1 、石灰的有关性质
石灰又称生石灰或白灰, 有效成分为CaO, 是由石灰石CaCO3 在900~1200℃条件
下煅烧而得。反应式为:
CaCO3→CaO + CO2↑
石灰具有强烈的吸水性, 与水作用后成为氢氧化钙( Ca(OH)2 ) , 俗称熟石灰或消石灰。它在水溶液中溶解度很小,但溶于水溶液中能进一步电离出钙离子( Ca2+ ) 和氢氧根
离子(OH-) , 使溶液呈较强的碱性, 反应式为:
CaO + H2O = Ca(OH)2 + 热
Ca(OH)2= Ca2+ + 2OH-
熟石灰能与CO2 反应生成CaCO3, 反应式为:
Ca(OH)2+ CO2→ CaCO3↑ + H2O
这一性质正是现场使用石灰时在机械设备底部或输送管道中产生结钙现象的基本原因所在。
2 石灰在浮选中作用及应用
石灰在浮选过程中可用于提高矿浆的pH 值; 调节硫代化合物类捕收剂及其它某些抑制剂(如氰化物) 的作用活性; 可用于抑制硫化铁矿物、自然金粒的浮选; 沉淀矿浆中对浮选有害的重金属离子; 对矿泥具有凝聚成较大团粒的作用等。
2. 1 调节矿浆pH 值
石灰因价廉易得且碱性较强, 在对硫化矿物浮选过程中, 当需要提高矿浆的pH 值或需要在碱性或弱碱性介质条件下进行时,通常大都采用它作为pH 值调整剂。一般来说, 其作用如下:
(1) 调节矿浆中重金属离子的浓度, 形成难溶化合物。这是消除某些有害离子的重
要调整方法。例如加入OH-离子可使许多金属阳离子形成难溶的氢氧化物。浮选常见的易形成难溶的氢氧化物有: Al(OH)3、Cu(OH)2、Fe(OH)2、Fe(OH)3、Pb(OH)2、Zn(OH)2等。
(2) 调整捕收剂的离子浓度。捕收剂在水中呈分子或离子状态存在与介质pH 值密切相关。调整pH值可以调整捕收剂在水中呈分子或离子状态存在的比例, 实际上就调整了捕收剂的解离程度。
(3) 调整捕收剂与矿物之间的作用。捕收剂离子与矿物表面之间的作用与矿浆的pH 值有密切的关系, 捕收剂阴离子与OH-之间可以在矿物表面产生竞争, pH 值愈高,OH- 离子浓度愈大, 愈能排斥捕收剂阴离子的作用。
(4) 调整抑制剂的浓度。一些抑制剂是由强碱和弱酸所构成的盐, 如常用抑制剂水玻璃(又称硅酸钠, 它的化学组成为NaO2SiO2)即是, 它在水中可以水解使矿浆呈碱性, pH值的高低直接影响它的水解程度。当pH < 9 时, 硅酸( H2SiO3)分子占优势; 当pH = 9~ 13 时, HSiO-3占优势; 当pH > 13时, SiO-3占优势。
(5) 调整起泡剂的起泡能力。pH 值对起泡剂的起泡能力有一定影响。例如松醇油(2# 油) 的起泡能力随介质pH 值升高而增强。
(6) 调整矿泥的分散与团聚。实践上使用的pH 值调整剂, 经常为矿泥的分散剂或团聚剂,起到分散矿浆或使矿浆产生团聚的作用。例如石灰中Ca2+ 可削弱石英表面的负电性, 降低静电斥力, 有利于离子絮凝剂的吸附。
黄金浮选, 在处理矿石中含有对氰化有害物质少的简单金属硫化物矿石(如山东大部分矿) 时, 一般用石灰控制浮选pH = 7~ 9。
2. 2 抑制硫化铁矿物、自然金粒的浮选
