1、微波技术在硫化矿中的应用崔礼生1丁永江2(1东北大学资土学院110004 2烟台金慧矿冶技术研究有限公司264000)I摘要】微波具有选择性加热加热速度快、均匀、清洁1岛效、耗能少、污染低、反J虹灵敏等特点，广泛应用在备学科领域。具有贫、细、杂、难特点的硫化矿石如何利用好逐渐引起人们的重视微波处理小失是一种好方法，斗：仅指标优越，而且可以得到砷及硫的副产品，对耶境无污染，同时简化了后续工艺漉程，应该加强对这方面的深入研究。f关键词1微波硫化矿无污染副产品1前言微波(microwarveMv)指波长1umlmm，频率从300MHz300GHz的超高频电磁波。为避免干扰，国际上规定民用微波频率一股
2、为900(】5)MHz和2450(50)MHz。作为一种传输介质和加热能源微波己被广泛应州于各学科领域。其应用领域涉及：C业、农业、医学、家庭等方面，尤其在新材料合成，有机物平无机物的合成和分解，以及冶金中微波化学反应等方面的研究发展较讯速。2微波的工作机理微波具有比激光低得多的能级却能4：相同的温度甚至更低的温度F产生比常规方法高几倍甚至几十倍的效率。对于这种高效率，目前学术界主要有两种不同的观点：一种观点认为用于化学反应的微波频率2450MHz属丁非电离辐射在与分子的化学键发生共振时不可能引起化学键断裂。故其作用机理是极性介质在微波场作用下随其高速旋转而产生相当1二“分子搅动”的运动，从而
3、被均匀地加热；即微波仅仅是一种加热方式，与传统的加热方式一样只会使物质内能增加，但不会改变反应的动力学性质。目前的许多实验报道结果支持了这一观点，如Jahangen研究了微波作J_；|下ATP水解反应，得出的结论是微波加热与传统加热方式对反应的影响基本一致，Ranev也证实了这一结论。另一种观点认为微波对化学反应作H；I是非常复杂的，除了具有热效应外还存在一种不是山温度引起的非热效应，它能改变反应的动力学性质，降低反应的活化能，即微波对化学反应存在着选择性加热的影响(物质分子结构与微波频率的匹配关系)存在着某些特定的非热效应的影响。目前的些实验研究也揭示了这一现象。总之，微波加快化学反应的解释
4、有多种，“热效应”和“非热效应”这两种观点都有不少证据支持。其加热过程是利用直流电源使磁控管产生微波功率，通过波导输送到加热器中物料吸收微波功率后，引起物体内部分子的激烈振动，产生摩擦生热。对不同的物质，吸收的微波功率的能力不同，因此微波具有选择性加热的特点。微波技术具有消洁、高效、耗能少、污染低，加热速度快、反应灵敏、加热均匀等特点，己在化学的各个领域及分支领域得到了广泛应用。为了更有效有目的地利川微波，探讨并研究出微波反应机理(特别是非致热效应的影响更具有特色)，由此根据工E确的反应机理及影响因子，设计制造专用的微波反应设备。改进或完善现有的微波反应装置，扩大其麻IJ范嗣井使之能够提供更详
5、细、准确的温度梯度信息和准确控制反应温度，将目前的实验室研究成果进一步扩大到实际：业生产中，使微波技术真丑二造福1二人类。3微波对硫化矿石的处理作用硫化矿的含量比较大，尤其是具有贫、细、杂、难特点的矿石越来越多，如何利州好这些资源具有重要意义：加拿大的OHT和EMR微波技术公司都研究了微波能的应用，并将其与矿业联系起来，特别是应f；fl于预处理难选矿石和精矿q，。山尔烟台金惠科技公司也对含砷硫矿石进行了小型工业试验，取得了初步结果。微波脱硫的核心是利用微波的特殊作用，在密闭的循环系统中将有色和贵金属原生硫化矿石中的硫和砷以单质硫和砷(或As203)的形式产出，不产生S02。典型的难处理的砷黄铁
