《資源加工學》答案

1、第1章 資源加工學概述 習 題 解 答 1簡述從選礦學、礦物加工學到資源加工學三者之間的發(fā)展關系。 【解】資源加工學是由傳統(tǒng)的選礦學、礦物加工學發(fā)展演變形成的新的學科體系。 研究手段 選礦學是用物理、化學的方法，對天然礦物資源（通常包括金屬礦物、非金屬礦物、煤炭等）進行選別、分離、富集其中的有用礦物的科學技術，其目的是為冶金、化工等行業(yè)提供合格原料。 礦物加工學是在選礦學的基礎上發(fā)展起來的，是用物理、化學的方法，對天然礦物資源進行加工（包括分離、富集、提純、提取、深加工等），以獲取有用物質(zhì)的科學技術。其目的已不單純是為其它行業(yè)提供合格原料，也可直接得到金屬、礦物材料等。 資源加工學是根據(jù)物理、

2、化學原理，通過分離、富集、純化、提取、改性等技術對礦物資源、非傳統(tǒng)礦物資源、二次資源及非礦物資源進行加工，獲得其中有用物質(zhì)的科學技術 研究對象 傳統(tǒng)選礦學、礦物加工學的研究對象均以天然礦物資源為主。 資源加工學的研究對象涉及以下幾方面： （1）礦物資源。包括金屬礦物、非金屬礦物、煤炭等； （2）非傳統(tǒng)礦物資源。包括： 工業(yè)固體廢棄物：冶煉化工、廢渣、尾礦、廢石。 海洋礦產(chǎn)：錳結(jié)核、鈷結(jié)殼、海水中金屬、海底熱液硫化礦床。鹽湖與湖泊中的金屬鹽、重金屬污泥。 （3）二次資源。包括： 廢舊電器：電視機、冰箱、音響等。 廢舊金屬制品：電纜、電線、易拉罐、電池等。 廢舊汽車。 （4）非礦物資源。城市垃圾、

3、廢紙、廢塑料、油污水、油污土壤等。 2資源加工學學科包括那些領域？它的學科基礎及與相鄰學科的關系如何？ 【解】學科領域 資源加工學包括四大學科領域： 礦物加工（Mineral Processing）；礦物材料加工（Mineral Material Processing）；二次資源加工（Secondary Material Processing）；金屬提取加工（Metal Metallurgical Processing）?？珊喎Q為4-MP。礦物加工是根據(jù)物理、化學原理對天然礦物資源進行加工，以分離、富集有用礦物；礦物材料加工是根據(jù)物理、化學原理，對天然及非傳統(tǒng)礦物資源進行分離、純化、改性、復合

4、等加工，制備功能礦物材料； 二次資源加工是根據(jù)物理、化學原理，對二次資源進行加工，分離回收各種有用物質(zhì)； 金屬提取加工是根據(jù)物理、化學原理，對各種資源進行化學溶出、生物提取、離子交換、溶劑萃取等加工，以獲取有價金屬。 學科基礎 資源加工過程中物料的碎解、分離、富集、純化、提取、超細、改性、復合等過程，涉及礦物學、物理學、化學與化學工程、冶金工程、材料科學與工程、生物工程、力學、采礦工程及計算機技術等多學科領域，體現(xiàn)不同的學科基礎，形成不同的研究方向。 工藝礦物學。與礦物學、巖石學的交叉，研究資源物料組成的分析、鑒別、表征，物料的基本物理、化學特性，為“加工”提供基本信息； 粉碎工程。以巖石力學

5、、斷裂力學、晶體化學為基礎，對所處理資源進行選擇性碎解，解離或進行超細加工； 重力場、流體力場中的分離。以流體力學、流體動力學為基礎，根據(jù)所處理的物料的密度、粒度及形狀差異，分離、富集不同物料。如黑鎢礦與石英的分離，聚氯乙烯和聚乙烯的分離，城市垃圾中重物料與輕質(zhì)物料的分離，銅線與橡膠的分離等。 電磁場中的分離。以電磁學、靜電學為基礎的磁力分選和靜電分選，根據(jù)所處理物料的磁性質(zhì)或?qū)щ娦缘牟町?，分離不同物料。如磁性礦物與非磁性礦物的分離，導電礦物與非導電礦物的分離，磁性炭粉與廢紙的分離，紅血球與白血球的分離，帶電塑料與不帶電塑料的分離，銅線與鋁線的分離等。 浮選。是資源加工中最重要的技術，可加工處

