礦物的化學(xué)提純，是利用不同礦物在化學(xué)性質(zhì)上的差異，采用化學(xué)方法或化學(xué)方法與物理方相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)礦物的分離或提純。主要應(yīng)用于一些純度要求很高，且機(jī)械物理選礦方式又難以達(dá)到純度要求的高附加值礦物的提純，如高純石英、高嶺土、膨潤土、硅藻土等。
非金屬礦物的酸、堿、鹽處理，主要是在相應(yīng)酸、堿藥劑作用下，把可溶性礦物組分（雜質(zhì)礦物或有用礦物）浸出，使之與不溶性礦物組分（有用礦物或雜質(zhì)礦物）分離的過程。浸出過程是通過化學(xué)反應(yīng)來完成的。對不同的有用礦物和雜質(zhì)礦物要采取相應(yīng)的酸、堿、鹽及藥劑。
表1 常見酸、堿、鹽處理方法的應(yīng)用范圍
1、非金屬礦酸法浸出
酸法浸出常用硫酸、鹽酸、硝酸、草酸、氫氟酸作浸出劑，其中以硫酸使用最多。
?。?）硫酸浸出
濃硫酸（H2SO4）為強(qiáng)氧化劑，在加熱時(shí)幾乎能氧化一切金屬。且不釋放氫，因氧化的發(fā)生是借助于未離解的硫酸分子，可將大多數(shù)硫化物氧化為硫酸鹽。
濃硫酸具有強(qiáng)烈的吸水作用，用它處理的黏土礦物可作吸水干燥劑。許多有機(jī)物，尤其是碳水化合物，一旦與濃硫酸接觸，會因其吸水性而發(fā)生碳化作用。濃硫酸處理黏土礦物一般是在常壓，100-105℃加熱條件下進(jìn)行。
采用硫酸浸出處理硅藻土制備高純活性二氧化硅。
（2）氫氟酸處理
氫氟酸為無色液體，19.4℃沸騰。蒸氣有刺激臭味、極毒、價(jià)格較貴。在水中可離解成離子。
氫氟酸的特點(diǎn)是能溶解SiO2和硅酸鹽，生成氣態(tài)SiF4，故常用于制備高純SiO2或除去礦物的SiO2雜質(zhì)等。
在浸出硅石（SiO2）中的金屬雜質(zhì)時(shí)，對某些包裹細(xì)密的雜質(zhì)礦物，使用少量HF（低濃度）有助于SiO2部分溶解，以使雜質(zhì)金屬離子較易被其他藥劑浸出，如采用0.02%-0.1%的稀氫氟酸和連二亞硫酸鈉（0.02%-0.2%），在常溫下攪拌處理石英可將其Fe2O3含量從0.15%降至0.028%。
采用HF處理硅石（石英）制備超純SiO2，其過程如下：用濃HF處理浸出高品位石英砂（SiO2大于99.9%），使SiO2溶解并產(chǎn)生四氟化硅氣體，四氟化硅氣體經(jīng)收集并與水（去離子水）發(fā)生反應(yīng)，沉積產(chǎn)生純凈的SiO2，其品位可達(dá)99.999%，原有的雜質(zhì)則留溶液中。
?。?）鹽酸處理
鹽酸可與多種金屬化合物反應(yīng)，生成可溶性金屬氯化物，其反應(yīng)能力強(qiáng)于稀硫酸，可浸出某些硫酸無法浸出的含氧酸鹽類礦物。同硫酸一樣在礦物加工工業(yè)中大量應(yīng)用。其缺點(diǎn)是設(shè)備防腐蝕要求較高。
石英砂的除鐵提純常采用鹽酸法或鹽酸與其他酸聯(lián)合使用，用含18%的鹽酸溶液，用量5%，處理石英砂，加熱至50-80℃，作用時(shí)間2-3h，可將其鐵（Fe2O3）含量降至0.015%。
將鹽酸（濃度為1%-10%）溶液和氟硅酸（濃度為1%-10%）一起加入到含石英砂固體20%-80%的料漿中（或用鹽酸處理經(jīng)水洗滌后，再用氟硅酸處理），在75℃至溶液沸點(diǎn)之間的溫度下處理2-3h，濾出溶液清洗去酸，可將石英砂中Fe2O3含量從0.059%降至0.0005%-0.0002%。
2、礦物的堿處理及鹽處理
?。?）氫氧化鈉
這是目前國內(nèi)應(yīng)用最多，也較成熟的方法，主要應(yīng)用于硅酸鹽、碳酸鹽等堿金屬與堿土金屬礦物的浸出，如石墨、細(xì)粒金剛石精礦的提純等。
?。?）碳酸鈉及硫化鈉處理
碳酸鈉溶液對礦物原料的分解能力較弱，但具有較高的選擇性，且對設(shè)備的腐蝕性小，所以對碳酸鹽含量高的礦物原料仍不失為一有效的金屬離子浸出劑。常用于黏土礦物的陽離子交換。