当用黄药类捕收剂浮选各种有色金属硫化矿物时(例如从矿石中浮选铜、铅、锌等硫化矿物) , 由于矿石中通常含有一定数量的硫化铁矿物, 如黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿或硫砷铁矿等, 用石灰抑制硫化铁矿物是生产实践中常用的主要方法之一。
在处理有价重金属含量较高的含金多金属硫化矿物矿石( 如含铜、铜锌、铅锌、碲、砷等含金多金属硫化物矿石) 时, 由于这些矿石中含有对下一步氰化有害而可浮的矿物, 为消除不利因素, 实际生产过程中, 通常采用混合浮选与分离浮选结合的浮选流程, 而石灰常用来调整pH 值, 一般控制混合浮选pH=7~8, 让有用硫化矿物大都上浮, 再采用控制pH = 10~12 的分离浮选过程, 抑制黄铁矿的选别, 达到分离的目的。
再者, 自然金粒易受Ca2+ 的抑制, 当矿浆中存在一定量的石灰时, Ca2+ 与进入矿浆的空气中的CO2 反应生成CaCO3 沉淀, 而抑制自然金粒的浮选。
石灰在浮选作业中的添加, 通常采用在球磨机给矿皮带上加石灰粉或在浮选前药剂搅拌槽中加石灰乳或石灰粉等形式。
石灰在浮选过程中的作用, 外观最明显地是对浮选泡沫性质的影响。当石灰用量适当时, 所形成的泡沫较稳定, 具有适宜的粘度; 当用量较大时, 将导致泡沫过于稳定, 泡沫发粘, 甚至引起”跑槽”现象, 使生产过程难于操作、控制。同时由于凝聚矿泥现象加剧,而这种凝聚又常缺乏选择性, 致使泡沫精矿中常夹带大量矿石细泥, 影响精矿质量。因而, 黄金矿山浮选生产中应严格控制石灰加入量, 要对其有充分的认识。
2. 3 其它作用及应用
由于石灰是无机电解质, 解离出的Ca2+离子吸附在矿泥表面, 降低或中和矿泥表面的负电荷, 使微细颗粒在范得华力作用下凝聚变成较大的团粒, 因而生产实际过程中, 有很多矿山采用将其加入浮选精矿浓缩浓密机中, 加速矿浆沉降速度, 优化浓缩过滤作业，防止精矿跑浑现象发生等等。
3 石灰在氰化中的作用及应用
在氰化过程中石灰可作为脱药剂, 用于金精矿氰化厂浸前浓密机中, 脱除氰化过程中有害物质, 防止金精矿跑浑现象发生, 降低不必要的损失; 可作为预先碱浸剂, 用于浸出作业前, 消除浸出反应不利因素; 可作为保护碱,用于浸出过程中; 可作为调整剂, 用于锌粉置换过程中等等。
3. 1 氰化浸前作用及应用
石灰在氰化浸出之前的作用归结起来有三个方面。一方面, 对于金精矿氰化厂, 常用其作为脱药剂应用于浸前磨矿分级或浓密机中。通过调整矿浆pH 值即酸碱度来改变浮选药剂(如捕收剂、起泡剂) 阴离子性能, 通过竞争使它们失效, 而达到从矿物表面脱落的目的。另一方面, 由于其为一种较弱的无机凝聚剂, 因而用于浸前浓密机中, 消除矿物表面的电荷、压缩双电层, 使矿浆中的微细矿粒形成凝块, 加速沉淀, 防止浓密机跑浑, 减少不必要的金属流失。再者, 通过浸前预先碱浸(石灰CaO 浸出) 处理, 调整矿浆中阴、阳离子浓度, 改善浸出反应条件, 消除不利因素等。
生产过程中, 有的氰化厂采用在球磨分级系统中添加石灰粉; 有的在进入浸出之前浓密机的砂泵箱中加入石灰乳或石灰粉; 也有的氰化厂单独增加一至两个碱浸槽进行预浸处理。一般氰化之前碱浸工艺控制碱度在于4~ 8/ 万之间(以CaO 计) 。