6、理各種礦物資源、二次資源及非礦物資源，涉及無機化學、有機化學、表面化學、電化學、物理化學等幾乎整個化學學科領域，形成了浮選電化學、浮選溶液化學、浮選劑分子設計、浮選表面化學等交叉研究領域。如硫化礦及非硫化礦的浮選、廢紙及廢塑料的浮選、廢水中的離子浮選、油污水及油污土壤處理等。 生物提取。涉及生物工程、冶金反應工程、礦物工程及采礦工程等多個交叉學科，主要處理各種低品位礦物資源、難選難冶礦物資源、海洋礦物資源及非傳統(tǒng)礦物資源，直接從這些資源中提取有價金屬。如銅、金礦的生物堆浸、地下溶浸，重金屬污泥、海洋錳結(jié)核的處理等。 化學分離。包括溶劑萃取、離子交換、膜分離、化學浸出等，涉及化學與化學工程、冶金

7、反應工程等。處理復雜礦物資源、海洋礦物資源、工業(yè)廢水等。 化學合成。涉及化學與化學工程、材料科學與工程領域，包括礦物材料的化學合成、礦物復合材料，礦物聚合物復合材料等。 表面改性。通過表面化學反應、選擇性溶解、溶蝕、刻蝕、涂層等對礦物表面進行化學處理、制備功能礦物材料，涉及化學工程與材料科學與工程領域。 聚集與分散。細顆粒的聚集與分散，礦物膠體體系的穩(wěn)定與分散，溶劑萃取，球團、型煤、水煤漿制備等。涉及表面化學、顆粒學等領域。 資源加工過程計算機技術。涉及計算機科學與技術、自動控制等領域。研究資源加工過程的數(shù)學模型、仿真、優(yōu)化與自動控制。 3資源加工學的研究對象及研究方向有那些？ 【解】資源加工

8、學的研究對象涉及以下幾方面： （1）礦物資源。包括金屬礦物、非金屬礦物、煤炭等； （2）非傳統(tǒng)礦物資源。包括： 工業(yè)固體廢棄物：冶煉化工、廢渣、尾礦、廢石。 海洋礦產(chǎn)：錳結(jié)核、鈷結(jié)殼、海水中金屬、海底熱液硫化礦床。 鹽湖與湖泊中的金屬鹽、重金屬污泥。 （3）二次資源。包括： 廢舊電器：電視機、冰箱、音響等。 廢舊金屬制品：電纜、電線、易拉罐、電池等。 廢舊汽車。 （4）非礦物資源。城市垃圾、廢紙、廢塑料、油污水、油污土壤等。研究方向 工藝礦物學。與礦物學、巖石學的交叉，研究資源物料組成的分析、鑒別、表征，物料的基本物理、化學特性，為“加工”提供基本信息； 粉碎工程。以巖石力學、斷裂力學、晶體化

9、學為基礎，對所處理資源進行選擇性碎解，解離或進行超細加工； 重力場、流體力場中的分離。以流體力學、流體動力學為基礎，根據(jù)所處理的物料的密度、粒度及形狀差異，分離、富集不同物料。如黑鎢礦與石英的分離，聚氯乙烯和聚乙烯的分離，城市垃圾中重物料與輕質(zhì)物料的分離，銅線與橡膠的分離等。 電磁場中的分離。以電磁學、靜電學為基礎的磁力分選和靜電分選，根據(jù)所處理物料的磁性質(zhì)或?qū)щ娦缘牟町?，分離不同物料。如磁性礦物與非磁性礦物的分離，導電礦物與非導電礦物的分離，磁性炭粉與廢紙的分離，紅血球與白血球的分離，帶電塑料與不帶電塑料的分離，銅線與鋁線的分離等。 浮選。是資源加工中最重要的技術，可加工處理各種礦物資源、二

10、次資源及非礦物資源，涉及無機化學、有機化學、表面化學、電化學、物理化學等幾乎整個化學學科領域，形成了浮選電化學、浮選溶液化學、浮選劑分子設計、浮選表面化學等交叉研究領域。如硫化礦及非硫化礦的浮選、廢紙及廢塑料的浮選、廢水中的離子浮選、油污水及油污土壤處理等。 生物提取。涉及生物工程、冶金反應工程、礦物工程及采礦工程等多個交叉學科，主要處理各種低品位礦物資源、難選難冶礦物資源、海洋礦物資源及非傳統(tǒng)礦物資源，直接從這些資源中提取有價金屬。如銅、金礦的生物堆浸、地下溶浸，重金屬污泥、海洋錳結(jié)核的處理等。 化學分離。包括溶劑萃取、離子交換、膜分離、化學浸出等，涉及化學與化學工程、冶金反應工程等。處理復

11、雜礦物資源、海洋礦物資源、工業(yè)廢水等。 化學合成。涉及化學與化學工程、材料科學與工程領域，包括礦物材料的化學合成、礦物復合材料，礦物聚合物復合材料等。 表面改性。通過表面化學反應、選擇性溶解、溶蝕、刻蝕、涂層等對礦物表面進行化學處理、制備功能礦物材料，涉及化學工程與材料科學與工程領域。 聚集與分散。細顆粒的聚集與分散，礦物膠體體系的穩(wěn)定與分散，溶劑萃取，球團、型煤、水煤漿制備等。涉及表面化學、顆粒學等領域。 資源加工過程計算機技術。涉及計算機科學與技術、自動控制等領域。研究資源加工過程的數(shù)學模型、仿真、優(yōu)化與自動控制。 4資源加工學在國民經(jīng)濟建設中的地位和作用如何？ 【解】礦物資源是人類社會發(fā)

