选矿中微波技术的应用
微波由于其特殊性能,应用的领域越来越广。随着选矿领域对微波的重视,微波在选矿工程中的应用也逐渐显示出优越性和实用性。
(1)磨矿
在矿物加工过程中,一般都要对矿物进行粉磨,有价矿物与脉石单体分离,以便后续工艺顺利完成。在这个过程中,能耗很高,通常占到总能耗的50% -70%[2],但能效却往往很低,尤其是对于致密的矿石。
各种矿物的介电常数不同,对微波的反应也不相同。如前所述,根据材料对微波的不同反应,可将介质分为微波反射型、微波透明型、微波吸收型和部分微波吸收型。部分矿物在微波场中的升温速率见表1。
矿石中的脉石矿物大部分是石英和方解石等,由表中的数据可知,它们的升温速率很低,而有用矿物的升温速率比较高,因此在有用矿物与脉石矿物之间就会形成明显的局部温差,从而使它们之间产生热应力。
微波对黄铁矿、蓝晶石矿、铜钼矿、钽铌矿、铜铅锌多金属矿的助磨作用,效果比较明显。印度尼西亚班东技术研究所的研究人员研究了微波预处理对西望加尼斯金矿石磨矿能耗的影响。研究人员发现,在磨矿前将微波能对矿石作用不同时间(5-300s)后,金矿石的功指数降低了20%-35%。
(2)碎矿
英国诺丁汉大学的萨姆•金曼利用7年时间来研究用微波加热矿石。各种矿石对微波的反应不同,因此可以针对不同类型的矿石选择不同的微波参数。对不同矿物,要选择恰当的微波频率,强度和加热时间也是十分关键的因素。
(3)磁选
利用微波技术可以将无磁性的矿物转化为有磁性的矿物,从而可利用磁选的方法进行选别。煤炭中的黄铁矿属于有害物,利用重选和浮选的方法来处理都比较困难。采用微波辐照,将黄铁矿(FeS2)转变成磁黄铁矿(Fe1-xS),利用磁选的方法就可以比较简单地将其从煤炭中分选出来。
(4)浮选
伯明翰大学研究了微波对钛铁矿浮选的影响。
钛铁矿试样的比表面随微波辐射时间的增加发生了显著变化,并可以观察到新相位。当钛铁矿暴露在空气中的时候,会发生氧化作用,Fe2+被氧化成Fe3+。这种氧化作用在室温条件下是缓慢的,但随着温度的升高,其氧化作用加强。
微波选择性加热加速了钛铁矿表面铁的氧化作用。氧化作用提高了浮选试剂的吸附性能,改善了浮选效果。微波作用10 s,使钛铁矿回收率提高了10%。随着辐射时间的延长,最终使其回收率从约64%增加到87%。对未处理的钛铁矿,要获得60%的浮选回收率,需要油酸钠的浓度是2×10-4mol/L,而微波处理过的钛铁矿所需油酸钠的浓度只有7×10-5mol/L,其剂量大约减少了65%。由此可见,微波的作用效果比较明显。
(5)浸出
大多数金属矿物在自然界中都是以硫化物的形态存在的,提取金属时的处理方法主要是火法焙烧+浸出工艺流程。在相同的温度及相同的FeCl3浓度条件下,采用微波加热和传统加热方式对硫化铜精矿浸出,其中微波方式没有搅拌。微波辐照40-50min,铜的浸出率可达98. 8%- 99.05%,渣含铜低于0.5%,而传统加热浸出需要3h以上才能达到上述指标。
(6)还原
金属氧化物在高温下还原为金属,是火法冶金中最重要的冶炼过程,应用范围很广。铁、锡、锌、铅、锰、铬等都用这种方法生产。
(7)矿石预处理
部分金矿石因含有砷和碳而难选,这些金矿石或金精矿用微波焙烧预处理后,金回收率可达90%以上,而未经处理的物料只能在30%左右。利用微波预处理黄铁矿包裹的金精矿,氰化浸出率由74%提高到90%以上。
(8)其他应用
微波技术除了以上应用外,还在矿物焙烧、活性炭再生、矿物粉体干燥、制备纳米产品和样品化验等方面也有应用。目前国内外均在开展微波应用于选矿的研究,相信在不远的将来,高效、优质、低成本、无污染的微波选矿技术会得到大规模的推广。
