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1、 资源加工学整理资料第一章：资源加工学概述1. 1 资源加工学的形成资源加工学是由传统的选矿学、矿物加工学发展演变形成的新的学科体系。选矿学是用物理、化学的方法，对天然矿物资源（通常包括金属矿物、非金属矿物、煤炭等）进行选别、分离、富集其中的有用矿物的科学技术，其目的是为冶金、化工等行业提供合格矿产品。矿物加工学是在选矿学的基础上发展起来的，是用物理、化学的方法，对天然矿物资源进行加工（包括分离、富集、提纯、提取、深加工等） ，以获取有用物质的科学技术，其目的已不单纯是为其它行业提供合格矿产品，也可直接得到金属制品、矿物材料等。1. 1. 1 选矿学科的形成首先，随着流体力学的发展，重选的基础

2、研究起步较早。19 世纪下半叶，奥地利人R ittinger 提出了 “等降现象” ；M onroe 等人进一步提出“干涉沉降” 。20 世纪 40 年代，苏联学者 JIR IIIE H K O 提出了跳汰是在上升水流中“按悬浮体的相对密度分层”的学说；德国学者 M ayer 从床层位能降的角度解释了了分层过程。英国学者 B agnold 在 50 年代观察到了剪切运动下层流斜面流中多层粒群的松散分层现象。这些学说成了重选的理论基础。在电磁选矿方面，由于物理学的发展，人们早就认识到可用永久磁铁选别磁铁矿石。当电磁铁被用作磁选机的磁场并有了各种工业生产的电磁选矿机后，电磁选矿理论也初步确立。在浮

3、选方面，从 20 世纪 30 年代开始，美国的 Taggart 及苏联的 Plaksins 等先后提出了捕收剂的“化学反应假说”或“溶度积假说” ，以解释重金属硫化矿的可浮性顺序。美国的 G audin、苏联的 B ogdanov 及澳洲的 W ark 等人较多的研究了矿物的润湿性与可浮性的关系，浮选剂的吸附作用机理，浮选的活化等。美国的 Fuerstenau D W 等人系统地研究了矿物表面电性与可浮性的关系。到 60 年代前后，浮选的三大基本理论（润湿理论、吸附理论及双电层理论）已初步形成。碎磨：以岩石力学为学科基础，通过机械力作用使矿石块度达到工艺选别的粒度范围。重选：以流体力学为学科基

4、础，根据不同矿物的密度差异在一定的介质中进行不同矿物的分选。电磁选：以电磁学为学科基础，根据不同矿物磁性的差异分选不同矿物。浮选：以表面化学为学科基础，根据不同矿物表面物理化学性质的差异，实现不同矿物的分选。1.1.2 矿物加工学科的形成与发展矿物加工学的主要学科方向有：（1 ）浮选化学（2 ）复合物理场矿物加工（3 ）高效低毒药剂分子设计（4 ）矿物资源的生化提取（5 ）直接还原与矿物原料造块（6 ）复杂贫细矿物资源综合利用（7 ）矿物精加工与矿物材料（8 ）矿物加工过程计算机技术1.1.3 矿物加工学科面临的挑战与资源加工学的形成（高效益、低能耗、无污染）（1 ）复杂贫细矿物资源的综合回收

5、（2 ）废石及尾矿的加工利用（3 ）矿物精加工技术（4 ）洁净煤技术（5 ）二次资源（6 ）海洋资源（7 ）非矿物资源1. 2 资源加工学的学科体系1. 2. 1 资源加工学的研究对象资源加工学是根据物理、化学原理，通过分离、富集、纯化、提取、改性等技术对矿物资源、非传统矿物资源、二次资源及非矿物资源进行加工，获得其中有用物质的科学技术。研究对象：（1）矿物资源：包括金属矿物、非金属矿物、煤炭等；（2 ）非传统矿物资源： 工业固体废弃物：冶炼化工、废渣、尾矿、废石； 海洋矿产：锰结核、钴结壳、海水中金属、海底热液硫化矿床； 盐湖与湖泊中的金属盐、重金属污泥。（3 ）二次资源： 废旧电器；电视机

6、、冰箱、音响等； 废旧金属制品：电缆、电线、易拉罐、电池等； 废旧汽车。（4 ）非矿物资源：城市垃圾、废纸、废塑料、油污水、油污土壤等1. 2. 2 资源加工学科体系（1 ）学科领域资源加工学包括四大学科领域：（矿物加工；矿物材料加工；二次资源加工；金属提取加工。可简称为 4-M P。 ）矿物加工是根据物理、化学原理对天然矿物资源进行加工，以分离、富集有用矿物；矿物材料加工是根据物理、化学原理，对天然及非传统矿物资源进行分离、纯化、改性、复合等加工，制备功能矿物材料；二次资源加工是根据物理、化学原理，对二次资源进行加工，以分离回收各种有用物质；金属提取加工是根据物理、化学原理，对各种资源进行化