12、展和國民經(jīng)濟建設的重要物質(zhì)基礎，礦業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，是人類社會發(fā)展的前提和動力。從石器時代到青銅器、鐵器時代，到煤、石油、天燃氣、原子能的利用，人類社會生產(chǎn)的每一次巨大進步，都伴隨著礦物資源利用水平的飛躍發(fā)展，礦物資源是冶金、化工、航天、建材、電力、輕工、核工業(yè)等行業(yè)的主要原料來源。雖然礦業(yè)在國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）中所占比重很小，但它作為基礎產(chǎn)業(yè)支撐著其它行業(yè)生產(chǎn)對原料的需求。在世界上，90%以上的能源、80%以上的工業(yè)原料和70%以上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料來自礦產(chǎn)資源。 隨著天然礦物資源地不斷被開發(fā)利用，天然礦物資源量逐步減少，而人口增長、社會發(fā)展，對資源的需求又不斷增大，因此，必須尋找開發(fā)利

13、用新的資源。非傳統(tǒng)礦物資源、二次資源、非礦物資源必將成為未來人類社會發(fā)展的重要資源，對這些資源的加工利用，不僅可以滿足人類社會發(fā)展對資源的需求量的增加，還可減少環(huán)境污染，促使國民經(jīng)濟持續(xù)、快速、健康發(fā)展。第2章 物料的基本物理化學特性 習 題 解 答 1什么是礦石、礦物、巖石？三者關系如何？ 【解】礦物（Mineral）是指：由地質(zhì)作用所形成的結(jié)晶態(tài)的天然化合物或單質(zhì)，他們具有均勻且相對固定的化學成分和確定的晶體結(jié)構(gòu)；它們在一定的物理化學條件范圍內(nèi)穩(wěn)定，是組成巖石和礦石的基本單元。 巖石（Rock）是天然產(chǎn)出的由一種或多種礦物（包括火山玻璃、生物遺骸、膠體）組成的固體集合體。 礦石（Ore）指

14、天然產(chǎn)出的由一種或多種能被利用的礦物組成的固體集合體。一般由礦石礦物和脈石礦物兩部分組成。 2二次資源包含哪些物料？ 【解】二次資源是指人類社會活動（生產(chǎn)和生活）產(chǎn)生的含有有價成份并有回收再利用的經(jīng)濟或環(huán)保價值的廢棄物料，或稱可再生資源。主要包括廢舊電器（如電視機、電冰箱、音響等）；廢舊金屬制品（如電纜、電線、易拉罐和電池等）；廢舊機器、廢舊汽車；工廠“三廢”（廢渣、廢液、廢氣）；生活廢物（如垃圾、廢紙）等。 3工藝礦物學研究的內(nèi)容是什么？ 【解】（1）物料的物相組成； （2）物料中元素賦存狀態(tài)； （3）物料中物相嵌布特征； （4）工藝產(chǎn)品的研究。 4物料的幾何特性包括那三項？ 【解】顆粒的幾

15、何特征主要包括顆粒的大小、形狀、表面積等。 5物質(zhì)的磁性可以分為那幾類，其磁性強弱如何？ 【解】固體物質(zhì)的磁性可分為五類：逆磁性、順磁性、反鐵磁性、鐵磁性和亞鐵磁性。 6簡述鐵磁質(zhì)物質(zhì)的磁化過程。 【解】在磁化磁場的作用下，鐵磁質(zhì)的磁化包括兩個過程：疇壁的移動和磁疇的轉(zhuǎn)動。疇壁移動時，與外磁場方向相近的磁疇的體積擴大，其他方向磁疇的體積縮小，以致消失 這一過程，實質(zhì)上，是疇壁附近的原子磁矩在外磁場的影響下逐漸轉(zhuǎn)向，由體積縮小的磁疇方向轉(zhuǎn)到體積擴大的磁疇方向的結(jié)果，壁移所需的外加磁場強度較小，所以在低磁場中，磁化以壁移為主，磁化曲線的OA段為疇壁的可逆位移，即磁場強度減到零時，磁化強度可沿OA曲

16、線回降到零。AB段疇壁的位移是不連續(xù)的、跳躍式的、不可逆的。疇壁位移的不可逆性，是由于磁晶中的雜質(zhì)和晶格缺陷阻礙疇壁的移動，這種阻力相當于一種摩擦力，當疇壁越過這些障礙后，退磁時，它又妨礙疇壁回到原來的位置，因而產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象。磁疇轉(zhuǎn)動是磁疇逐漸轉(zhuǎn)到與外磁場方向一致。疇轉(zhuǎn)所需的外磁場強度較高，因此，在較高磁場中，磁化以疇轉(zhuǎn)為主。當所有磁疇都轉(zhuǎn)到外磁場方向時，磁化即達到飽和狀態(tài)。磁化曲線的BC段是以疇轉(zhuǎn)為主的磁化過程。 7簡述礦物磁性的分類，及其分選特點。 【解】根據(jù)磁性，按比磁化率大小把所有礦物分成強磁性礦物、弱磁性礦物和非磁性礦物。 強磁性礦物：這類礦物的物質(zhì)比磁化率X>3.8×

