哪位大仙能详细的说明硫酸，盐酸，硝酸的基本生产工艺，我们的作业

一、概述

天然矿物原料由于杂质矿物的混杂、浸染、结构镶嵌，有时还夹有碳质及有机质，往往不能满足工业生产要求，例如:用于核反应堆中子减速剂的鳞片石墨，要求石墨纯含量为99.995%凝胶材料用膨润土，要求其中蒙脱石含量达99%造纸涂料级高岭土，要求白度为90，粒度<2μm占90%天然硅藻土的主腔孔道常易被粘土、碎屑堵塞，影响助滤性能，需对被堵塞腔孔进行疏通处理等。

二、矿物原料的提纯

(一)物理提纯

利用不同矿物在物理性质上的差异，使目的矿物分选富集，如重、电、磁选等方法。

前面已述。

(二)化学提纯

矿物的化学提纯，是利用不同矿物在化学性质上的差异，采用化学方法或化学方法与物理方法相结合，改变杂质组分的化学组成或存在形态，实现矿物的分离或提纯。主要应用于一些纯度要求很高，且机械物理选矿方式又难以达到纯度要求的高附加值矿物的提纯。其作用分为:酸、碱、盐的溶解作用助熔剂的熔融作用活泼气体的氧化、还原作用高温汽化形成挥发性物质等。总之，目的是将杂质转化为可溶性的新物质或挥发性物质加以除去。

1.矿物的酸、碱处理

非金属矿物的酸、碱处理，主要是在相应酸、碱等药剂作用下，把可溶性矿物组分(杂质矿物或有用矿物)浸出，使之与不溶性矿物组分(有用矿物或杂质矿物)分离的过程。浸出过程是通过化学反应来完成的。对不同的有用矿物和杂质矿物要采取相应的酸、碱及药剂，见表2－9。

(1)矿物的酸法浸出

酸法浸出常用硫酸、盐酸、硝酸、草酸、氢氟酸作浸出剂，其中以硫酸使用最多。

硫酸浸出浓硫酸为强氧化剂，在加热时几乎能氧化一切金属，且不释放氢气，因氧化的发生是借助于未离解的硫酸分子，可将大多数硫化物氧化为硫酸盐。用酸浸出铜、铁等可形成可溶性溶液，而铅、银、金、锑等则留在固态渣中，在200～250℃条件下，热浓硫酸还可分解某些稀有元素矿物，如独居石、钛铁矿等。

浓硫酸具有强烈的吸水作用，用它处理的粘土矿物可作吸水干燥剂。许多有机物，尤其是碳水化合物，一旦与浓硫酸接触，会同其吸水性而发生碳化作用。浓硫酸处理粘土矿物一般是在常压，100～105℃加热条件下进行。

表2－9 常用酸、碱处理应用范围

可采用硫酸浸出处理硅藻土以及制备高纯SiO2。

氢氟酸处理氢氟酸为无色液体，19.4℃沸腾。蒸气有刺激臭味、极毒，价格较贵。在水中可离解成离子。氢氟酸的特点是能溶解SiO2和硅酸盐，生成气态SiF4，故常用于制备高纯SiO2或除去矿物中的SiO2杂质等。

在浸出硅石(SiO2)中的金属杂质时，对某些包裹细密的杂质矿物，使用少量HF(低浓度)有助于SiO2部分溶解，以使杂质金属离子较易被其他药剂浸出，如采用0.02%～0.1%的稀氢氟酸和连二亚硫酸钠(0.02%～0.2%重量比)，在常温下搅拌处理石英，可将其Fe2O3含量从0.15%降至0.028%。

借助HF能溶SiO2和硅酸盐的特点进行石墨提纯，除去其少量的硅酸盐矿物，原理过程为:将石墨和水按一定比例混合，根据石墨的灰分大小，加入氢氟酸，通入蒸汽加热，在特制的反应器内浸取若干小时，反应完成后，用NaOH溶液中和，经洗涤、脱水、烘干，即可除去其中的硅酸盐矿物杂质，获得纯度达99%以上的高纯石墨产品。

盐酸处理盐酸为HCl的水溶液，强酸之一。浓盐酸含HCl约37%，密度1.18g/mL，在水中可离解成离子。盐酸可与多种金属化合物反应，生成可溶性金属氯化物，其反应能力强于稀硫酸，可浸出某些硫酸无法浸出的含氧酸盐类矿物。同硫酸一样，在矿物加工工业中被大量应用。其缺点是对设备防腐要求较高。

石英砂的除铁提纯常采用盐酸法或盐酸与其他酸联合使用，用含18%的盐酸溶液，用量5%，处理石英砂，加热至50～80℃，作用时间2～3h，可将其Fe2O3含量降至0.015%。将盐酸溶液(浓度为1%～10%)和氟硅酸(浓度1%～10%)一起加入到含石英砂固体浓度为20%～80%的料浆中(或用盐酸处理，经水洗涤后，再用氟硅酸处理)，在75℃至溶液沸点之间的温度下处理2～3h，滤出溶液，清洗去酸，可将石英砂中Fe2O3含量从0.059%降至0.0005%～0.0002%。