生产过程中, 过多添加石灰, 会加速矿粒沉降浓缩速度, 不利于正常操作(如浓密机操作) , 同时, 又会生成CaCO3 沉淀物堵塞管路等; 反之, 添加量不足, 既影响脱药效果, 又达不到预先碱浸的目的。总之, 添加量不适, 不利于后续氰化作业正常进行。因而许多氰化厂在没有特殊情况下, 一般在浸出、置换作业不在添加石灰。
3. 2 浸出、洗涤作业的作用及应用
为了保持氰化物溶液的稳定性, 减少氰化物的化学损失, 在氰化物溶液中必须加入适当数量的碱, 使其维持一定的碱度(称为保护碱) 。由于石灰自身性质所定, 通常石灰被利用充当此任。在氰化浸出、洗涤过程中由于石灰的添加, 对金的浸出、洗涤环境创造了有利条件, 概括起来其作用如下:
(1) 阻止氰化钠( NaCN) 的水解, 减少溶液中HCN 浓度, 防止HCN 气体的挥发;
(2) 在一定条件下可以阻止杂质对氰化钠的消耗。如可溶性的铜、铁、锌等金属硫化
物的浸出消耗; 再如硫化矿浆中硫离子与氰根(CN-) 离子结合等;
(3) 中和溶入水中的CO2和硫化矿氧化所生成的酸, 防止氰化钠被这些酸类分解。
(4) 在洗涤过程中可以加速矿粒群的沉淀, 有利于洗涤作业。在氰化生产过程中, 特别是对于含硫化物成分多的矿石, 通常控制浸出作业石灰的浓度是十分必要的。对于金精矿氰化厂, 一般控制浸出工艺CaO 浓度为2~ 5/万之间。
在实际生产中, 应严格控制石灰的用量。当石灰用量过多时, 可能由于其絮凝作用使矿浆粘度增加, 从而增加溶剂扩散的阻力, 使溶液中杂质含量相应增加, 金粒表面形成过氧化钙薄膜, 阻碍金与氰化钠和氧的作用, 降低浸出效果; 当石灰用量不足时, 一方面会增加氰化钠消耗, 影响浸出指标; 另一方面, 增大贵液浑浊度, 造成洗涤浓密机跑槽, 影响后续锌粉置换作业顺利进行等。
在氰化生产过程中不注重对石灰的控制, 造成损失的矿山很多。如内蒙某矿由于过量添加石灰, 使金的浸出率下降5% ~10% ; 再如山东某矿, 某段时期由于石灰添加量不足, 消耗氰化钠成倍增加, 由4. 82kg/ t提高到9. 20kg/ t 等。
3. 3 在锌粉置换作业中的作用及应用
在氰化厂锌粉置换过程中, 保持被置换含金液体即贵液的碱度(CaO量) 也至关重要, 适当的石灰浓度, 可增强贵液的澄清度,改善贵液的离子组成, 改变置换反应顺序, 影响置换反应速度及锌粉耗量, 进而影响金的置换率。在置换作业中, 石灰的作用归结起来有如下几方面:
(1) 增强贵液的澄清度, 提高金泥质量。既有利于置换作业, 又有利于后续金泥冶炼作业;
(2) 通过不同的pH 值控制, 避免Zn(OH)2生成而覆盖在锌表面妨碍金的沉淀。同时在碱性溶液中可避免产生氢, 减少锌粉消耗;
(3) 改变置换反应过程中杂质离子及其反应状态和顺序, 延长置换“金柜”(压滤机)的使用寿命, 提高置换率等。
