duì)礦石作用不同時(shí)間(5-300s)后,金礦石的功指數(shù)降低了20%-35%。
(2)碎礦
英國諾丁漢大學(xué)的薩姆?金曼利用7年時(shí)間來研究用微波加熱礦石。各種礦石對(duì)微波的反應(yīng)不同,因此可以針對(duì)不同類型的礦石選擇不同的微波參數(shù)。對(duì)不同礦物,要選擇恰當(dāng)?shù)奈⒉l率,強(qiáng)度和加熱時(shí)間也是十分關(guān)鍵的因素。
(3)磁選
利用微波技術(shù)可以將無磁性的礦物轉(zhuǎn)化為有磁性的礦物,從而可利用磁選的方法進(jìn)行選別。煤炭中的黃鐵礦屬于有害物,利用重選和浮選的方法來處理都比較困難。采用微波輻照,將黃鐵礦(FeS2)轉(zhuǎn)變成磁黃鐵礦(Fe1-xS),利用磁選的方法就可以比較簡(jiǎn)單地將其從煤炭中分選出來。
(4)浮選
伯明翰大學(xué)研究了微波對(duì)鈦鐵礦浮選的影響。
鈦鐵礦試樣的比表面隨微波輻射時(shí)間的增加發(fā)生了顯著變化,并可以觀察到新相位。當(dāng)鈦鐵礦暴露在空氣中的時(shí)候,會(huì)發(fā)生氧化作用,Fe2+被氧化成Fe3+。這種氧化作用在室溫條件下是緩慢的,但隨著溫度的升高,其氧化作用加強(qiáng)。
微波選擇性加熱加速了鈦鐵礦表面鐵的氧化作用。氧化作用提高了浮選試劑的吸附性能,改善了浮選效果。微波作用10 s,使鈦鐵礦回收率提高了10%。隨著輻射時(shí)間的延長(zhǎng),最終使其回收率從約64%增加到87%。對(duì)未處理的鈦鐵礦,要獲得60%的浮選回收率,需要油酸鈉的濃度是2×10-4mol/L,而微波處理過的鈦鐵礦所需油酸鈉的濃度只有7×10-5mol/L,其劑量大約減少了65%。由此可見,微波的作用效果比較明顯。
(5)浸出
大多數(shù)金屬礦物在自然界中都是以硫化物的形態(tài)存在的,提取金屬時(shí)的處理方法主要是火法焙燒+浸出工藝流程。在相同的溫度及相同的FeCl3濃度條件下,采用微波加熱和傳統(tǒng)加熱方式對(duì)硫化銅精礦浸出,其中微波方式?jīng)]有攪拌。微波輻照40-50min,銅的浸出率可達(dá)98. 8%- 99.05%,渣含銅低于0.5%,而傳統(tǒng)加熱浸出需要3h以上才能達(dá)到上述指標(biāo)。
(6)還原
金屬氧化物在高溫下還原為金屬,是火法冶金中最重要的冶煉過程,應(yīng)用范圍很廣。鐵、錫、鋅、鉛、錳、鉻等都用這種方法生產(chǎn)。
(7)礦石預(yù)處理
部分金礦石因含有砷和碳而難選,這些金礦石或金精礦用微波焙燒預(yù)處理后,金回收率可達(dá)90%以上,而未經(jīng)處理的物料只能在30%左右。利用微波預(yù)處理黃鐵礦包裹的金精礦,氰化浸出率由74%提高到90%以上。
(8)其他應(yīng)用
微波技術(shù)除了以上應(yīng)用外,還在礦物焙燒、活性炭再生、礦物粉體干燥、制備納米產(chǎn)品和樣品化驗(yàn)等方面也有應(yīng)用。目前國內(nèi)外均在開展微波應(yīng)用于選礦的研究,相信在不遠(yuǎn)的將來,高效、優(yōu)質(zhì)、低成本、無污染的微波選礦技術(shù)會(huì)得到大規(guī)模的推廣。
(1)磨礦
在礦物加工過程中,一般都要對(duì)礦物進(jìn)行粉磨,有價(jià)礦物與脈石單體分離,以便后續(xù)工藝順利完成。在這個(gè)過程中,能耗很高,通常占到總能耗的50% -70%[2],但能效卻往往很低,尤其是對(duì)于致密的礦石。
各種礦物的介電常數(shù)不同,對(duì)微波的反應(yīng)也不相同。如前所述,根據(jù)材料對(duì)微波的不同反應(yīng),可將介質(zhì)分為微波反射型、微波透明型、微波吸收型和部分微波吸收型。部分礦物在微波場(chǎng)中的升溫速率見表1。