非金属矿物的酸处理浸出，亦可采用硝酸、草酸等，但工业上应用相对较少，其原理过程同硫酸、盐酸一致。

(2)矿物的碱处理及盐处理

氢氧化钠处理主要应用于硅酸盐、碳酸盐等碱金属与碱土金属矿物的浸出，如石墨、细粒金刚石精矿的提纯等。

石墨精矿(品位C>90%)和液态碱(浓度50%)按3∶1比例混均，在500～800℃温度下熔融，使硅酸盐矿物及钾、钠、镁、铁、铝等化合物熔融，冷却至100℃后水浸1h，水浸渣洗涤后加30%～40%的HCl，洗涤、脱水后的石墨品位可提高到99.0%以上，回收率可达88%～90%。该工艺对云母含量少的石墨精矿效果更好。

细粒金刚石用碱熔水浸出提纯原理过程与石墨相近。

碳酸钠及硫化钠处理碳酸钠溶液对矿物原料的分解能力较弱，但具有较高的选择性，且对设备的腐蚀性小，常用于粘土矿物的阳离子交换处理。

碳酸钠也可同氢氧化钠配合使用，去除金属氧化物效果更好。如在硅砂除铁中，在碳酸钠中加入浓度40%～50%的NaOH，加热100～110℃搅拌处理4～5h，经清洗、脱水后，Fe2O3含量从0.7%降至0.015%～0.025%。碳酸钠还可浸出矿石中的磷、钒、铝、砷等氧化物，成为可溶性钠盐。硫化钠溶液可分解砷、锑、锡、汞的硫化矿物，使它们生成相应的可溶性硫酸盐而转入浸出液中。

此外氯化钠、氯化铵亦可作为浸出剂脱除矿物中的金属杂质。

(3)矿物浸出工艺设备

用于矿物酸、碱处理的设备主要有三大类:渗滤浸出用渗滤浸出槽常压搅拌浸出用机械搅拌浸出槽，空气搅拌浸出槽，流态化浸出塔有压搅拌浸出用哨式加压釜、自蒸发器等。

渗滤浸出槽依处理量的大小，槽的外壳可用不同的材质制成。如处理量小，可用碳钢槽或桶处理大时，用砖、石、水泥砌成，内衬以一定厚度的防腐层，并且不能漏液。为便于浸出液流动，底部略向浸出液出口方向倾斜，将出口塞住后，用人工或机械将矿石(≤10mm)均匀地装入槽内，加入配好的浸出剂，浸泡数小时或更长时间后再放液。生产中可采用多个渗滤槽同时操作。

常压搅拌浸出设备(机械搅拌浸出槽)可分为单桨和多桨搅拌两种，机械搅拌器可采用不同的形状，有桨叶式、旋桨式、锚式和涡轮式。机械搅拌浸出槽结构见图2－37。

搅拌器的材质要依浸出介质而定，酸浸时槽体可用碳钢，内衬橡胶、耐酸砖或聚四氟乙烯塑料或不锈钢槽、搪瓷槽等。搅拌桨一般为碳钢衬胶、衬玻璃钢或由不锈钢制成。槽体为圆柱形，槽为圆环形或平底，中央有循环筒。搅拌浆装在循环筒下部。可采用电加热，夹套加热或蒸汽直接加热方式，以控制浸出过程的温度，蒸汽直接加热时，蒸汽的冷凝会使矿浆浓度和试剂浓度发生变化。搅拌槽的容积依生产规模而定，机械搅拌槽一般用于生产规模较小的厂矿。

有压搅拌浸出设备(哨式空气搅拌加压釜)，其结构见图2－38。

图 2 －37 机械搅拌浸出槽

图 2 －38 哨式加压釜

矿浆自釜下端进入，与压缩空气混合后通过旋涡哨从喷嘴进入釜内，呈紊流状态在釜内上升，然后经出料管排出。釜内矿浆的加热或冷却，一般采用夹套间接传热方式，釜内装有事故排料管。经高压釜浸出后的矿浆，须将压力降至常压后才能送下一作业处理。

2.矿物的化学漂白

作为填料或颜料等在工业中应用的非金属矿物粉体材料，常对白度有较高的要求，在一定条件下，白度越高，应用范围越大，附加值越高。而原矿及物理方法提纯后的精矿往往难以满足要求，为此必须对矿物进行增白处理，较常用的是进行化学漂白。

目前，国内对非金属矿物粉体材料进行化学漂白多集中在高岭土矿种上，且已有工业规模的生产应用。其他一些矿物也已成为潜在的漂白处理对象，如伊利石、蒙脱石、累托石、凹凸棒石、泡泡石、硅藻土、硅石等。尤其是硅藻土的漂白，做的较多。