7、学溶出、生物提取、离子交换、溶剂萃取等加工，以获取有价金属。（2 ）学科基础及与相邻学科的关系资源加工过程中物料的碎解、分离、富集、纯化、提取、超细、改性、复合等过程，涉及矿物学、物理学、化学与化学工程、冶金工程、材料科学与工程、生物工程、力学、采矿工程及计算机技术等多学科领域，体现不同的学科基础，形成不同的研究方向。3 资源加工在国民经济建设中的地位和作用矿物资源是人类社会发展和国民经济建设的重要物质基础，矿业是国民经济的基础产业，是人类社会发展的前提和动力。 随着天然矿物资源地不断被开发利用，天然矿物资源量逐步减少，而人口增长、社会发展，对资源的需求又不断增大，因此，必须寻找开发利用新的资

8、源。非传统矿物资源、二次资源、非矿物资源必将成为未来人类社会发展的重要资源，对这些资源的加工利用，不仅可以满足人类社会发展对资源的需求量的增加，还可减少环境污染，促使国民经济持续、快速、健康发展。第二章 物料的基本物理化学特性2 1 物料的鉴别（是物料加工的前提）矿物是指由地质作用所形成的结晶态的天然化合物或单质。准矿物为由地质作用形成的非结晶态的天然化合物或单质。工艺矿物在实验室和生产工艺过程中研制和生产而形成的结晶态的化合物或单质。矿物分类的基本单位是种。矿物种指具有一定的化学组成和一定的晶体结构的一种矿物。矿物亚种指同属于一个种的矿物，但在化学组成、物理性质等方面有一定程度的变异者。矿物

9、的分类方法:化学成分分类，地球化学分类，成因分类，晶体化学分类.根据上述的晶体化学分类原则，本书对矿物采用如下的具体分类：第一大类 自然元素，包括 自然金属元素; 自然半金属元素；自然非金属元素第二大类 硫化物及其类似化合物，包括 简单硫化物； 复硫化物； 硫盐第三大类 氧化物和氢氧化物，包括：氧化物； 氢氧化物第四大类 含氧盐，包括：第一类：硅酸盐，包括：第一亚类： 岛状结构硅酸盐；第二亚类：环状结构硅酸盐；第三亚类： 链状结构硅酸盐；第四亚类：层状结构硅酸盐；第五亚类： 架状结构硅酸盐第二类： 硼酸盐；第三类：磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐；第四类：钨酸盐、钼酸盐；第五类： 铬酸盐；第六类：硫酸盐

10、；第七类：碳酸盐；第八类：硝酸盐第五大类 卤化物矿物学研究致力于解决两个基本问题：矿物的晶体结构和矿物的成分岩石是天然产出的由一种或多种矿物（包括火山玻璃、生物遗骸、胶体）组成的固体集合体岩石根据成因分类：（1 ） 岩浆岩：主要由地壳深处或上地幔中形成的高温熔融的岩浆，在侵入地下或喷出地表冷凝而成的岩石。（2 ） 沉积岩：是在地表和地表下不太深的地方形成的地质体，它是在常温常压下由风化作用、生物作用和火山作用形成的物质，经过一系列改造（如搬运、沉积、石化等作用）而形成的岩石，（3 ） 变质岩：是由岩浆岩、沉积岩经变质作用转化而成的岩石，岩石根据其主要矿物种类的多少，可分为两类：（1 ） 单矿岩

11、：主要由一种矿物组成的岩石（2 ） 多矿岩：由多种矿物组成的岩石，绝大多数的岩石都属于多矿岩工艺岩石：在实验室和生产工艺过程中形成的非“天然产出”的矿物集合体矿产是指能被利用的矿物资源，目前按矿产的性质及其主要工业用途可分为以下三类：金属矿产、非金属矿产和可燃性有机岩矿产。矿石（Ore）：一般由矿石矿物和脉石矿物两部分组成( 矿石的性质决定着产品、加工工艺和成本)1 二次资源及其他固体物料: 二次资源、非传统矿物资源和非矿物资源固体物料。二次资源是指人类社会活动（生产和生活）产生的含有有价成份并有回收再利用的经济或环保价值的废弃物料，或称可再生资源。主要包括废旧电器（如电视机、电冰箱、音响等）

12、；废旧金属制品（如电缆、电线、易拉罐和电池等）；废旧机器、废旧汽车；工厂“三废”（废渣、废液、废气）；生活废物（如垃圾、废纸）等非传统矿物固体物料是指主要由工艺矿物和矿物组成的固体废弃物。非矿物资源固体物料是指与有机化学物质组成有关的固体物料。非固体物料主要是指与烟尘、气、液等有关的物料2 决定物料加工工艺的基本参数或工艺矿物学研究的内容 （物料的物相组成；物料中元素赋存状态；物料中物相嵌布特征；工艺产品的研究）物料的物相组成：查明物料中的物相（如有用矿物和脉石矿物）组成和含量，是决定物料加工工艺的基本参数之一伴生有益组分：物料中除主要有用组份以外，在加工过程中可以回收或对产品质量有益的成分称