碳酸鈉也可同氫氧化鈉來配合使用，去除金屬氧化物效果更好。如硅砂除鐵中，在碳酸鈉中加入40%-50%濃度的NaOH，加熱100-110℃攪拌處理4-5h，經(jīng)清洗、脫水后Fe2O3含量從o.7%降至0.015%-0.025%。
（3）氯化鈉、氯化銨
氯化鈉、氯化銨可作為浸出劑脫除礦物中的金屬雜質(zhì)。如硅砂除鐵時(shí)硅砂中加入0.1%-5%的氯化銨混合后，加熱致使氯化銨分解的溫度。加入NaCl時(shí)，將石英砂放入其溶液中浸泡，而后將砂在高溫爐中緞燒，使砂中的鐵以FeCl3形式逸出，溫度為650℃，可將Fe2O3含量從0.04%降至0.02%。
3、影響酸堿提純效果的主要因素
整個浸出過程主要包括擴(kuò)散和吸附-化學(xué)反應(yīng)兩大步，因此影響礦物酸堿浸出的影響因素是：
?。?）原礦性質(zhì)（礦物組成、滲透性.、孔隙度）；
?。?）操作因素（礦物粒度、浸出試劑濃度、浸出時(shí)間及浸出時(shí)的攪拌）。
礦物原料的粒度對固-液相界面及礦漿黏度有較大影響。在一定的粒度范圍內(nèi)，增加細(xì)度可提高浸出速度。但過細(xì)會增加礦漿黏度，擴(kuò)散阻力增大而降低浸出速度。
浸出試劑濃度是影響浸出速度的主要因素之一。浸出試劑濃度愈高，浸出速度愈大。
浸出時(shí)進(jìn)行攪拌會加速整個浸出反應(yīng)的完成，其浸出速度和浸出率高。通常情況下，攪拌速度適當(dāng)增加，浸出效果亦好，攪拌速度過高，會導(dǎo)致礦粒隨溶液的“同步”運(yùn)動，此時(shí)攪拌會失去其降低擴(kuò)散層厚度的作用，且增加能耗。
4、礦物浸出工藝設(shè)備
?。?）滲濾浸出槽
依處理量的大小，槽的外殼可用不同的材質(zhì)制成。如處理量小，可用碳鋼槽或桶；處理量大時(shí)，用磚、石、水泥砌成，內(nèi)襯以一定厚度的防腐層，并且不能漏液。為便于浸出液流動，底部略向浸出液出口方向傾斜。將出口塞住后，用人工或機(jī)械將礦石（小于10mm）均勻地裝入槽內(nèi)，加入配好的浸出劑，浸泡數(shù)小時(shí)或更長時(shí)間后再放液。生產(chǎn)中可采用多個滲濾槽同時(shí)操作。
（2）常壓攪拌浸出設(shè)備（機(jī)械攪拌浸出槽）
機(jī)械攪拌浸出槽可分為單槳和多槳攪拌兩種，機(jī)械攪拌器可采用不同的形狀，有槳葉式、旋槳式、錨式和渦輪式。
攪拌器的材質(zhì)要依浸出介質(zhì)而定，酸浸時(shí)槽體可用碳鋼，內(nèi)襯橡膠、耐酸磚或聚四氟乙烯塑料；或不銹鋼槽、搪瓷槽等。堿浸時(shí)，可采用普通碳鋼槽。
攪拌槳一般為碳鋼襯膠、襯玻璃鋼或由不銹鋼制成。槽體為圓柱形，槽為圓環(huán)形或平底，中央有循環(huán)筒。攪拌槳裝在循環(huán)筒下部?？刹捎秒娂訜幔瑠A套加熱或蒸氣直接加熱方式，以控制浸出過程的溫度，蒸汽直接加熱時(shí)，蒸汽的冷凝會使礦漿濃度和試劑濃度發(fā)生變化。攪拌槽的容積依生產(chǎn)規(guī)模而定，機(jī)械攪拌槽一般用于生產(chǎn)規(guī)模較小的廠礦。
（3）有壓攪拌浸出設(shè)備（哨式空氣攪拌加壓釜）
礦漿自釜下端進(jìn)入，與壓縮空氣混合后通過漩渦哨從噴嘴進(jìn)入釜內(nèi)，呈紊流狀態(tài)在釜內(nèi)上升，然后經(jīng)出料管排出。釜內(nèi)礦漿的加熱或冷卻，一般采用夾套間接傳熱方式。釜內(nèi)裝有事故排料管。經(jīng)高壓釜浸出后的礦漿，須將壓力降至常壓后才能送下一作業(yè)處理。
2018第三屆礦物精細(xì)加工技術(shù)高級研修班”
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中國地質(zhì)大學(xué)（北京），張澤朋教授
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課程內(nèi)部：包括礦物精選提純、超細(xì)粉碎、表面改性、顆粒復(fù)合、綜合利用等精深加工，涉及石英/碳酸鈣/高嶺土/膨潤土/長石/滑石/云母/硅灰石/重晶石……
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