(1)矿物化学漂白的原理及方法

影响矿物白度的主要因素是矿物本身的染色杂质矿物污染，如铁、钛、硫矿物和有机杂质。为此矿物漂白前，首先须了解矿石中染色杂质的特征、含量及赋存状态。依据其染色成因不同，采用不同的漂白方式。

矿物化学漂白方法有还原漂白和氧化漂白两种。还原漂白主要是用还原剂对矿物漂白，常用亚硫酸盐、连二亚硫酸盐、硫酸氢铵等，如Na2SO3、Na2S2O4、ZnS2O4、NH4HSO4等，其他还有HCl、草酸及草酸盐等。氧化漂白是以氧化剂对矿物进行漂白处理，常用过氧化物、次氯酸盐、臭氧、高锰酸钾等。在工业中氧化漂白和还原漂白可单独使用，也可分段联合使用。

还原漂白多在酸性介质中进行，常以H2SO4调节酸度。其原理为矿物中的金属染色氧化物被还原生成可溶性的硫酸盐而被除去。

影响漂白的因素主要有:矿浆浓度、漂白剂用量、pH值、漂白剂添加次数、温度、漂白时间、添加剂等。当添加次数增至12次以后，漂白效果趋于稳定温度以40℃左右为好时间一般在两小时左右为好添加剂主要包括分散剂、缓冲剂、整合剂等。

(2)工艺流程

原矿→磨矿→制浆→调浆→强烈搅拌→磁选→分级→磁选→浓缩→漂白→过滤→烘干→产品。

3.生物漂白

在自然界有一类微生物，可直接或间接地参与金属硫化矿物的氧化和溶解过程，这类微生物可在金属硫化矿和煤矿的矿坑水以及土壤中找到它们的踪迹。和矿物浸出有关的微生物大部分属于自养菌，这类微生物在生长和繁殖过程中，不需要任何有机营养，而是完全靠各种无机盐而生存。还有一类微生物则与之相反，它们需要提供现成的有机营养才能生存，叫做异养菌。某些异养菌也可以溶浸金属矿物，但研究比较充分、在生产中得到实际应用的主要是自养类微生物。

微生物浸出主要指氧化铁硫杆菌等自养细菌浸出，所以通常叫细菌浸出。如除铁漂白，是利用某些微生物(细菌，真菌)具有从氧化铁(褐铁矿、针铁矿)中溶解铁的能力。利用微生物这种溶解铁的能力，可将高岭土中所含铁杂质除去。微生物这种溶解铁的能力，情况很复杂，所涉及的一些主要反应过程和多数研究者所认可的主要反应机理有:细菌浸出直接作用说，细菌浸出间接作用说和细菌浸出复合作用说(王淀佐等，2003)。

(1)细菌浸出直接作用

在有水和空气的条件下，受氧化铁硫杆菌作用，金属硫化矿会发生如下反应:

非金属矿产加工与开发利用

(2)细菌浸出间接作用

黄铁矿在自然条件下缓慢氧化生成FeSO4和H2SO4，在有细菌的条件下，反应被催化快速进行:

非金属矿产加工与开发利用

最终生成Fe2(SO4)3和H2SO4，Fe2(SO4)3是一种很有效的金属矿物氧化剂和浸出剂，铜及其他多种金属矿物都可被Fe2(SO4)3浸出，浸出示例如下:

黄铁矿浸出:FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O→15FeSO4+8H2SO4

(3)细菌浸出复合作用

复合作用机制是指在细菌浸出当中，既有细菌的直接作用，又有通过Fe3+氧化的间接作用。有些情况下以直接作用为主，有时则以间接作用为主，但两种作用都不可排除，这是迄今为止绝大多数研究者都赞同的细菌浸出机制。实际上，大多数矿石中，总会多少存在一些铁的硫化矿，所以浸出中Fe3+的作用不可排除，上面提到的黄铁矿的浸出，就是两种机制都存在的例子。

4.热处理

(1)焙烧

焙烧是在适宜的气氛和低于矿物原料熔点的温度条件下，使矿物原料中的目的矿物发生物理和化学变化的工艺过程。该工艺过程表现为矿物(化合物)受热离解为一种组成更简单的矿物(化合物)，或矿物本身发生晶形转变。在矿物的焙烧过程中，矿物组分将发生变化。

根据焙烧反应性质的不同，可将焙烧分为以下几种:

1)氧化焙烧:于氧化气氛中加热矿物，使炉气中的氧与矿物中可燃组分作用或矿物本身在氧化气氛中焙烧。

2)还原焙烧:在还原性气氛中使金属氧化物还原成低价氧化物(或金属形态)或矿物在还原气氛中进行焙烧。

3)氯化焙烧:在中性或还原性气氛中加热矿物，使之与氯气或固体氯化剂发生化学反应，生成可溶性金属氯化物或挥发性气态金属氯化物。

4)离析焙烧:于中性或弱还原性气氛中加热矿物，其中的有价组分与固态氯化剂(NaCl，CaCl2等)反应，生成挥发性气态金属氯化物，并随即沉积在炉料中的还原剂表面。