13、为伴生有益组份；物料中的有益组份和有害组份的含量是评价物料质量和利用性能的重要标志之一。在矿石中有用元素主要存在形式：1.形成独立矿物2.呈类质同象混入物形式存在于其他矿物中3.呈固溶体分离状态4.呈包裹物形式存在5.呈吸附状态物料中物相的嵌布特征、磨碎或破碎时的单体解离度，是决定物料加工工艺的基本参数之一2. 2 物料的物理性质密度物质密度：单位体积的物质的质量叫做密度，用 表示，其单位按国际单位制为kg/m3，按厘米 克秒制为 g/cm3。矿石真密度：矿石是矿物加工的主要对象，矿石是多种有用矿物和脉石矿物的混合体，其单位体积矿石的质量叫做矿石的真密度，单位 kg/m3。矿石堆密度：堆积的矿

14、石存在孔隙，一定粒度组成的矿石自然堆积时，其单位体积的质量称为矿石的堆密度，单位 kg/m3。矿物间的密度差异是其能否重选分离的主要因素颗粒的几何特征（颗粒的大小、形状、表面积）1.颗粒的形状：颗粒的轮廓边界或表面上各点的图像形状系数：表面形状系数；体积形状系数；比表面形状系数形状指数：球形度；粗糙度2 粒径与粒度：粒径是单个颗粒大小的度量，而粒度是描述颗粒群大小的总体概念。3 颗粒的表面积：表面积包括内表面积和外表面积两部分。外表面积是指颗粒轮廓所包络的表面积，它由颗粒的尺寸、外部形貌等因素所决定。内表面积是指颗粒内部孔隙、裂纹等的表面积。比表面积：单位体积（或单位质量）物体的表面积，称为该

15、物体的比表面积或比表面常用的比表面分析方法有：(1) BET 吸附法 (2) 气体透过法吸附法是在试样颗粒的表面上吸附截面积已知的吸附剂分子，根据吸附剂的单分子层吸附量计算出试样的比表面积，然后换算成颗粒的平均粒径。2. 4 磁性原子是组成宏观物质的基本单元，原子由原子核和电子组成，电子运动使原子具有磁性，因此，原子磁性是物质磁性的基础。2.2.4.1 磁化现象与物质磁化率所谓磁化现象是指物质在磁场中显示出磁性。物质的磁化程度可用磁化强度表示，磁化强度为单位体积物质的磁矩2.2.4.2 物质磁性的类型固体物质的磁性可分为五类：逆磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性简述铁磁质物质的磁化过程。

16、 【解】 在磁化磁场的作用下，铁磁质的磁化包括两个过程：畴壁的移动和磁畴的转动。畴壁移动时，与外磁场方向相近的磁畴的体积扩大，其他方向磁畴的体积缩小，以致消失。 这一过程，实质上，是畴壁附近的原子磁矩在外磁场的影响下逐渐转向，由体积缩小的磁畴方向转到体积扩大的磁畴方向的结果，壁移所需的外加磁场强度较小，所以在低磁场中，磁化以壁移为主，磁化曲线的OA 段为畴壁的可逆位移，即磁场强度减到零时，磁化强度可沿 OA 曲线回降到零。AB 段畴壁的位移是不连续的、跳跃式的、不可逆的。畴壁位移的不可逆性，是由于磁晶中的杂质和晶格缺陷阻碍畴壁的移动，这种阻力相当于一种摩擦力，当畴壁越过这些障碍后，退磁时，它又

17、妨碍畴壁回到原来的位置，因而产生磁滞现象。磁畴转动是磁畴逐渐转到与外磁场方向一致。畴转所需的外磁场强度较高，因此，在较高磁场中，磁化以畴转为主。当所有磁畴都转到外磁场方向时，磁化即达到饱和状态。磁化曲线的 BC 段是以畴转为主的磁化过程。 简述矿物磁性的分类，及其分选特点。 【解】 根据磁性，按比磁化率大小把所有矿物分成强磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物。 强磁性矿物：这类矿物的物质比磁化率 X3.810-5m3/kg（或 CGSM 制中 X310-3m3/g） ，在磁场强度 H0 达 120kA/m（1500 奥）的弱磁场磁选机中可以回收。属于这类矿物的主要有磁铁矿、磁赤铁矿（-赤铁矿） 、

18、钛磁铁矿、磁黄铁矿和锌铁尖晶石等。这类矿物大都属于亚铁磁性物质。 弱磁性矿物：这类矿物的物质比磁化率 X1 时边界层向紊流过渡，当 Rep 2.5 时，属极易选；2.5 E 1.75 时，易选； 1.75 E 1.5 时，可选，1.5 E 1.25 时，难选；E 耗散力，即：F s/Fd1（矢量和）实现分选的第二个条件是在被分选的物料的粒度范围（d maxdmin）内，应保证最细的有用物料（粒度为 dc,min）的分选速度应大于最粗的废弃尾料（粒度为 dg,max）的分选速度。分选条件三，应保证颗粒在分选区的停留时间 t2 大于颗粒与脉石的最小分离时间 t1。5. 分选粒度范围 （极粗 粗 中