一般认为, 当CaO 浓度较低时, 贵液中的杂质主要以活性离子形成存在, 置换过程以化学反应为主。高温季节, 杂质离子(如Cu2+ 离子等) 活性增强, 置换反应加快, 生成物堵塞滤布, 造成“金柜”处理能力下降, 寿命降低。当CaO 浓度较高时, 贵液中的杂质主要以化合物(如氢氧化物) 、絮凝物( 如硅泥)等形式存在, 置换过程以物理变化为主。即在贵液通过压滤机滤布时其中的化合物、絮凝物等在滤布表面形成“薄膜”, 减弱了滤布的透水性, 造成压滤机处理能力下降,“金柜”寿命降低。当CaO 浓度适宜时, 贵液中的杂质以活性离子及化合物等形式并存。此时置换过程则化学与物理变化并存, 这时的化学变化遵循元素活动顺序规律。
在生产过程中, 由于不注意对贵液中CaO 浓度的控制造成“金柜”寿命降低, 既增加成本, 又增强工人的劳动强度。这方面山东某矿有着沉痛的教训, 该矿在1989 年8、9两个月出柜次数达46 次之多, 其中更甚连续几天24 小时内出柜3 次。
一般来说, 对于金精矿锌粉置换氰化厂,在实际生产中控制贵液中CaO 浓度在3~ 8/万之间, 这既能满足置换“金柜”的使用寿命,又能保证锌粉消耗及金的置换率, 保证金泥产品质量。生产过程中, 如果石灰用量过多,在溶液中悬浮的SiO2 微粒和过量的Pb(AC)2存在的情况下, 会在锌表面生成胶态硅酸钙和亚铅酸钙沉淀, 恶化金的沉淀效果。反之,如果石灰用量小, 贵液混浊度大, 影响金泥质量, 同时由于碱度小, 锌易反应生成氢增加锌粉消耗。因而, 加强对锌粉置换作业中石灰的控制十分必要。
4 石灰在混汞作业中的作用及应用
(1) 通过调整PH 值影响混汞作业效果。矿浆的酸碱度对混汞作业效果影响很大。在酸性介质中, 附着在汞表面的贱金属其表面洁净, 能促进汞对金的润湿性, 但在酸性介质中, 不能使矿泥凝聚, 相反由于矿泥污染金粒而妨碍汞对金的润湿。因而通常采用石灰来增大矿浆pH 值, 使矿泥凝聚, 消耗因矿泥污染金粒而妨碍汞对金的润湿的不利因素。通常情况下, 混汞作业pH= 8. 0~ 8. 5 为宜。
(2) 抑制矿浆中硫化物的活性, 防止汞板“生病”。在外混汞作业中, 有时硫或硫化物与汞作用能使汞粉化, 在汞板上生成黑色斑点, 使汞板丧失捕金能力, 这种现象特别在矿石中含有硫化砷、硫化锑和硫化铋时尤其严重。一旦出现这种现象, 生产中可以通过加大石灰用量, 提高矿浆pH 值, 抑制硫化物活性得以解决。
(3) 防止金属硫化物附着于汞板上, 恶化混汞作业。当处理矿石为含金多金属硫化物时, 会经常发生金属硫化物附着于汞板, 恶化混汞过程现象, 为消除此现象, 生产中往往采用加大石灰用量, 有时pH 值须达12 以上才能解决。
(4) 消除内混汞作业磁性汞膏。在非碱性介质中进行内混汞作业, 有时会产生磁性汞膏, 使铁矿物混入汞膏内, 因而内混汞多在碱性介质中进行。一般用石灰调整矿浆的碱度, 其用量为装料量的2%~ 4% 。
5 其它应用
由于石灰吸水生成熟石灰Ca( OH) 2, 具有较强的碱性作用, 石灰在黄金选厂还有如下应用:
(1) 作为氰化污水酸化回收法处理过程中HCN 气体的吸收剂来替代氢氧化钠(NaOH)。但其利用存在很大局限性, 国内还无利用先例。据报导: 加拿大弗林弗隆选矿厂采用石灰乳, 通过特殊装置将其雾状化,使HCN气体与吸收剂Ca(OH)2 发生反应生成氰化钙重新利用。
(2) 中和尾矿浆或污水酸性, 防止设备、管路等腐蚀作用发生等。
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