5)磁化焙烧:在弱还原性气氛中，使弱磁性赤铁矿焙烧并还原成强磁性的磁铁矿。

此外，还有硫酸化焙烧、加盐焙烧等。

应用于非金属矿物的主要是氧化焙烧、还原焙烧、氯化焙烧等。

(2)煅烧

煅烧是指矿物加热分解的过程，由一种固相热解为另一种固相和气相的分解反应过程，且气相在两种凝聚相内以及两凝聚相间均不形成固溶体。如碳酸盐矿物(菱铁矿、石灰石等)硫酸盐矿物如石膏等的煅烧。非金属矿物提纯加工方面，主要用于高岭土的煅烧。其他非金属矿如硅藻土、石膏、珍珠岩、蛭石等主要是应用煅烧技术来加工制品。

硅藻土采用焙烧工艺可达到提纯和活化的目的，将硅藻土粉加入回转窑中，在870～1100℃条件下，氧化焙烧2～5h除去杂质，经磨矿、分级后，可生产出不同级别用作助滤剂的产品。

石膏矿(CaSO4·2H2O)经低温(170～220℃)煅烧成为半水石膏，高温煅烧(300～800℃)则成无水石膏。

珍珠岩为火山玻璃质岩石，通常在700～1200℃煅烧后，其煅烧产品为膨胀珍珠岩。

蛭石经高温煅烧后体积迅速膨胀数倍至数十倍，形成膨胀蛭石，其平均容重为100～130kg/m3。

高岭土的煅烧

高岭土煅焙烧的目的主要是脱除有机碳提高白度，同时在煅烧过程中高岭岩羟基被脱除，造成一定的孔隙结构，使其活性增加，具备功能性材料的特性。

高岭土的煅烧，按煅烧温度划分，有低温煅烧(650℃以下)、中温煅烧(650～1050℃)、高温煅烧(1300～1525℃)等。不同的煅烧温度，所得产品性能及用途也有差别。

650℃温度以下脱羟煅烧的高岭土具有优良的电性能，用作电缆绝缘层的电性能改良剂，或用于橡胶制品及橡胶密封材料的填料。

700～860℃煅烧高岭土，其高岭石晶体在层间形成多孔结构，扩大了吸附能力及比表面积，活性好，用于制备合成沸石、农药载体或催化剂载体等。此时除对产品有较高白度要求外，对产品活性、细度及铝硅比亦有要求。

860～1050℃煅烧分为两种:950℃以下为不完全煅烧，1050℃为完全煅烧，前者活性好于后者，但白度较后者差，后者具有更高的白度和亮度、吸油值高、比表面积大、遮盖率好，作纸张填料具有良好的光学性能，可部分(表面改性后)代替钛白粉。

经过1300～1525℃煅烧的高岭土，高岭石晶体发生相变，形成莫来石化，可作为耐火材料或耐火制品的填料、陶瓷窑具等材料，其耐火度大于1770℃，莫氏硬度7～8。耐磨性、热稳定性及化学稳定性好。

非金属矿物焙烧或煅烧设备主要是隧道窑、回转窑、旋转立窑、倒焰窑、梭式窑等。

早期的硫酸生产 15世纪后半叶，B.瓦伦丁在其著作中,先后提到将绿矾与砂共热,以及将硫磺与硝石混合物焚燃的两种制取硫酸的方法。约1740年，英国人J.沃德首先使用玻璃器皿从事硫酸生产，器皿的容积达300l。在器皿中间歇地焚燃硫磺和硝石的混合物，产生的二氧化硫和氮氧化物与氧、水反应生成硫酸，此即硝化法制硫酸的先导。

硝化法的兴衰 1746年，英国人J.罗巴克在伯明翰建成一座6ft（lft=0.3048m)见方的铅室,这是世界上第一座铅室法生产硫酸的工厂。1805年前后，首次出现在铅室之外设置燃烧炉焚燃硫磺和硝石，使铅室法实现了连续作业。1827年，著名的法国科学家J.－L.盖－吕萨克建议在铅室之后设置吸硝塔,用铅室产品(65％H2SO4)吸收废气中的氮氧化物。1859年，英国人J.格洛弗又在铅室之前增设脱硝塔，成功地从含硝硫酸中充分脱除氮氧化物,并使出塔的产品浓度达76％H2SO4。这两项发明的结合，实现了氮氧化物的循环利用，使铅室法工艺得以基本完善。

