浓密机结晶物

Wedding Bus 官方 2024-05-26 16:34:12

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一、概述
以焙烧—酸浸—氰化工艺处理浮选金精矿的黄金冶炼厂，其酸浸系统的工艺管道、搅拌槽、浓密机、中间贮槽等，常常会生成大量的结晶物，随着时间的推移，这些结晶物不断长大，在管道和槽壁上沉积，造成管道堵塞、设备停止运转等一系列故障因素，严重影响生产的正常进行。每年因为清理结晶物需耗费大量的人力、物力和时间，这种情况在冬季尤为严重。本文作者针对这一问题进行了独立研究，从分析结晶物的化学成分着手，循序研究了结晶物的形成过程，试用盐类结晶理论解释这一现象发生的全过程，据此提出了解决这一问题的技术方案，并从技术经济的角度论证了现行方法的优缺点，为今后彻底解决这一长期困扰黄金冶炼企业的难题作出了前期基础性工作。二、酸浸结晶物形成机理
1、结晶物的化学组成
查阅相关技术资料得知，酸浸结晶物在有色金属湿法冶炼工艺过程中都不同程度地存在，一般认为主要是caso4·2h2o和mgso4·7h2o〔1〕，其中尚夹杂有其他成矿物质。在这种认识的指导下，首先对结晶物进行了化学定性分析：第一，取典型结晶物肉眼观察，其晶型外观与硫酸钙的晶型完全相同；第二，将样品以适当溶剂溶解后调整至碱性溶液，加少量乙二醛双缩〔2-**胺〕，简称gbha，生成红色螯合物沉淀，这是ca2+的特效鉴定反应；将试液用hcl酸化，在所得清液里加bacl2溶液，生成baso4白色沉淀，表示so2-4存在。定性分析还检出了镁离子，从而判明了结晶物的主要化学成分为钙、镁的硫酸盐，其他为二氧化硅、氧化铁等矿物。某厂外委定量分析结果为：wca15.6%，wmg1.03%，换算成相应的硫酸盐分别为caso4·h2o68%，mgso4·7h2o10.45%，sio25.3%，fe2o36.1%。2、酸浸结晶物形成机理
黄金冶炼厂生产原料为浮选金精矿，浮选金精矿一般用石灰调整为弱碱性介质进行生产，加之金矿石本身含有一定量的钙、镁氧化物，当高温焙砂用稀酸浸出时，大量的钙、镁不可避免地转入溶液中，在系统中，这些杂质离子随溶液温度的逐步降低，其过饱和度逐渐增大，如遇固体悬浮物的成核作用，则有结晶析出的趋势。某厂焙砂中钙、镁含量为**1.12%，mgo0.21%，酸浸液中ca约600—800mg/l，由此可以看出，由进厂原料带入的钙、镁是结晶物产生的主要原因。但是，由于原料紧缺，冶炼厂无法采取控制引入ca、mg的措施来防止结晶物的生成。以caso4为例，在常温下，其溶度积常数为ksp＝9.1×10-6?则其溶解度l，根据查表所得的溶度积常数计算出不同温度下caso4的溶解度如表1所示。在酸浸溶液流经的系统中，管道及贮槽的内壁受矿浆的冲击和摩擦而变的粗糙，酸浸浓密机的溢流中仍含有一定量的固体悬浮粒子，这些固体悬浮粒子在粗糙的管壁或槽壁沉积下来。含有大量 ca2+、mg2+的热溶液通过后续工艺设备迁移时，温度不断下降，其过饱和度逐渐增大，趋向形成caso4结晶，此时沉积在容器表面的固体矿泥粒子与新生的caso4晶胞互相碰撞，固体矿泥粒子起着晶种的作用，诱导caso4结晶体的生成和长大，此即所谓的异相成核作用。在结晶物形成过程中，有时由于结晶速度太快，以致表面吸附的杂质粒子来不及离开结晶物表面就被沉积上来的结晶物所覆盖，这样杂质就被包藏在结晶物内部，引起共沉淀现象，这种现象就是吸留(occlusion)和包夹(inclusion)。生产实践中所观察到的结晶物颜色为红色而非无色结晶体，多半是由于结晶形成过程中包夹和吸留的氧化铁矿泥所致。溶解了大量钙、镁的溶液体系，对溶液的温度、过饱和度、搅拌强度、ph值以及洁净程序都非常敏感，任何微小的尘粒都可以作为晶核而引起结晶或沉淀，这种现象可通过简单的实验加以解释：现场采取酸浸浓密机溢流，用双层或多层慢速定量滤纸过滤，放置过夜。仍然可以观察到结晶物产生。盐类结晶理论指出，结晶物颗粒愈小，其强度和溶解度愈小；而当结晶经过一段时间的“陈化”作用后，小晶体逐渐转变为大晶体，其结构也发生转变，由初生成时的结构转变为另一种更稳定的结构，溶解度大大减小。