17、;10-5m3/kg（或CGSM制中X>3×10-3m3/g），在磁場強度H0達120kA/m（1500奧）的弱磁場磁選機中可以回收。屬于這類礦物的主要有磁鐵礦、磁赤鐵礦（-赤鐵礦）、鈦磁鐵礦、磁黃鐵礦和鋅鐵尖晶石等。這類礦物大都屬于亞鐵磁性物質(zhì)。 弱磁性礦物：這類礦物的物質(zhì)比磁化率X<7.5×10-6 m3/kg 1.26×10-7m3/kg（或CGSM制中X=6×10-4 cm3/g10×10-6cm3/g），在磁場強度H0800 kA/m 1600kA/m（10000奧20000奧）的強磁場磁選機中可以回收。屬于這類礦物的最多

18、，如大多數(shù)鐵錳礦物赤鐵礦、鏡鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、水錳礦、硬錳礦、軟錳礦等；一些含鈦、鉻、鎢礦物鈦鐵礦、金紅石、鉻鐵礦、黑鎢礦等；部分造巖礦物黑云母、角閃石、綠泥石、綠簾石、蛇紋石、橄欖石、柘榴石、電氣石、輝石等。這類礦物大都屬于順磁性物質(zhì)，也有屬于反鐵磁性物質(zhì)。 非磁性礦物：這類礦物的物質(zhì)比磁化率X=1.26×10-7m3/kg（或CGSM制中X<10×10-6cm3/g），在目前的技術條件下，不能用磁選法回收。屬于這類礦物的很多，如部分金屬礦物方鉛礦、閃鋅礦、輝銅礦、輝銻礦、紅砷鎳礦、白鎢礦、錫石、金等；大部分非金屬礦物自然硫、石墨、金剛石、石膏、螢石、剛玉、高嶺

19、土、煤等；大部分造巖礦物石英、長石、方解石等。這類礦物有些屬于順磁性物質(zhì)，也有些屬于逆磁性物質(zhì)（方鉛礦、金、輝銻礦和自然硫等）。 8.物質(zhì)磁化率和物體磁化率兩者之間的關系如何？ 物質(zhì)體積磁化率為物質(zhì)磁化時單位體積和單位磁場強度具有的磁矩 退磁因子不為零的磁化試樣的磁化率叫做物體磁化率 物體體積磁化率小于物質(zhì)體積磁化率，即 ， 物體比磁化率小于物質(zhì)比磁化率，即 。 9礦物的電性質(zhì)有那些？ 【解】礦物的電性質(zhì)是指礦物的電阻、介電常數(shù)、比導電度以及電整流性等，它們是判斷能否采用電選的依據(jù)。 電導率是長1cm, 截面積為1cm2的直柱形物體沿軸線方向的導電能力 礦物的電阻是指礦物的粒度d=1mm時所測

20、定出的歐姆數(shù)值石墨是良導體，所需電壓最低，僅為2800V，以它作為標準，將各種礦物所需最低電壓與它相比較，此比值即定義為比導電度 礦物表現(xiàn)出的這種與高壓電極極性相關的電性質(zhì)稱作整流性。 10簡述礦物的價鍵類型及解理面規(guī)律。 【解】礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)按鍵能可分為四大類： （1）離子鍵或離子晶格。 （2）共價鍵或共價晶格。 （3）分子鍵或分子晶格。 （4）金屬鍵或金屬晶格。 破碎時，礦物沿脆弱面裂縫、解理面、晶格間含雜質(zhì)區(qū)等處裂開，也會沿應力集中地區(qū)斷裂。單純離子晶格斷裂時，常沿著離子界面斷裂。 其解理面的規(guī)律是 （1）不會使基團斷裂，如不會使方解石中的 拆開； （2）往往沿陰離子交界面斷裂，只有當沒有

21、陰離子交界層時，才可能沿陽離子交界層斷裂； （3）當晶格中有不同的陰離子交界層或者各層間的距離不同時，常沿較脆弱的交界層或距離較大的層面間斷裂。共價晶格的可能斷裂面，常是相鄰原子距離較遠的層面，或鍵能弱的層面。 11簡述非極性礦物與極性礦物的礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)與價鍵特性 【解】一般來說，礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)與表面鍵性有如下關系： （1）由分子鍵構(gòu)成分子鍵晶體的礦物，沿較弱的分子鍵層面斷裂，其表面是弱的分子鍵。這類表面對水分子引力弱。接觸角都在60° 90°之間，劃分為非極性礦物（如石墨、輝鉬礦、煤、滑石等）。 (2) 凡內(nèi)部結(jié)構(gòu)屬于共價鍵晶格和離子晶格的礦物，其破碎斷面往往呈現(xiàn)原子鍵或離