18世纪后半期，纺织工业取得重大的技术进步，硫酸被用于亚麻织品的漂白、棉织品的酸化和毛织品的染色。吕布兰法的成功，又需大量地从硫酸和食盐制取硫酸钠。迅速增长的需求为初兴的硫酸工业开拓了顺利发展的道路。

早期的铅室法工厂都以意大利西西里岛的硫磺为原料,随着硫酸需求的不断增加,原料供应日益紧张。19世纪30年代起，英、德等国相继改用硫铁矿作原料。其后，利用冶炼烟气生产硫酸也获得成功。原料来源的扩大,适应了当时以过磷酸钙和硫酸铵为主要产品的化肥工业的兴起,从而使硫酸工业获得更大的发展。1900年世界硫酸产量(以100％H2SO4计)已达4.2Mt。1916年,美国田纳西炼铜公司建成了一套日产 230～270t(以100％H2SO4计)的铅室法装置。它拥有四个串联的铅室，每个铅室的容积为15600m3,这是世界上容积最大的巨型铅室。由于庞大的铅室生产效率低、耗铅多和投资高，19世纪后半期起，不断有人提出各种改进的建议和发明，终于导致以填充塔代替铅室的多种塔式法装置的问世。

1911年，奥地利人C.奥普尔在赫鲁绍建立了世界上第一套塔式法装置。六个塔的总容积为600m3，日产14t硫酸（以100％H2SO4计）。1923年，H.彼德森在匈牙利马扎罗瓦尔建成一套由一个脱硝塔、两个成酸塔和四个吸硝塔组成的七塔式装置，在酸液循环流程及塔内气液接触方式等方面有所创新，提高了生产效率。

在苏联和东欧，曾广泛采用五塔式流程。到50年代，苏联又开发了更为强化的七塔式流程，即增设成酸塔和吸硝塔各一座，其生产强度比之老式的塔式法装置有了成倍的提高，而且可以用普通钢材代替昂贵的铅材制造生产设备。

铅室法产品的浓度为 65％H2SO4，塔式法则为76％H2SO4。在以硫铁矿和冶炼烟气为原料时,产品中还含有多种杂质。40年代起，染料、化纤、有机合成和石油化工等行业对浓硫酸和发烟硫酸的需要量迅速增加，许多工业部门对浓硫酸产品的纯度也提出了更高的要求，因而使接触法逐渐在硫酸工业中居于主导地位。

后来居上的接触法 1831年，英国的P.菲利普斯首先发明以二氧化硫和空气混合，并通过装有铂粉或铂丝的炽热瓷管制取三氧化硫的方法。1870年，茜素合成法的成功导致染料工业的兴起，对发烟硫酸的需要量激增，为接触法的发展提供了动力。1875年，德国人E.雅各布在克罗伊茨纳赫建成第一座生产发烟硫酸的接触法装置。他曾以铅室法产品进行热分解取得二氧化硫、氧和水蒸气的混合物，冷凝除水后的余气通过催化剂层，制成含43％SO3的发烟硫酸。

1881发起，德国巴登苯胺纯碱公司的R.克尼奇对接触法进行了历时10年的研究，在各种工艺条件下系统地测试了铂及其他催化剂的性能，并在工业装置上全面解决了以硫铁矿为原料进行生产的技术关键。当时的接触法装置都使用在较低温度下呈现优良活性的铂催化剂。但其价格昂贵、容易中毒而丧失活性（见催化剂中毒、催化活性）。为此，早期的接触法装置，无论从硫化矿或硫磺为原料，都必须对进入转化工序的气体预先进行充分的净化，以除去各种有害杂质。1906年，美国人F.G.科特雷耳发明高压静电捕集矿尘和酸雾的技术在接触法工厂获得成功，成为净化技术上的重要突破。

第一次世界大战的爆发，使欧美国家竞相兴建接触法装置，产品用于炸药的制造。这对接触法的发展颇具影响。1913年，巴登苯胺纯碱公司发明了添加碱金属盐的钒催化剂，活性较好，不易中毒，且价格较低，在工业应 用中显示了优异的成效。从此，性能不断有所改进的钒催化剂相继涌现，并迅速获得广泛应用，终于完全取代了铂及其他催化剂。

近30年的发展 第二次世界大战以后，硫酸工业取得了较大的发展，世界硫酸产量不断增长。

现代的硫酸生产技术也有显著的进步。50年代初，联邦德国和美国同时开发成功硫铁矿沸腾焙烧技术。联邦德国的法本拜耳公司于1964年率先实现两次转化工艺的应用，又于1971年建成第一座直径4m的沸腾转化器。1972年,法国的于吉纳-库尔曼公司建造的第一座以硫磺为原料的加压法装置投产,操作压力为500kPa,日产550t(100％H2SO4)。1974年,瑞士的汽巴－嘉基公司为处理含0.5％～3.0％SO2的低浓度烟气,开发一种改良的塔式法工艺,并于1979年在联邦德国建成一套每小时处理10km3焙烧硫化钼矿烟气(0.8％～1.5％SO2)的工业装置。