19、 细 微 极微 六级分类）5.1.3 重选基本原理概述 重选基本原理：（1）颗粒及颗粒群在介质中的沉降理论；（2）颗粒群在垂直流中按密度分层的理论；（3）颗粒群在斜面流中的分选理论；（4）颗粒群在回转流中的分选理论；雷廷智（P.Rittinger, 1867）-床层按自由沉降未速分层。门罗（H.S.Munroe,1888 ）-床层颗粒按干涉沉降分层；里恰兹（R.H.Rchards, 1909）-吸啜作用分层。高登（A.M.Gaudin, 1939）-初加速度分层。倍尔得（1947）针对跳汰选煤 -重介质作用假说。迈耶尔 F.Mayer，1947 ）- 床层适当松散时的物料按密度分层是一个位能降

20、低的过程，应该是一种必然的趋势。5.1.4 颗粒在介质中的沉降运动与等降比 1.颗粒在介质中的浮沉与沉降若有两种密度分别为 1 和 2 的颗粒混合物，则可选取适当的重介质，其密度为，使 1 2 。此时密度为 1 的颗粒将上浮，密度为 2 的颗粒将下沉。这就是重介质浮沉分选的基本原理。2. 等降现象与等降比等降现象：密度、粒度和形状等不完全相同的颗粒以相同的沉降速度沉降的现象。等降颗粒：具有相同沉降速度的颗粒。等降比：具有相同沉降速度的等降颗粒，密度小的颗粒粒度与密度大的颗粒粒度之比，写成 eo 。（5-8） 3. 自由沉降等降比（粗粒级颗粒沉降速度受密度的影响比细粒级大）4. 干涉沉降等降比（

21、干涉沉降等沉比始终大于自由沉降等沉降比）5.1.5 物料在垂直交变介质流中按密度分层 1.分层过程重选中的跳汰分选主要是指在垂直交变介质中物料按其密度差异进行的分选作业。分选过程：将待分选的物料给入跳汰室筛板上，构成床层。水流上升时推动床层松散，密度大的颗粒滞后于密度小的颗粒，相对留在下面。接着水流下降，床层趋于紧密，重物料颗粒又首先进入底层。如此经过反复的松散紧密，最后达到物料按密度分层。将分层后物料分别排出，即得到精料和尾料。跳汰分层原理的两种基本观点：（1）从个别颗粒的运动差异（速度、加速度）中探讨分层原因，谓之动力学体系学说；（2）从床层整体的内在不平衡因素（位能差，悬浮体密度差等）中

22、寻找分层依据，可称之为静力学体系学说。它们虽然对松散分层的机理认识各不相同，但各有合理的成分。2.静力学体系学说及按密度分层的位能学说基本原理：由热力学第二定律可知，任何封闭体系都趋向于自由能的降低，即一种过程如果变化前后伴随着能量的降低，则该过程将自动地进行。两种物料只要密度存在差别，分层过程便能自动进行，而且两种物料密度差值越大，越易按密度得到分层。理论上来说，轻、重物料的体积各占 50%时，分层效果应是最好的。另外，重物料品位高的给料要比品位低的给料好选些。5.1.6 斜面流分选原理 斜面流分选：借助沿斜面流动的水流进行重力分选的方法。流膜分选： 以薄层水流处理细粒物料。等速流：如果斜槽

23、的断面、坡度、槽底粗糙度在沿程保持一致，则在一定流量下，流速也维持不变。水跃现象： 水流沿斜槽流动的途中，若遇有挡板或槽沟等障碍，则在障碍物的上方水面突然升高的现象。2. 粗粒群在厚层紊流斜面流中的松散分层分析结果：（1）粒度相同的颗粒，密度愈大沿斜面的运动速度 v 较小（而沉降时，密度越大的颗粒，沉降速度却越大） ；密度大的颗粒与密度小的颗粒沿槽底的速差是随两者粒度的增大而增大，说明粒度大的颗粒比粒度小的颗粒易于在斜槽中获得分选。（2）密度相同而粒度不同的颗粒，其移动速度的变化存在一极大值。密度不同的颗粒运动速度 v 出现最大值的位置不同，密度大的颗粒出现在较小的 d/H 值处；密度小的颗粒

24、出现在较大的 d/H 处。（3）在斜槽中，密度大的粗颗粒和密度小的细颗粒具有相等的沿槽移动速度而成为等速颗粒（与沉降时等降颗粒情况正好相反） ，因此垂直流中呈等降的颗粒可在斜面流中得到分选。3. 细粒群在薄层弱紊流斜面流中的松散分层弱紊流料浆流结构：（1）最上一层紊动度不高，固体浓度很低，称为表流层；（2）中间较厚的层内，小尺度旋涡发达，在紊动扩散作用下，悬浮着大量轻物料向前流动，可称为悬移层；（3）再下部流态发生了变化，若在清水中即属层流边层，在这里颗粒大体表现为沿层运动，故可称为流变层。 弱紊流中的悬移层借紊动脉动速度维持粒群悬浮弱紊流中的流变层，粒群主要借层间斥力松散，接着发生分层转移。