22、子鍵，這類表面有較強的偶極作用或靜電力。因而親水，天然可浮性小。具有強共價鍵或離子鍵合的表面的礦物稱為極性礦物。 12礦物表面自由能的數(shù)值取決于晶體斷裂面的幾何形狀及表面原子所處的位置在礦物顆粒表面不同的位置：晶面上，棱面上和尖角上的表面張力的關系如何？ 【解】表面自由能的數(shù)值取決于晶體斷裂面的幾何形狀及表面原子所處的位置。棱邊及尖角處的原子的配位數(shù)K小于表面平臺處的原子配位數(shù)，故擁有較大的表面自由能，表現(xiàn)出較強的活性。例如，立方晶格表面上不同位置處的離子結(jié)合能9分別為： 晶面上 0.0662e2/a 棱邊上 0.0903e2/a 尖角上 0.249e2/a 可以預料，不平整的破裂面上，棱邊及

23、尖角較多，比平整的破裂面具有更大的活性；再者，晶體破碎得愈細小，它的棱邊能、尖角能在表面能中所占的比例亦逐步增大。 13硫化礦物表面氧化的幾種形式及規(guī)律是什么？ 【解】硫化礦物的表面氧化反應有如下幾種形式（式2-55 2-58），氧化產(chǎn)物有兩類，一是硫氧化合物，如 、 、 和 等，二是金屬離子的羥基化合物，如 、 。 （1） （2） （3） （4） 研究表明，氧與硫化物相互作用過程分階段進行。第一階段，氧的適量物理吸附，硫化物表面保持疏水；第二階段氧在吸收硫化物晶格的電子之間發(fā)生離子化；第三階段離子化的氧化學吸附并進而使硫化物發(fā)生氧化生成各種硫氧化基。 14礦物表面電荷是由哪幾種因素引起的？

24、【解】礦物表面電荷的起源，歸納起來，主要有以下四種類型： （1）優(yōu)先解離（或溶解） 離子型礦物在水中由于表面正、負離子的表面結(jié)合能及受水偶極的作用力（水化）不同而產(chǎn)生非等當量向水中轉(zhuǎn)移的結(jié)果，使礦物表面荷電。表面離子的水化自由能 可由離子的表面結(jié)合能 和氣態(tài)離子的水化自由能 計算。 即對于陽離子M+， （1） 對于陰離子X，則 （2） 根據(jù) 何者負值較大，相應離子的水化程度就較高，該離子將優(yōu)先進入水溶液。于是表面就會殘留另一種離子，從而使表面獲得電荷。 對于表面上陽離子和陰離子呈相等分布的1-1價離子型礦物來說，如果陰、陽離子的表面結(jié)合能相等，則其表面電荷符號可由氣態(tài)離子的水化自由能相對大小決

25、定5。 例如碘銀礦（AgI），氣態(tài)銀離子Ag+的水化自由能為-441kJ/mol，氣態(tài)碘離子I的水化自由能為-279kJ/mol，因此Ag+優(yōu)先轉(zhuǎn)入水中，故碘銀礦在水中表面荷負電。 相反，鉀鹽礦（KCl）氣態(tài)鉀離子K+的水化自由能為-298kJ/mol，氯離子Cl的水化自由能為-347kJ/mol，Cl優(yōu)先轉(zhuǎn)入水中，故鉀鹽礦在水中表面荷正電。 對于組成和結(jié)構(gòu)復雜的離子型礦物，則表面電荷將決定于表面離子水化作用的全部能量，即（1）式和（2）式。 例如螢石（CaF2）。已知： ， ； ； 。由（2-59）和（2-60）式得 即表面氟離子F的水化自由能比表面鈣離子Ca2+的水化自由能（正值）小。故氟

26、離子F優(yōu)先水化并轉(zhuǎn)入溶液，使螢石表面荷正電。轉(zhuǎn)入溶液中的氟離子F受表面正電荷的吸引，集中于靠近礦物表面的溶液中，形成配衡離子層 礦物表面 礦物表面 配衡離子層 其他的例子有，重晶石（BaSO4）、鉛礬（PbSO4）的負離子優(yōu)先轉(zhuǎn)入水中，表面陽離子過剩而荷正電；白鎢礦（CaWO4）、方鉛礦（PbS）的正離子優(yōu)先轉(zhuǎn)入水中，表面負離子過剩而荷負電。 （2）優(yōu)先吸附 這是礦物表面對電解質(zhì)陰、陽離子不等當量吸附而獲得電荷的情況。離子型礦物在水溶液中對組成礦物的晶格陰、陽離子吸附能力是不同的，結(jié)果引起表面荷電不同，因此礦物表面電性與溶液組成有關。 例如前述白鎢礦在自然飽和溶液中，表面鎢酸根離子 較多而荷負