中国硫酸工业的发展 1874年，天津机械局淋硝厂建成中国最早的铅室法装置，1876年投产，日产硫酸约2t，用于制造无烟火药。1934年，中国第一座接触法装置在河南巩县兵工厂分厂投产。

1949年以前，中国硫酸最高年产量为 180kt(1942)。1983年硫酸产量达8.7Mt（不包括台湾省）,仅次于美国、苏联，居世界第三位。1951年，研制成功并大量生产钒催化剂，此后还陆续开发了几种新品种。1956年，成功地开发了硫铁矿沸腾焙烧技术，并将文氏管洗涤器用于净化作业。1966年,建成了两次转化的工业装置,成为较早应用这项新技术的国家。在热能利用、环境保护、自动控制和装备技术等方面，也取得了丰硕成果

乙酸乙酯的制取：先加乙醇，再加浓硫酸（加入碎瓷片以防暴沸），最后加乙酸， 然后加热（可以控制实验）

1：酯化反应是一个可逆反应。为了提高酯的产量，必须尽量使反应向有利于生成酯的方向进行。一般是使反应物酸和醇中的一种过量。在工业生产中，究竟使哪种过量为好，一般视原料是否易得、价格是否便宜以及是否容易回收等具体情况而定。在实验室里一般采用乙醇过量的办法。乙醇的质量分数要高，如能用无水乙醇代替质量分数为95%的乙醇效果会更好。催化作用使用的浓硫酸量很少，一般只要使硫酸的质量达到乙醇质量的3%就可完成催化作用，但为了能除去反应中生成的水，应使浓硫酸的用量再稍多一些。

2：制备乙酸乙酯时反应温度不宜过高，要保持在60 ℃～70 ℃左右，温度过高时会产生乙醚和亚硫酸或乙烯等杂质。液体加热至沸腾后，应改用小火加热。事先可在试管中加入几片碎瓷片，以防止液体暴沸。

3导气管不要伸到Na2CO3溶液中去，防止由于加热不均匀，造成Na2CO3溶液倒吸入加热反应物的试管中。   3.1：浓硫酸既作催化剂，又做吸水剂，还能做脱水剂。   3.2：Na2CO3溶液的作用是：   (1)饱和碳酸钠溶液的作用是冷凝酯蒸气，减小酯在水中的溶解度（利于分层），除出混合在乙酸乙酯中的乙酸，溶解混合在乙酸乙酯中的乙醇。   (2)Na2CO3能跟挥发出的乙酸反应，生成没有气味的乙酸钠，便于闻到乙酸乙酯的香味。   3.3：为有利于乙酸乙酯的生成，可采取以下措施：   (1)制备乙酸乙酯时，反应温度不宜过高，保持在60 ℃～70 ℃。不能使液体沸腾。   (2)最好使用冰醋酸和无水乙醇。同时采用乙醇过量的办法。   (3)起催化作用的浓硫酸的用量很小，但为了除去反应中生成的水，浓硫酸的用量要稍多于乙醇的用量。   (4)使用无机盐Na2CO3溶液吸收挥发出的乙酸。   3.4：用Na2CO3不能用碱（NaOH）的原因。   虽然也能吸收乙酸和乙醇，但是碱会催化乙酸乙酯彻底水解，导致实验失败。

自然界中具有重要经济价值的单矿物岩石和矿石极少，即使是单矿物岩，也含有各式各样的杂质。矿物本身的性质并非均可利用，矿物加工实际上是一个“抑制缺点、发挥优势”的过程。

矿物加工工艺流程有四个阶段:①破碎－磨矿②选矿－提纯③超细粉碎④表面改性。对特定矿物而言，上述流程并非需要完全完成，也并非需要遵照严格的先后顺序，可根据要加工的矿物和最终产品、经济和环境效益而定。

1.破碎－磨矿

破碎与磨矿是将矿物原料的粒度减小的作业，其中减小至5mm称为破碎，再细的粉碎作业称为磨矿。磨矿的细度要根据矿石的工艺矿物学研究结果和试验确定，其目的是使矿石中的有用矿物和脉石矿物达到单体解离，为后继的选矿作业供给合适粒度和形态的物料，或者为后续的超细粉碎提供合适粒度的物料，也可以直接提供一般的粉末产品。破碎与磨矿可能在空气介质(干法)和水介质(湿法)下作业，通常由破碎－筛分作业和磨矿－分级作业两个阶段进行。破碎机和筛分机多为联合作业，磨矿机与分级机常组成闭路循环。它们分别是组成破碎车间和磨选车间的主要机械设备。破碎设备有颚式破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机、冲击破碎机、锤式破碎机等，筛分设备有振动筛、隔条筛等。磨矿设备有球磨机、棒磨机、雷蒙机、柱磨机、高压辊磨机等。分级设备有机械分级机、水力分级机、分离分级机等。