25、4.细颗粒在层流斜面流中的松散分层层间斥力学说：当悬浮液中固体颗粒受到连续剪切作用时，在垂直于剪切方向存在分散压（斥力）作用，使粒群具有向两侧膨胀的倾向。分散压力的大小随切向速度梯度的增大而增加，当剪切速度梯度足够大时，分散压力与颗粒在介质中的重力达到平衡，颗粒即呈悬浮状态。5.摇床斜面流分选原理摇床分选是在一个倾斜的床面上，借助床面的不对称往复运动和薄层斜面水流的综合作用，使细粒固体物料按密度差异在床面上呈扇形分布而进行分选的一种方法。摇床具有两个特征：一是沿床面的纵向设置了床条（或刻槽），二是床面作往复不对称运动床面的摇动和横向水流的脉动，使物料松散并析离分层。大密度颗粒具有较大的纵向移动

26、速度和较小的横向移动速度（重产物端）；小密度颗粒具有较小的纵向移动速度和较大的横向移动速度（轻产物端）。5.1.7 回转流分选原理 实践中使料浆作回转运动的方法可有三种：第一种是料浆在压力作用下沿切线方向给入圆形容器中，迫使其作回转运动，这样的回转流厚度常较大，如水力旋流器。第二种是借转筒的回转带动料浆作回转运动，料浆呈流膜状同时相对筒壁流动，如各种离心分选机。第三种是以中心搅拌叶轮带动介质回转，这种方法常在风力分级设备中应用。此外也有的回转流是料浆沿螺旋槽运动产生的，如螺旋分选机，此时离心力和重力约在同一数量级内。2. 颗粒在厚层回转流中的径向运动（主要用于分级） 3. 薄层回转流的流动特性

27、及颗粒的分选分选原理离心分选机的分选机理与重力场中弱紊流流膜的分选机理大致相同，只是在这里由于颗粒受到比重力大得多的离心力作用，使大密度颗粒沉积在鼓壁上难以移动，故比重力溜槽多了一个沉积层，须间断排出。在离心力作用下，颗粒的沉降速度增加要比料浆的轴向流速增加幅度更大，所以大密度颗粒可以经过很短的距离便进入底层被回收。而紊流脉动速度的增长则比颗粒的离心沉降速度增长幅度为小，这便使得离心机可有更低的回收粒度下限。4.螺旋回转斜面流分选原理 螺旋分选机或螺旋溜槽：由垂直轴线的螺旋形槽体构成的流膜重选设备。分选过程：螺旋分选机的螺旋圈数一般为 3 圈6 圈，料浆自上端给入后，在沿槽流动过程中发生分层。

28、进入底层的大密度颗粒趋向于向槽内缘运动，小密度颗粒在回转运动中被甩向外缘。分带后沿内缘运动的重物料通过载取器排出。(1)液流在螺旋槽内的流动特性其一是沿螺旋槽纵向的回转运动；其二是溜槽横断面上的循环运动, 又称为二次环流。二次环流的产生是由于离心力作用下，表面液流回转速度高，离心力作用较大，被甩向槽边缘，而底层液回转流速小，离心力作用小，受重力影响较大，倾向于内缘运动。(2）不同密度颗粒在螺旋槽内分选颗粒在螺旋槽内的松散分层过程与一般弱紊流斜面层中的作用一样，粒群在沿槽底运动过程中，大密度颗粒逐渐入底层，小密度颗粒进入上层，大约在第一圈之后即完成。分层后，便形成了以重物料为主的下部流动层，和以

29、轻物料为主的上部流动层。在同一径向位置上，下层颗粒密集度大，又与槽表面接触，受上面的压力最大，因此运动阻力也大。处于上部流层的颗粒则相反，所受运动阻力较小。这样便增大了上下流层间的速度差，小密度颗粒位于纵向流速高的上层液流内，因而具有较大的惯性离心力，同时横向环流又给予它们方向向外的流体动力作用，这二者的合力超过颗粒的重力分力和摩擦力，这样小密度颗粒便向槽的外缘移动。大密度颗粒处于纵向流速较低的下层液流内，因此具有较小的惯性离心力，而颗粒的重力分力和横向环流则给予它们方向向内的流体动力作用，后两项力将超过颗粒的惯性离心力和摩擦力，于是便推动大密度颗粒向槽的内侧移动并富集于内缘区域。其它中间比重

30、的连生体颗粒则占据着槽的中间带。1某铜矿，其原矿品位 、精矿品位 和尾矿品位 分别为 1.05 %、25.20 %、和 0.13 %。分别计算求其精矿产率 、分选回收率 、富集比和选别比。【解】 富集比=/ =25.02%1.05%=23.83选别比 K=1/=26.182在粉煤灰的分选试验中，分选试验槽容积为 1.5 L，单元试验样重 0.5 kg 。若粉煤灰密度为 2700 kg/m3 ，分选介质水的密度为 1000 kg/m3，求料浆质量分数 wB 与体积分数 B 。【解】料浆质量分数体积分数3黑钨矿及其伴生脉石矿物石英的密度分别为 7200 kg/m3 和 2650 kg/m3；煤及其