礦石中的脈石礦物大部分是石英和方解石等,由表中的數(shù)據(jù)可知,它們的升溫速率很低,而有用礦物的升溫速率比較高,因此在有用礦物與脈石礦物之間就會(huì)形成明顯的局部溫差,從而使它們之間產(chǎn)生熱應(yīng)力。
微波對(duì)黃鐵礦、藍(lán)晶石礦、銅鉬礦、鉭鈮礦、銅鉛鋅多金屬礦的助磨作用,效果比較明顯。印度尼西亞班東技術(shù)研究所的研究人員研究了微波預(yù)處理對(duì)西望加尼斯金礦石磨礦能耗的影響。研究人員發(fā)現(xiàn),在磨礦前將微波能對(duì)礦石作用不同時(shí)間(5-300s)后,金礦石的功指數(shù)降低了20%-35%。
(2)碎礦
英國諾丁漢大學(xué)的薩姆?金曼利用7年時(shí)間來研究用微波加熱礦石。各種礦石對(duì)微波的反應(yīng)不同,因此可以針對(duì)不同類型的礦石選擇不同的微波參數(shù)。對(duì)不同礦物,要選擇恰當(dāng)?shù)奈⒉l率,強(qiáng)度和加熱時(shí)間也是十分關(guān)鍵的因素。
(3)磁選
利用微波技術(shù)可以將無磁性的礦物轉(zhuǎn)化為有磁性的礦物,從而可利用磁選的方法進(jìn)行選別。煤炭中的黃鐵礦屬于有害物,利用重選和浮選的方法來處理都比較困難。采用微波輻照,將黃鐵礦(FeS2)轉(zhuǎn)變成磁黃鐵礦(Fe1-xS),利用磁選的方法就可以比較簡(jiǎn)單地將其從煤炭中分選出來。
(4)浮選
伯明翰大學(xué)研究了微波對(duì)鈦鐵礦浮選的影響。
鈦鐵礦試樣的比表面隨微波輻射時(shí)間的增加發(fā)生了顯著變化,并可以觀察到新相位。當(dāng)鈦鐵礦暴露在空氣中的時(shí)候,會(huì)發(fā)生氧化作用,Fe2+被氧化成Fe3+。這種氧化作用在室溫條件下是緩慢的,但隨著溫度的升高,其氧化作用加強(qiáng)。
微波選擇性加熱加速了鈦鐵礦表面鐵的氧化作用。氧化作用提高了浮選試劑的吸附性能,改善了浮選效果。微波作用10 s,使鈦鐵礦回收率提高了10%。隨著輻射時(shí)間的延長(zhǎng),最終使其回收率從約64%增加到87%。對(duì)未處理的鈦鐵礦,要獲得60%的浮選回收率,需要油酸鈉的濃度是2×10-4mol/L,而微波處理過的鈦鐵礦所需油酸鈉的濃度只有7×10-5mol/L,其劑量大約減少了65%。由此可見,微波的作用效果比較明顯。
(5)浸出
大多數(shù)金屬礦物在自然界中都是以硫化物的形態(tài)存在的,提取金屬時(shí)的處理方法主要是火法焙燒+浸出工藝流程。在相同的溫度及相同的FeCl3濃度條件下,采用微波加熱和傳統(tǒng)加熱方式對(duì)硫化銅精礦浸出,其中微波方式?jīng)]有攪拌。微波輻照40-50min,銅的浸出率可達(dá)98. 8%- 99.05%,渣含銅低于0.5%,而傳統(tǒng)加熱浸出需要3h以上才能達(dá)到上述指標(biāo)。
(6)還原
金屬氧化物在高溫下還原為金屬,是火法冶金中最重要的冶煉過程,應(yīng)用范圍很廣。鐵、錫、鋅、鉛、錳、鉻等都用這種方法生產(chǎn)。
(7)礦石預(yù)處理
部分金礦石因含有砷和碳而難選,這些金礦石或金精礦用微波焙燒預(yù)處理后,金回收率可達(dá)90%以上,而未經(jīng)處理的物料只能在30%左右。利用微波預(yù)處理黃鐵礦包裹的金精礦,氰化浸出率由74%提高到90%以上。
(8)其他應(yīng)用
微波技術(shù)除了以上應(yīng)用外,還在礦物焙燒、活性炭再生、礦物粉體干燥、制備納米產(chǎn)品和樣品化驗(yàn)等方面也有應(yīng)用。目前國內(nèi)外均在開展微波應(yīng)用于選礦的研究,相信在不遠(yuǎn)的將來,高效、優(yōu)質(zhì)、低成本、無污染的微波選礦技術(shù)會(huì)得到大規(guī)模的推廣。