2.选矿－提纯

选矿－提纯作业的目的是:①将矿石中有用矿物和脉石矿物相分离，富集有用矿物②除去有用矿物中的有害杂质，使有用矿物得以纯化③回收伴生的有用矿物，综合利用矿产资源。矿石经过选矿后，可得到精矿、中矿和尾矿三种产品。分选所得的有用矿物含量较高、适合于冶炼加工的最终产品，叫做精矿。选别过程中得到的中间的、尚需进一步处理的产品，叫做中矿。选别后，其中有用矿物含量很低、不需进一步处理(或技术经济上不适于进一步处理)的产品，叫做尾矿。

最常用的选矿－提纯方法有:

(1)重力选矿法(简称重选法)重选是根据相对密度(或密度)不同的矿物在介质(水、空气或重介质)中运动速度和运动轨迹的不同，而达到分选的方法。重力选矿法处理量大，简单可靠、成本低廉，它广泛用来选别稀有金属(钨、锡、钛、锆、铌、钽等)、贵金属(金、铂族)、黑色金属(铁、锰等)相对密度较大的金属矿物。也用于有色金属(铜、铅、锌等)的预选作业，非金属矿物也常用重选法(如石英与云母)。事实上水力分级、风力分级、洗矿作业也是重力选矿的特例。重选作业是在各种类型的重选设备中进行的，主要设备有跳汰机、摇床、离心选矿机、溜槽、重介质选矿机等。

(2)浮游选矿法(简称浮选法)浮选亦称泡沫浮选，是根据矿物表面润湿性的不同，在矿浆中添加适当浮选药剂，在浮选机内搅拌与充气产生大量的弥散气泡附着在所选择的矿物上，借助泡沫的浮力上浮矿浆表面，使之与其他矿物分离。浮选法应用广泛，虽然磨矿细度要求高，选矿成本偏高，但选矿效率高，可用来处理绝大多数矿石。自然界仅少数矿物具有较好的天然可浮性(如石墨、自然硫、辉钼矿、滑石等)，大部分矿物的天然可浮性是比较差的。为了实现矿物的浮选分离，必须人为地控制矿物表面的润湿性质，扩大矿物间可浮性的差别。在浮选过程中，使用浮选药剂来改变矿物的表面性质，是控制矿物浮选行为的必要手段。通过采用浮选药剂可以使浮选工艺适用范围扩大，使之适用于大多数矿物。浮选药剂一般分为三类:捕收剂、起泡剂、调整剂。浮选设备有机械搅拌式浮选机、充气机械搅拌式浮选机、充(压)气式浮选机、气体析出式浮选机。

(3)磁选法矿物分为强磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物。磁选是根据矿石中矿物磁性差异，在不均匀磁场中实现矿物分离的选矿方法。磁选多用于有磁性的黑色金属氧化物矿物，如磁铁矿、钒钛磁铁矿、赤铁矿、钛铁矿，也用于磁黄铁矿选矿。对于非金属矿物的磁选，主要是用于对杂质的去除，使所要的矿物得到纯化，如高岭石、霞石、长石通常要求氧化铁杂质含量低于某个数值(当然是越低越好)，磁选除铁成为一个经济高效地提纯方法。磁选设备分类方式多样，按磁源分永磁和电磁，按作业方式分干式和湿式，按选机形态有带式、筒式、辊式等，按磁强度和梯度可分为弱磁场磁选机、强磁场磁选机、高梯度磁选机。

(4)化学选矿与化学提纯化学选矿是利用化学作用将矿石中的有用成分提取出来，或者将矿石或矿物中的有害杂质除去的方法，这种方法可以起到机械选矿方法难以达到的效果，但成本相对较高。化学选矿提纯法包括以下方法:焙烧、酸碱处理、浸出、溶剂萃取、离子交换、化学漂白等，且多种方法可以配合使用，或者与机械选矿法配合使用。例如:利用金、银能在水银和氰化物溶液中溶解的方法来提取矿石中的金、银用硫酸浸取酸性氧化铜和自然铜，形成硫酸铜溶液用铁置换后生成海绵铜将赤铁矿和褐铁矿与适量的碳混合后焙烧至570℃左右生成磁铁矿，再用磁选机选出精矿。对于非金属矿物，白度是一个重要指标，其致色原因是含有Fe2O3微粒且不能机械选出，可用连二亚硫酸钠将Fe3+还原成可溶性的硫酸亚铁而被除去，从而对矿物进行漂白。