27、電。如向溶液中添加鈣離子Ca2+，因表面優(yōu)先吸附鈣離子Ca2+而荷正電。又如，在用碳酸鈉與氯化鈣合成碳酸鈣時，如果氯化鈣過量，則碳酸鈣表面荷正電（+3.2mV）。 （3）吸附和電離 對于難溶的氧化物礦物和硅酸鹽礦物，表面因吸附H+或OH而形成酸類化合物，然后部分電離而使表面荷電，或形成羥基化表面，吸附或解離H+而荷電。以石英（SiO2）在水中為例，其過程可示意如下： 石英破裂： H+和OH吸附： 電離： 其他難溶氧化物，例如錫石（SnO2）也有類似情況。 因此，石英和錫石在水中表面荷負電。 H+和OH吸附： 電離： 其他難溶氧化物，例如錫石（SnO2）也有類似情況。 因此，石英和錫石在水中表面

28、荷負電。 （4）晶格取代 粘土、云母等硅酸鹽礦物是由鋁氧八面體和硅氧四面體的層狀晶格構(gòu)成。在鋁氧八面體層片中，當Al3+被低價的Mg2+或Ca2+取代，或在硅氧四面體層片中，Si4+被Al3+置換，結(jié)果會使晶格帶負電。為維持電中性，礦物表面就吸附某些正離子（例如堿金屬離子Na+或K+）。當?shù)V物置于水中時，這些堿金屬陽離子因水化而從表面進入溶液，故這些礦物表面荷負電。 15離子型礦物表面陰陽離子的溶解規(guī)律是什么？ 【解】離子型礦物在水中由于表面正、負離子的表面結(jié)合能及受水偶極的作用力（水化）不同而產(chǎn)生非等當量向水中轉(zhuǎn)移的結(jié)果，使礦物表面荷電。 表面離子的水化自由能 可由離子的表面結(jié)合能 和氣態(tài)離

29、子的水化自由能 計算。 即對于陽離子M+， （1） 對于陰離子X，則 （2） 根據(jù) 何者負值較大，相應離子的水化程度就較高，該離子將優(yōu)先進入水溶液。于是表面就會殘留另一種離子，從而使表面獲得電荷。 16簡述石英在水中的荷電過程及其機理。 【解】對于難溶的氧化物礦物和硅酸鹽礦物，表面因吸附H+或OH而形成酸類化合物，然后部分電離而使表面荷電，或形成羥基化表面，吸附或解離H+而荷電。石英（SiO2）在水中荷電過程可示意如下： 石英破裂： H+和OH吸附： 電離： 因此，石英在水中表面荷負電。 17什么是接觸角、三相潤濕周邊？ 【解】在一浸于水中的礦物表面上附著一個氣泡，當達平衡時氣泡在礦物表面形成

30、一定的接觸周邊，稱為三相潤濕周邊。在一浸于水中的礦物表面上附著一個氣泡，當達平衡時氣泡在礦物表面形成一定的接觸周邊，稱為三相潤濕周邊。通過三相平衡接觸點,固水與水氣兩個界面所包之角（包含水相）稱為接觸角，以表示。 18如何通過接觸角鑒別顆粒表面的潤濕性？ 【解】在不同礦物表面接觸角大小是不同的，接觸角可以標志礦物表面的潤濕性：如果礦物表面形成的角很小，則稱其為親水性表面；反之，當角較大，則稱其疏水性表面。親水性與疏水性的明確界限是不存在的，只是相對的。角越大說明礦物表面疏水性越強；角越小，則礦物表面親水性越強。 19簡述潤濕方程及其物理意義。 【解】 或 上式表明了平衡接觸角與三個相界面之間表

31、面張力的關系，平衡接觸角是三個相界面張力的函數(shù)。接觸角的大小不僅與礦物表面性質(zhì)有關，而且與液相、氣相的界面性質(zhì)有關。凡能引起任何兩相界面張力改變的因素都可能影響礦物表面的潤濕性。但上式只有在系統(tǒng)達到平衡時才能使用。 20接觸角的測量方法有那些？躺滴法測潤濕角應注意什么？ 【解】（1）躺滴或氣泡法； （2） 吊片法 （3）水平液體表面法 如果液滴很小，重力作用引起液滴的變形可以忽略，這時的躺滴可認為是球形的一部分。實際固體表面幾乎都是非理想的，或大或小總是出現(xiàn)接觸角滯后現(xiàn)象。因此需同時測定前進角（a）和后退角(r)。對于躺滴法，可用增減液滴體積的辦法來測定，增加液滴體積時測出的是前進角,減少液滴