6、矿金矿_i，为了川收金，需要进行罱烧、商乐浸出或生物溶浸处理。山丁太昂贵，高压浸出年焙烧已被禁Il。他川，生物浸出义时常有问题。冈为只有某些仃物对微波有反应，所以能够选择性地麻I微波能，可以人世地竹约能姑并且能够避免或控制提高生产底线的某些副产品。金精矿标准的焙烧过程使黄铁矿中的铁和硫发生氧化反应。这个依靠硫氧化放热的过程是比较经济的。利用这种处理方法可选择性地控制铁的氧化平II较好地控制除硫。通过把温度控制在硫的燃点以下和限制氧气浓度，这个过程将黄铁矿直接氧化成赤铁矿和硫元素。利用微波反应如下：FeS，噬_FeS+SFeS+H20(高温)卜H2S+Fe304H2S+02卜S+H20普通黄铁矿
7、焙烧：3FES2+802一Fe304+6S02和，或4FeS2+I 102-2Fe203+8S02砷黄铁矿金精矿普通的砷黄铁矿焙烧产生赤铁矿以及副产品S02和As203。在受控条件r，交替反应产生磁铁矿、砷的硫化物和少量的S02。利用微波反应设备，在浮床反应器中降低氧含量的情况下，借助于微波提供的反应能量，使上述反应过程持续进行下去。砷黄铁矿焙烧分为两个阶段过程：第一阶段：FeAsS-FeS+As(空气温度控制在500550)3 FeS+202一Fe304+3S和或4FeS+302-2Fe203+2S(空气温度控制在400“C)第二阶段：3 FeAsS+202一Fe304+3AsS和，或4Fe
8、AsS+3022F0203+4ASS(空气温度控制在400“(2500“C)3FES2+202一Fe304+6S和，或4FeS2+3022F020，+SS(空气温度控制在500“C以上)普通砷黄铁矿焙烧：FeAsS+FeS+As4As+302：斗2As2033FeS+502撕e304+3SO!和，或4FeS+702MF0203+4 S02含碳的金矿石中有机碳对微波能非常敏感，迅速的微波加热会形成C02。EMR开展了试验性的示范项目，结果表明：每短吨矿石的能耗为15kwh时，金的回收率超过95。黄铜矿精矿很大程度上采用与金精矿相同的方式，微波精炼处理也能用于铜精矿。由于充足控制加热速率和氧气浓度
9、，在生成酸性物时仍能产生适当的废气。EMR展示了一种能使硫化物有效氧化的微波过程。结果表明：酸性溶液中铜的同收率超过99。从反应中流出的低容蕴t赢密痿盼废气流适宜j：宜接生产熔莉鞠睽髀瞬酸性物。对于微波处理硫化矿，微波处理的有关数捌如r表。210附表一硫化矿f疏化物的微波加】热升渝速率矿物和化台物 化学组成 泓艘(K) 时间(S) rAt(ks)硫化银 A92S 422 l 50 0 83雌黄 AS，S1 365 270 015硫化钡 BaS 433 300 045硫化钙 CaS 375 270 O 28硫化镉 CdS 360 300 O2l硫化钴 CoS 43l 420 O3l硫化钴 Coo
10、S8 892 1 50 396硫化铜 CuS 7I 3 285 l 54硫化弧铜 CH，S 1026 160 455硫钴矿 Cu(Co，Ni)!S4 970 l 50 4 48黄铜矿 CuFeS， 980 60 |137斑铜矿 Cu5FeS4 l 250 l 50 6 35黝铜矿 Cul 7Sb4813 424 420 O 30硫化弧铁 FeS 800 100 5 02磁黄铁矿 FeI一、S 955 40 16 43黄铁矿 FeS2 292 405 245镍黄铁矿 (FeNi)8S9 752 150 303硫化汞 HgS 378 420 019辰砂 HgS 417 5lO 0 23磁镍黄铁矿