有时由于溶液的快速冷却会使晶体在某一区域优先成长，生成针状和发状晶体。晶型沉积物在溶液持续的压力下，互相胶结在一起，其胶结强度随着晶体颗粒的增大和陈化时间的延长而不断增大，这就是为什么结晶物十分坚硬难以清理的原因。总之，酸浸系统结晶物沉积的过程是十分复杂的，既有“均相成核”，又有诱导作用的“异相成核”，还有包夹和吸留作用的共沉淀现象。国内某大型有色冶金企业，锌焙砂中**+mg1.5-1.8%，热酸浸出液中含钙高达0.6-0.8克/升，其工艺管道中的结晶物日平均增长达1毫米，必须定期人工清理，否则将造成管道堵塞，严重影响生产。三、防止及消除酸浸结晶物技术措施
1、机械法
在有色冶金企业中，最常见的是人工清理，如使用钝器敲打管道的外部，或者依次拆卸局部管道的办法来加以清理，当拆卸管道时，必须停产；堵塞严重的，还要更换管道；大型设备如浓密机，需等停产检修时清理结晶物，每年因清理结晶物需耗费大量的人力、物力，由此造成的直接、间接经济损失十分严重。2、化学法
化学法防止caso4结晶物的生成，是基于在水溶液中，ca2+和mg2+有较明显的形成配合物的趋势，例如它们都能和多磷酸根阴离子结合生成鳌合物，也能与edta形成配合物：ca2+(mg2+)+edta〔4-〕→〔m(edta)〕2-市场上常见的除垢剂多为含有能够与钙、镁形成配合物的化学试剂，但是，这类除垢剂应用范围有限，一般只在中性或略偏两性的介质中使用，不能在强酸性介质中使用。有资料〔2-〕报道，异丙烯膦酸—**共聚物对硫酸钙有良好的阻垢性能，此共聚物可在较宽的ca2+浓度、so2-4浓度、温度和ph值范围内使用，是一种较好的水处理剂。综观这些化学试剂，虽然都有对caso4结晶的除垢、阻垢使用，但其本身价格昂贵，因而其应用受到了限制。3、物理化学法
根据水溶液中caso4的化学平衡式，可以采取相应的措施，使需要的时候产生caso4(固)；不需要的时候产生ca2+和so2-4，自然的我们可以选择预先人为结晶的方法消除结晶物对后续工艺的影响，但这需要增加工序和设备，导致成本增加，这又是我们所不希望产生的结果。4、现行技术措施评价
传统的人工清理(机械法)简单易行，但费时费力，效率低下，与现代化生产极不相称；化学法有其自身的局限性，第一，使用条件有限，因为这些试剂的有效成分大多是无机或有机盐类，如聚**，edta等，这些化合物可与酸或其它杂质反应，降低其使用性能，因此一般应用于中性水如锅炉等的水垢处理；第二，除垢速度慢，如某厂生产的除垢剂添加剂加在锅炉水中除垢需时20-40天之久；第三，试剂消耗量大，运行成本较高，如在锅炉水中一般ca、mg含量很低，使用这些试剂的成本相对来说还不算高，而对于冶金企业溶液中含有大量ca、mg，每天的液体流量达数千立方，加上这些试剂与杂质离子发生沉淀、配合反应的消耗，使用这些添加剂的费用是惊人的。还有，使用这些添加剂对企业后续工艺如铜萃取工艺的影响都应考虑进去。物理化学法(结晶法)是一种有前途的方法，这种方法对后续工艺无任何影响，虽然要增加工序和设备，产出的结晶物需要再处理，仍值得我们开展进一步的深入研究。四、结语
通过对黄金冶炼厂酸浸系统结晶物化学成分的分析，试用盐类结晶理论阐明了结晶物的形成机理，对现行的工艺措施进行了技术经济评估，根据盐类结晶理论所揭示的结晶机理，可以有目的地控制结晶的产生，如采取在酸浸浓密机后设备结晶槽，消除caso?4结晶物对后续工艺设备的有害影响，有待于今后深入研究、开发，力争从根本上解决这一长期困扰黄金冶炼企业生产的难题。参考文献：]
〔1〕吴明军等.有色冶炼，2001，(5)：25
〔2〕赵彦生.〔j〕.水处理技术，2002，28(2)：86
〔3〕无机化学(上、下册)〔m〕.1991.
〔4〕初级化学〔m〕.人民教育出版社
〔5〕分析化学〔m〕.高等教育出版社
作者简介：
韩英东，中金股份中原黄金冶炼厂，冶炼工程师；唐应刚，中金股份中原黄金冶炼厂，选矿工程师。补充资料：http://:90/~kjqk/huangj/huan2001/010**df/010311.pdf 20210311

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