32、體積時測出的為后退角。為了避免增減液滴體積時可能引起液滴振動或變形，在測定時可將改變液滴體積的毛細管尖端插入液滴中，尖端插入液滴不影響接觸角的數(shù)值第3章 粉碎與分級 習 題 解 答 1粉碎作用在工業(yè)中的主要作用是什么？什么是粉碎比？部分粉碎比和總粉碎比的關系如何？ 【解】粉碎作業(yè)在這些行業(yè)中應用所起的主要作用是： 原料制備 如燒結(jié)、制團、陶瓷、玻璃、粉末冶金等部門，要求把原料粉碎到一定粒度供下一步處理、加工之用。 共生物料中有用成分的解離 使共生的有價成分與非有價成分或多種有價成分解離成相對獨立的單體，然后選擇合適的分離方法分離成各自單獨的產(chǎn)品。 增加物料的比表面 增大物料同周圍介質(zhì)的接觸面積

33、，提高反應速度，如催化劑的接觸反應、固體燃料的燃燒與氣化、物料的溶解、吸附與干燥以及強化粉末顆粒流化床的大接觸面積傳質(zhì)與傳熱效率等。 粉體的改性 在新材料，如一些功能材料，復合材料的制造中，就利用了粉碎過程中所產(chǎn)生的機械化學效應, 引起的粉末材料的晶體變形和性變來進行表面改性。 便于貯存、運輸和作用 如物料需要采用風力或水力輸送，食品等以粉狀使用。 用于環(huán)境保護 如城市垃圾的處理、二次資源的利用中要將它們預先粉碎。 粉碎比：被粉碎物料粉碎前的粒度與粉碎產(chǎn)物粒度的比值。以i表示 i=i1×i2×i3××in=Dmax/dmax。 2粉碎為什么要分段進行？其

34、各段的產(chǎn)品特性如何？ 【解】礦石從開采出來到達到選礦要求，其粉碎比在300015000；如果是由礦物原料制備超細粉體材料，其粉碎比就更大。由于目前采用的粉碎設備結(jié)構(gòu)上的原因，單靠一臺粉碎設備是不可能達到最終粉碎目的的。因此，將原料粉碎到最終產(chǎn)品粒度要通過不同的設備完成，即通常都是分階段進行的。粉碎各階段產(chǎn)品粒度特征如表1所示。 表1 粉碎各階段產(chǎn)品粒度特征階段給料最大塊粒度mm產(chǎn)品最大塊粒度mm粉碎比破碎粗碎1500300350100315中碎35010010010315細碎10040305120磨礦一段磨礦301010.31100二段磨礦10.31100超細粉碎0.10.0750.0750.

35、000111000超微粉碎0.0750.0001-0.0001110003什么是選擇性粉碎？它與產(chǎn)品的粒度有何關系？它在礦物加工過程中有什么意義？ 【解】力學性質(zhì)不均勻的物料在細磨過程中強度小的被磨細，強度大的則殘留下來，這種現(xiàn)象稱選擇性粉碎。 隨磨礦時間的延長，礦物顆粒變細，軟硬兩種礦物的平均粒度差變小，磨碎時間足夠長時，二者粒度可達到相同；軟硬兩種礦物小于0.074mm產(chǎn)率差隨磨礦時間的延長而減少，而且時間愈長產(chǎn)率差值愈小，即粗磨下選擇性磨碎現(xiàn)象顯著，而細磨下選擇性磨碎現(xiàn)象逐漸減弱。 4什么是可碎系數(shù)？如何用可碎系數(shù)判斷顆粒的可碎性？ 【解】可碎性系數(shù) 實踐中常以石英作為標準的中硬礦石，將

36、其可碎性系數(shù)定為1，硬礦石的可碎性系數(shù)都小于1，而軟礦石則大于1。 在礦物加工實踐中，通常按普氏硬度將巖石分為五個等級，以此來表示巖石破碎的難易程度。詳見表2。 表2 巖石破碎難易程度分類硬度等級p(kg/cm2)普氏硬度系數(shù)可碎性系數(shù)可磨性系數(shù)巖石實例很軟<200<21.31.42.00石膏、石板巖軟200800281.11.21.251.4石灰石、泥灰?guī)r中硬80016008161.01.0硫化礦、硬質(zhì)頁巖硬1600200016200.90.950.850.7鐵礦、硬砂巖很硬>2000>200.650.750.5硬花崗巖、含鐵石英巖 5物料機械粉碎過程中粉碎機械對物料

37、施力的方式有那些？ 【解】物料粉碎是在機械力作用下進行的，任何一種粉碎機械都不只用一種力來完成粉碎過程。根據(jù)粉碎機械施力方式差異，粉碎施力種類有擠壓、彎曲、剪切、劈碎、研磨、打擊或沖擊等，如圖。對于某一種粉碎設備，多數(shù)情況下是以一種施力方式為主，若干種施力方式同時存在，這樣有利于提高粉碎效率。 6簡述三種粉碎模型的特征 【解】(1)體積粉碎模型 如圖（a），整個顆粒均受到破壞，粉碎后生成物多為粒度大的中間顆粒。隨著粉碎過程的進行，這些中間顆粒逐漸被粉碎成細粒。沖擊粉碎和擠壓粉碎與此模型較為接近。 (2)表面粉碎模型 如圖（b），在粉碎的某一時刻，僅是顆粒的表面產(chǎn)生破壞，被磨削下微粉成分，這一破