(1)磨矿
在矿物加工过程中,一般都要对矿物进行粉磨,有价矿物与脉石单体分离,以便后续工艺顺利完成。在这个过程中,能耗很高,通常占到总能耗的50% -70%[2],但能效却往往很低,尤其是对于致密的矿石。
各种矿物的介电常数不同,对微波的反应也不相同。如前所述,根据材料对微波的不同反应,可将介质分为微波反射型、微波透明型、微波吸收型和部分微波吸收型。部分矿物在微波场中的升温速率见表1。
矿石中的脉石矿物大部分是石英和方解石等,由表中的数据可知,它们的升温速率很低,而有用矿物的升温速率比较高,因此在有用矿物与脉石矿物之间就会形成明显的局部温差,从而使它们之间产生热应力。
微波对黄铁矿、蓝晶石矿、铜钼矿、钽铌矿、铜铅锌多金属矿的助磨作用,效果比较明显。印度尼西亚班东技术研究所的研究人员研究了微波预处理对西望加尼斯金矿石磨矿能耗的影响。研究人员发现,在磨矿前将微波能对矿石作用不同时间(5-300s)后,金矿石的功指数降低了20%-35%。
(2)碎矿
英国诺丁汉大学的萨姆•金曼利用7年时间来研究用微波加热矿石。各种矿石对微波的反应不同,因此可以针对不同类型的矿石选择不同的微波参数。对不同矿物,要选择恰当的微波频率,强度和加热时间也是十分关键的因素。
(3)磁选
利用微波技术可以将无磁性的矿物转化为有磁性的矿物,从而可利用磁选的方法进行选别。煤炭中的黄铁矿属于有害物,利用重选和浮选的方法来处理都比较困难。采用微波辐照,将黄铁矿(FeS2)转变成磁黄铁矿(Fe1-xS),利用磁选的方法就可以比较简单地将其从煤炭中分选出来。
(4)浮选
伯明翰大学研究了微波对钛铁矿浮选的影响。
钛铁矿试样的比表面随微波辐射时间的增加发生了显著变化,并可以观察到新相位。当钛铁矿暴露在空气中的时候,会发生氧化作用,Fe2+被氧化成Fe3+。这种氧化作用在室温条件下是缓慢的,但随着温度的升高,其氧化作用加强。
微波选择性加热加速了钛铁矿表面铁的氧化作用。氧化作用提高了浮选试剂的吸附性能,改善了浮选效果。微波作用10 s,使钛铁矿回收率提高了10%。随着辐射时间的延长,最终使其回收率从约64%增加到87%。对未处理的钛铁矿,要获得60%的浮选回收率,需要油酸钠的浓度是2×10-4mol/L,而微波处理过的钛铁矿所需油酸钠的浓度只有7×10-5mol/L,其剂量大约减少了65%。由此可见,微波的作用效果比较明显。
(5)浸出
大多数金属矿物在自然界中都是以硫化物的形态存在的,提取金属时的处理方法主要是火法焙烧+浸出工艺流程。在相同的温度及相同的FeCl3浓度条件下,采用微波加热和传统加热方式对硫化铜精矿浸出,其中微波方式没有搅拌。微波辐照40-50min,铜的浸出率可达98. 8%- 99.05%,渣含铜低于0.5%,而传统加热浸出需要3h以上才能达到上述指标。
(6)还原
金属氧化物在高温下还原为金属,是火法冶金中最重要的冶炼过程,应用范围很广。铁、锡、锌、铅、锰、铬等都用这种方法生产。
(7)矿石预处理
部分金矿石因含有砷和碳而难选,这些金矿石或金精矿用微波焙烧预处理后,金回收率可达90%以上,而未经处理的物料只能在30%左右。利用微波预处理黄铁矿包裹的金精矿,氰化浸出率由74%提高到90%以上。
(8)其他应用
微波技术除了以上应用外,还在矿物焙烧、活性炭再生、矿物粉体干燥、制备纳米产品和样品化验等方面也有应用。目前国内外均在开展微波应用于选矿的研究,相信在不远的将来,高效、优质、低成本、无污染的微波选矿技术会得到大规模的推广。