31、伴生脉石矿物煤矸石的密度分别为 1350 kg/m3 和 2000 kg/m3。分别计算评估其重选分离的难易程度。【解】重选分离的难易程度可由分离物料的密度差判定，E 称为重选可选性判断准则。1、2 和 分别为轻物料、重物料和介质的密度。黑钨矿及其伴生脉石矿物石英的重选分离难易程度：E2.5，可见黑钨矿与石英的重选分离容易。煤及其伴生脉石矿物煤矸石的重选分离难易程度：E2.5，煤及其伴生脉石矿物煤矸石的重选分离容易。4欲采用雾化硅铁（密度 6900 kg/m3）和水配制密度为 2850 kg/m3 的重悬浮液，求其分别加入比例。【解】加入硅铁质量百分比 由以下计算式计算，则水的添加量为 24%

32、，两者添加质量比例为硅铁： 19：6。5.等降比在重选中有何实践意义？【解】颗粒的沉降速度与颗粒粒度、密度及形状等因素有关。如果密度、粒度和形状等不完全相同的颗粒以相同的沉降速度沉降，则称这种现象为等降现象。具有相同沉降速度的颗粒称为等降颗粒。密度小的颗粒粒度与密度大的颗粒粒度之比称为等降比，写成 eo 。等降现象在重选实践中有重要意义。当对粒群进行水力分级时，每一粒级中的轻密度物料的粒度总要比重密度物料为大，如能知道其中一种物料的粒度，则另一种物料粒度即可由等降比求得。另一方面，若一组粒群中最大颗粒与最小颗粒的粒度不超过等降比，则又可借沉降速度差将其中轻、重物料分离开来。6.重力分选中分选介

33、质的种类、作用与主要运动形式有哪些？【解】对于重选而言，常用的介质有水、重介质和空气。在介质内，颗粒借重力、浮力、惯性力和阻力的推动而运动，不同密度、粒度和形状的颗粒产生了不同的运动速度或轨迹，从而达到了分离的目的。在这里介质既是传递能量的媒介，同时还担负着松散粒群和搬运输送产物的作用。介质在选别过程中处于运动状态，主要的运动形式有：等速的上升流动、垂直的非稳定流动，沿斜面的流动、回转运动等。5.2 磁场分选5.2.1 磁选过程磁场分选（简称磁选）是基于被分离物料中不同组分的磁性差异, 采用不同类型磁选机将物料中不同磁性组分分离的技术。（2）磁选分离过程：物料进入磁选机的非均匀磁场中，物料颗料

34、同时受到磁力和竞争力的作用，磁力占优势的颗粒，便成为磁性产品，竞争力占优势的颗粒成为非磁性产品（3）物料磁选分离的必要条件：Fm F c Fm* （5-42）式中 Fm , Fm* 作用在磁性较强与较弱颗粒上的磁力； F c 作用在颗粒上的竞争力（包括重力、离心力、流体阻力、摩擦力等） 。（4）颗粒在磁选机中的分离主要方式：一是吸住式，物料给入靠近磁极的区域，较强磁性颗粒受磁极的吸引而吸住在磁极上或紧靠磁极的圆筒上或聚磁介质上，而使之进入磁性产品中，而磁性较弱的颗粒在竟争力的作用下随料浆流或给料输送带进入非磁性产物。二是吸引式, 物料进入磁选机磁场中, 较强磁性颗粒受磁场吸引, 但又有竞争力作

35、用而不能沉积在磁极上, 只是朝向磁极运动；磁性较弱的颗粒受的竞争力大 , 背离磁极运动, 两种不磁性颗粒的运动背道而驰而得到分选。 5.2.2 磁力（磁选只能在非均匀磁场中实现）磁选要研究的主要问题： 矿粒在非均匀磁场中所受的比磁力大小决定于物料本身的磁性 X （内因） ，与磁场特性H 和 gradH（外因）当磁场一定时，物体比磁化率 X 愈大，矿粒在磁场中所受的比磁力 fm 愈大，因此强磁性物料比较容易分选。HgradH（或 BgradB）是反映磁选机磁场特性的主要指标，通常称之为磁场力。5.2.3 改变物质磁性的方法【解】改变物质磁性的方法可分为两类：容积磁性的改变和表面磁性的改变。容积磁

36、性的改变由以下几种方法：磁化焙烧（还原焙烧、中性焙烧、氧化焙烧、氧化还原焙烧和还原氧化焙烧五种） 、热磁法；表面磁性的改变由以下几种方法：碱浸磁化、疏水磁化、磁种磁化、磁化剂磁化。什么是还原度？【解】在还原焙烧过程中，还原焙烧程度以还原度(R) 表示： R=式中 FeO还原焙烧矿中 FeO 的含量, Fe还原焙烧矿中全铁的含量。赤铁矿的理想还原度为 R=42.8%，一般 R=38%52%被认为还原较好。2. 改变颗粒表面磁性的方法（1 ） 碱浸磁化 （2） 疏水磁化 疏水磁化法：很多逆磁性和顺磁性矿物，用表面活性物质处理后矿物表面疏水化，再经受磁场作用，矿物比磁化率增加。 疏水磁化法的实质是：