11、(NiFe)7SH 956 l 50 439辉钳矿 MoS， 1060 l 50 5 08二硫化钎f MoS3 l 379 420 2 57硫化镍 NiS 524 420 054硫化镍 Ni3S3 690 l 50 2 6I硫化钳 PbS 1297 34l 3 00方铅矿 PbS 10lO 120 5 93脆硫钳锑矿 PbJFeSb6S1 4 800 30 16 73硫化似锌矿 PbSZnS 720 l 50 2 8I辉锑矿 Sb2S3 450 l 50 0 5I硫化弧锡 SbS 1090 100 7 92硫化锌 ZnS 340 180 O 23闪锌矿 ZaS 432 l 50 0894微波工
12、艺与其它工艺的比较：J：业上得到的硫化矿精矿，目前90以上采用火法一I：艺，即氧化焙烧，副产品为硫酸。制取的硫酸随市场而波动，甚至滞销，直至售价人人低丁生产成本使一些边远地区资源不能开采或采用运输精矿方案。当矿源中含有As矿物达到1 5以上，义窬易引起V205触媒中毒，使硫酸转化率下降。另外制酸，【j艺耗水姑大，废气含S02能污染环境，也限制了该+艺在一些地区的应川。对于硫化矿精矿，硫酸的最佳焙烧温度义能引起金的_二次焙融包裹而影响其同收率。目前，国外开发的高压氧化预处理I+艺洲投资、设符材质及f：艺的要求严格，国内尚无应用。其它如微生物等工艺应用也极少。此二项技术工艺均不能对矿物进行综合利用
13、。高压氧化工艺国外已有在有色行业的工业生产的实例，但有废水处理工艺和消耗宝贵的水资源硫元素等不能综合利用的弊病。目前国内外处理硫化矿的几种上艺比较如下表。附表二 目前国i彬bJD种预处理方案特点见下表。艺氧化焙烧工项目 微波处理工艺 高压焙烧：【艺艺 生物氧化：F：艺高砷矿物不 含碳铜高砷矿物不适应矿物种类 各种硫化矿物 含碳类不适应适应 适应贵金属及有色矿回 最高 较高 一般 较高收率副产品硫酸，副产品单质硫 需要_i灰中利 要中和部分 需中和酸性水，砷副产品与环境 酸钙产物的稳定性AS203，无污染 大量酸性水 酸性水，有气体污染 有待研讨耗水量 极小 水拭大 水量大 水量人投资高成本稍
14、投资高，成本 投资稍高，成本褙投资与成本 投资低成本低高 一般 低备注 这两种工艺目前已禁止采用微波处理硫化矿石不仅解决环境污染利矿物综合利用，对于铜镍硫化矿、铜精矿、辉钼矿等有色金属简化了冶炼r：艺，对于难选冶的贵金属矿物(含As、S、C等有窖元素)人幅度提高了回收率。经微波处理后，含砷硫化矿在原矿含碣l 40以内，脱砷率大于95，以As203或As形式产山，脱硫率人于952以上；硫化矿的脱硫率大于93，以单质硫回收：对于铜硫矿、铜镍矿等脱硫后可直接火法冶炼或湿法冶炼。对金精矿可直接湿式浸铜再浸金银，金回收率可达962以上，银回收率高于氧化焙烧工艺，可达75以上。金回收率比其它预处理工艺可提
15、高24，银回收率提高2030。5结语利用微波处理硫化矿4i不仅指标优越而且可以得到砷及硫的副产晶，对环境无污染，同时简化了后续I：艺流程，虑该加强对这方面的深入研究。参考文献：川1杨玲，路军。微波化学，化学世界，2003年第3期：165168【2】SA施尤伊(美国)，微波在矿业中的应用，矿业一f程，2003年第6期：141 83】魏莉，贾微。难浸金矿石预处理新：艺微波焙烧，黄金，2003年第12期：2934】岳铁兵，王燕等。微波助磨作用浅析，中田北金属矿：业导刊，2003年增刊：89905】5于永江。微波用于贵金属、有色金属资源的小型：l：业试验方案设计【作者简介】崔礼生(1965115-)东北大学博士t从事矿物加一。联系l乜话：13626455470。212微波技术在硫化矿中的应用作者： 崔礼生， 于永江作者单位： 崔礼生(东北大学资土学院,110004)， 于永江(烟台金慧矿冶技术研究有限公司,264000)引用本文格式：崔礼生.于永江 微波技术在硫化矿中的应用会议论文 2005