另外，还有根据矿物的导电性、摩擦系数、颜色和光泽等不同而进行选矿的方法，如电选法、摩擦选矿法、光电选矿法和手选法等。

3.超细粉碎

在非金属矿加工业中，一般将d97≥10μm(也有人定义为d90≥10μm)的粉体物料称为“超细粉体”。现在最新的磨机可生产0.25μm的超细粉末。超细粉体由于粒度细、纯度高、粒度分布窄、质量均匀、比表面积急剧增大、晶体内部缺陷减少，矿物表面甚至能生成一层非晶质层，因而具有一系列特殊的应用性能，如表面活性高、化学反应速度快、溶解度大、烧结温度低且烧结体强度高、作为复合材料补强性能好以及独特的电性、磁性、光学性能和流变性等等。

超细粉体的应用始于第二次世界大战之后，尤其是近20年来，随着以信息技术、微电子、新材料、新能源、航空航天、生物、环保技术等为特征的现代高新技术产业的崛起，对超细粉体特殊性质的认识和超细粉体加工制备技术的长足发展，矿物超细粉体在现代工业和高技术新材料的相关领域得到了越来越广泛的应用。主要应用领域为高技术陶瓷、陶瓷釉料、微电子及信息材料、塑料、橡胶及复合材料填料、润滑剂及高温润滑材料、精细磨料及摩擦材料、造纸涂料及填料、油漆颜料及特种涂料、生物化学及药品材料、航空航天密封材料、化妆品等。

迄今为止的超细粉碎方法主要是机械力方法，包括利用高速气流冲击的气流磨利用高速机械回转冲击及剪切作用的冲击式超细粉碎机利用摩擦研磨作用的搅拌球磨机、振动球磨机、旋转球磨机、行星磨利用剪切力的胶体磨利用压应力的高压辊磨机以及利用高压射流冲击的射流粉碎机等。与超细粉碎紧密相伴的是超细粉体分级设备，该分级设备的作用一是提高粉碎效率、防止过磨，二是减少超细颗粒在粉碎过程中再次团聚，保证粉体的细度和粒度分布。超细粉体分级机分两类，一是干式的空气旋流分级机和涡轮式气流分级机，二是湿式的水力旋流器、卧式螺旋离心机和沉降式离心机等。

4.表面改性

矿物表面改性是指用物理、化学、机械等方法对矿物粉体表面进行处理，根据应用的需要有目的地改变粉体表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团、表面能、表面润湿性、电性、表面吸附和反应特性等，以满足现代新材料、新工艺和新技术发展的需要。表面改性为开发矿物产品的性能、提高其使用价值和开拓应用领域提供了新的技术手段，对相关应用领域的发展具有重要的实际意义。因此，表面改性是当今非金属矿物最重要的深加工技术之一。在塑料、橡胶、胶粘剂等高分子材料工业及复合材料领域中，无机矿物填料占有很重要的地位。这些矿物填料，不仅可以降低材料的生产成本，还能提高材料的刚性、硬度、尺寸稳定性以及赋予材料某些特殊的物理化学性能，如耐腐蚀性、阻燃性和绝缘性等。但由于这些无机矿物填料与基质相容性差，因而难以在基质中均匀分散，直接或过多地填充往往容易导致材料的某些力学性能下降以及易脆化等缺点。因此，还必须对无机矿物表面改性，增强矿物与有机物基质的相容性，提高复合材料的综合性能。

在大多数情况下，矿物表面性质的改变是依靠各种有机或无机化学物质(即表面改性剂)在粉体粒子表面的包覆或包膜来实现的。因此，在某种意义上来说，表面改性剂是矿物表面改性技术的关键。简单的酸碱处理可以改变某些矿物的表面性能，用无机酸(主要是硫酸或盐酸)处理蒙脱石(将钙基蒙脱石改变为钠基蒙脱石)、凹凸棒石、沸石等粘土矿物，可增强表面活性，提高吸附性能。

矿物粉体表面改性剂有:钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、锆铝酸盐偶联剂、有机锆偶联剂、有机硅、高级脂肪酸、高级胺盐、氯化石蜡、非离子表面活性剂为了改善矿物粉体的光学性质，提高白度和遮盖力，有时需要在低折射率的矿物基底上镀上高折射率的化合物或人工矿物，如在白云母薄片上镀上二氧化钛镀层。

学习指导

本章是为矿物各论部分矿物“用途”部分的理解打下理论基础，对所要求学习掌握的矿物用途有较为明确的概念，增加对矿物观察、描述和鉴定的兴趣。本章要求对矿物加工的各个阶段有较为系统的理解，了解矿物破碎、磨矿、选矿、提纯、超细粉碎、表面改性的原理和方法。

复习思考题

1.举出三种同时具有金属矿物和非金属矿物属性的矿物，分别提出从中提取金属元素和制备矿物材料的方法。

2.提出从煤系地层中的硬质高岭石制备一种或两种矿物材料的方法。

3.矿物原料粉碎的施力方式有几种?

4.矿物加工的实际意义是什么?其工艺流程主要分哪几个阶段?

5.何谓冷加工?何谓热加工?两者加工性能和应用范围有何差别?