37、碱浸使矿物表面局部溶解，脂肪酸皂(表面活性物质) 与矿物表面残存的铁或矿浆中的含铁成分形成疏水性的脂肪酸铁表膜，覆盖在矿物表面上，该表膜在磁场作用下定向，故磁化率增高。 （3 ） 磁种磁化 磁种：选择性吸附到某种目的矿物表面上，并能提高其磁性的细粒分散、强磁性物质。 磁种磁化 ：就是在一定条件下调整料浆，并在料浆中加入磁种，使其选择性粘附于目的物料上并提高目的物料磁性的过程； （4 ） 磁化剂磁化（外加的磁性物质通过磁化剂分子选择性吸附在目的矿物上而使其磁性提高的过程） 磁化剂 ：它的一端能吸附强磁性的磁铁矿或含铁成分，另一端则选择性的和目的物料吸附，这样就使目的物料的磁性增加。5.2.4 分

38、选磁场的磁场特性磁选机的磁场类型大致可分为三种, 即开放磁系磁场, 闭合磁系磁场和磁( 分选)介质磁场。什么是磁场特性？开放磁系与闭合磁系的磁场特性有何区别？【解】磁场特性是指磁场的大小及在空间的分布规律。开放磁系的共同特点是，磁极极性交替同侧排列,磁系极距(两相邻磁极面中点之间的直线距离)较大，磁通经过的空气隙较大，因而磁场强度较低。显然，这类磁系只能用于回收强磁性成分。闭合磁系的特点是，异性磁极面对面排列, 极距小，即空气隙小，则磁阻小,因而极间磁场强度高。磁场深度和磁场力深度是指沿磁系半径线上，以极面为起点，磁场强度和磁场力能够达到的有效距离。双曲线共焦磁极对的特点：齿形极的渐近线与凹弧

39、极的渐近线聚焦于一点，即使在凹弧极面附近，磁场仍然是不均匀的，因而其磁场特性比尖齿平面磁极对优越。这种磁极对广泛用于强磁场辊式磁选机 磁介质的形状主要有齿板、钢珠、钢板网和钢毛。12什么是磁场梯度匹配？【解】梯度匹配是指铁磁性钢毛半径 a 与给料颗粒半径 b 应有一合适的比值，在此合适比值下，介质丝作用在邻近磁性颗粒上的磁力最大，这种合适的比例关系称为梯度匹配，合适的比值 ab 可由磁性颗粒在高梯度场中所受的磁力确定。在梯度匹配时, 磁力与颗粒半径的二次方成正比。由于有效磁力限于颗粒直径范围内, 故钢毛的每个捕收点只能捕收一个匹配颗粒。因此钢毛捕获的磁性颗粒的体积大致与钢毛的体积相同。5.3

40、电场分选5.3.1 电选过程 电场分选(简称电选) 就是基于被分离物料在电性质上的差别, 利用电选机使物料颗粒带电，在电选机电场中颗粒受电场力和机械力(重力、离心力等) 的作用, 不同电性质的颗粒运动轨迹发生分离而得以使物料分选的一种物理分选方法。电选过程（基本原理）（高压电晕鼓筒式电选机）：电极由接地圆筒和高压电晕极构成。电晕极为尖形极或细丝极，当电压提高到一定值后会产生电晕放电使颗粒带电。导体颗粒 C 与圆筒接触，迅速传走电荷，在滚筒离心力作用下，被抛落到导体产品接料斗中；非导体颗粒 NC 也接触滚筒, 但只传走部分电荷，继续吸于筒面，运转至后方被抛落或用毛刷刷人非导体产品接料斗中；中间导

41、电性颗粒 MC 落人中间产品斗中。负极为尖形极（电晕极）+圆柱电极（静电极） ，静电极可扩大导体颗粒的偏移轨迹，提高分选效果。这样的电选机又称为复合电场电选机。 5.3.2 电选机电场（有静电场, 电晕电场和复合电场） 静电场是指带电体相对于介质和观察者其电荷不动, 电荷量也不变化, 相应的不随时间的变化而变化的电场叫静电场。 临界电场强度（电介质改变电性的这一电场强度）：当电介质处在电场强度超过一定值时，电介质本身的全部或一部分就会丧失其绝缘性能，使之成为导体。临界电压：当外加电压使厚度为 1cm 绝缘体达到临界电场强度时的电压值 UKP比导电度是指某种物料的临界电压与石墨的临界电压之比。电

42、晕电场： （1） 表面发射势垒 （2 ） 场致电子发射 （3） 电晕放电电晕电场与静电场不同之处就是有电子流。影响电晕电场的因素: (1)电压的大小(2) 电晕极的安装角度 3)电晕电极的根数复合电场是静电场与电晕电场的叠加电场，扩大了导体颗粒与非导体颗粒所受电场力的差别, 即导体颗粒受到背离鼓筒的电场力和非导体颗粒吸筒面的电场力都较前两种电场单独使用时大,因而提高了分选效果。5.3.3 带电方法和颗粒荷电量1. 传导带电 2. 感应带电 3. 电晕带电 4. 复合电场中带电电泳：颗粒与电极接触后，导体颗粒 C 由于其电位低于带电电极的电位，因而能通过传导迅速获得与接触电极同号的电荷，继之，受

43、接触电极排斥和上方的异号电极吸引，脱离接触电极的向上运动。（吸附效应有利于提高分选效果。但只靠极化作用产生的吸附效应较弱，这正是静电选矿机效率不高的原因）感应带电和传导带电共同点：都是导体中的自由电子向高电位方向的移动。区别：在传导带电中，导体颗粒与带电电极接触而获得同号电荷，而在感应带电中，导体颗粒不与电极接触，而在静电场空间获得电荷。 电晕带电过程：颗粒进入电晕电场后，无论导体颗粒或非导体颗粒都能通过电晕放电获电荷。但导体颗粒由于其介电常数比非导体颗粒大，因而能够获得比非导体颗粒更多的电荷。不过导体颗粒由于其导电性好，能将其获得的电荷在极短时间内经接地极传走。离开电晕电场后，甚至带上与接地

44、极同符号的电荷，受接地极排斥。非导体颗粒由于其导电性很差或不导电，因而只能传走一部分电荷或不传走电荷，离开电晕场后，保留大量剩余电荷。剩余电荷使非导体颗粒吸附于接触电极表面，这种吸附效应较强，有利于提高分选的效果。复合电场（在复合电场中，导体颗粒可产生较强的提升效应，而非导体颗粒可产生较强的吸附效应, 因而能获得最佳的分选效果）5. 颗粒在电晕场中的荷电量(1) 瞬时 t 内的荷电量 (2) 最大荷电量 (3) 剩余荷电量5.3.4 电选过程中颗粒的受力与分离颗粒受力：重力 Fg ；离心力 FL ；库仑力 FK ；不均匀电场力 FN ；镜象力 Fl镜象电荷：荷电颗粒的剩余电荷与该电荷在接地电极

45、表面处的镜象位置感应产生符号相反的电荷。 镜象力： 鼓筒剩余电荷与镜象电荷符号相反,故相互吸引,此引力叫镜象力。5.4 复合物理场分选原理概述分选过程是实现不同种类物料按种类分离的过程，而分级过程则是实现不同粒度颗粒按粒度分离的过程。实现作用力方向偏转或反向途径有三： 采用复合力场调节分选介质调节颗粒的表面性质。为什么复合物理场能强化分选效果？【解】复合电场为静电场与电晕电场的叠加电场,结合了这两种电场的优点, 既有电晕放电又有静电场, 扩大了导体颗粒与非导体颗粒所受电场力的差别, 即导体颗粒受到背离鼓筒的电场力和非导体颗粒吸筒面的电场力都较前两种电场单独使用时大,因而提高了分选效果。第六章

46、表面物理化学分选6.1 概述 表面物理化学分选: 利用物料颗粒间的表面物理化学性质差异来进行分选。浮选是利用矿物表面物理化学性质差异， （特别是表面润湿性）在固-液-气三相界面，有选择性富集一种或几种目的矿物，从而达到与脉石矿物分离的一种选别技术.。6.2 颗粒表面润湿性与浮选6.2.1 润湿过程从宏观来说，润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。从微观角度来看，润湿固体的流体，在置换原来在固体表面上的流体后，本身与固体表面是在分子水平上的接触，它们之间无被置换相的分子。润湿现象分成沾湿（a） 、铺展（b）和浸湿（c） 三种类型。6.2.2 固体颗粒表面润湿性的度量固体颗粒表面润湿性的度

47、量有哪些参数？与颗粒浮选行为有何联系？【解】 固体颗粒表面润湿性的度量有接触角、润湿功与润湿性、粘着功与可浮性。接触角可以标志固体表面的润湿性。如果固体表面形成的 角很小，则称其为亲水性表面；反之，当 角较大，则称其疏水性表面。 角越大说明固体表面疏水性越强； 角越小，则固体表面亲水性越强。润湿功 亦可定义为：将固-液接触自交界处拉开所需做的最小功。显然，W SL 越大，即 cos 越大，则固- 液界面结合越牢，固体表面亲水性越强。粘着功 W SG：矿粒向气泡附着，系统消失一个固-水界面和水-气界面，新生成了一个固-气界面体系对外所做的最大功。W SG 表征着矿粒与气泡粘着的牢固程度。显然，W

48、 SG 越大，即（1-cos）越大，则固-气界面结合越牢，固体表面疏水性越强。当矿物完全亲水时，=0，润湿性 cos=1，可浮性（ 1-cos）= 0。此时矿粒不会附着气泡上浮。当矿物疏水性增加时，接触角 增大，润湿性 cos 减小，可浮性（1-cos）增大。6. 2. 3 矿物表面水化作用与润湿性1. 水化作用（1）矿粒排开周围的水分子占据一定的几何空间过程的实现，势必要：断开周围水分子与水分子间的缔合；将这些水分子推移一定距离（2）矿粒表面与水分子作用获得的补偿能 E。矿粒表面的带电或不带电质点与水分子有四种作用方式（配位键合作用静电作用及氢键作用分子键合作用最弱）： 矿粒表面的晶格阳离子与水分子通过配位键发生水合反应。 矿粒表面的晶格离子与水分子通过静电作用发生水合。 矿粒表面的带电或不带电晶格质点与水分子发生氢键缔合作用 矿粒表面的各种分子键性质的不饱和键与水分子有分子吸引作用2. 水化膜：当水分子与矿物表面质点的水化作用能（ E）大于水分子间的