38、壞作用基本不涉及顆粒內(nèi)部。這種情形是典型的研磨和磨削粉碎方式。 (3)均一粉碎模型 如圖（c），施加于顆粒的作用力使顆粒產(chǎn)生均勻的分散性破壞，直接粉碎成微粉成分。 7簡述三個粉碎功能理論的基本內(nèi)容?！窘狻縍ittinger的“表面積假說”認為“碎磨過程中所消耗的有用功與表面積成正比，與產(chǎn)品粒度成反比”。這種假說不太符合實際過程。 Kick提出“體積假說”認為：“外力作用于物體時，物體首先發(fā)生彈性變形，當外力超過該物體的強度極限時該物體就發(fā)生破裂，故破碎物料所需的功與它的體積大小有關”。這種假說適合于解釋物料的粗碎過程。 綜合以上兩種假說Bond推出了“裂紋假說“，他認為：“物料在破碎時外力首先

39、使其在局部發(fā)生變形，一旦局部變形超過臨界點時則產(chǎn)生裂口，裂口的形成釋放了物料內(nèi)的變形能，使裂紋擴展為新的表面。輸入的能量一部分轉(zhuǎn)化為新生表面積的表面能，與表面積成正比；另一部分變形能因分子摩擦轉(zhuǎn)化為熱能而耗散，與體積成正比。兩者綜合起來，將物料粉碎所需要的有效能量設定為與體積和表面積的幾何平均值成正比”。該假說接近于符合一般的粉碎過程，長期以來用于指導粉磨工藝和設備的研究，但至今沒有從粉體特性和能量輸入方面作出合理的科學解釋。 8什么是功指數(shù)？ 【解】 （1） 式中，F(xiàn)、P­ 給料及產(chǎn)品中80%通過的方形篩孔的寬度（微米） W 將一短噸（907.185kg）給料粒度為F的物料粉碎到產(chǎn)

40、品粒度為P時所消耗的功； Wi 功指數(shù)，即將“理論上無限大的粒度”粉碎到80%通過0.01mm篩孔寬（或65%通過0.075mm篩孔寬）時所需的功。 9什么是助磨劑？對助磨劑有什么要求？簡述助磨劑的助磨機理。 【解】在粉碎作業(yè)中，能夠顯著提高粉碎效率或降低能耗的化學物質(zhì)稱為助磨劑。 從化學結(jié)構(gòu)上來說，助磨劑應具有良好的選擇性分散作用；能夠調(diào)節(jié)料漿的粘度；具有較強的抗Ca2、Mg+2的能力;受pH的影響較小等等。也即助磨劑的分子結(jié)構(gòu)要與磨礦系統(tǒng)復雜的物理化學環(huán)境相適應。 對于助磨劑的助磨作用機理，主要提出了兩種學說。一是“吸附降低硬度”學說：助磨劑分子在顆粒上的吸附降低了顆粒的表面能或者引起近表

41、面層晶格的位錯遷移，產(chǎn)生點或線的缺陷，從而降低顆粒的強度和硬度，促進裂紋的產(chǎn)生和擴展：二是“料漿流變學調(diào)節(jié)”學說：助磨劑通過調(diào)節(jié)漿料的流變學性質(zhì)和顆粒的表面電性等，降低漿料（如礦漿）的粘度，促進顆粒的分散，從而提高漿料的可流動性，阻止顆粒在研磨介質(zhì)及磨機襯板上的粘附以及顆粒之間的團聚。 10什么叫分級？分級的方式有那些？ 【解】分級是將粒度不同的混合物料按粒度或按在介質(zhì)中沉降速度不同分成若干粒度級別的過程。因此分級是物料按粒度分離的一種形式。根據(jù)分級的原理、設備及分級介質(zhì)的不同，分級的方式有篩分分級、水力分級和氣流分級。 11.篩分作業(yè)的形式或作用有那些？ 獨立篩分當篩分產(chǎn)品作為最終產(chǎn)品供給用

42、戶使用時； 準備篩分當篩分作業(yè)是為下一道工序提供不同粒級的原料時； 輔助篩分當篩分與粉碎設備配合使用時； 預先篩分當篩分作業(yè)用于粉碎前將粒度合格的物料預先分出時； 檢查篩分篩分作業(yè)用于控制粉碎產(chǎn)品粒度時。 篩分作業(yè)還可用于物料的脫水或分離礦漿，如選煤和洗礦的脫水及重介質(zhì)選礦產(chǎn)物脫除介質(zhì)等。在某些情況下，由于篩分物料的性質(zhì)差別，篩分還可起到分選某些有用成分的作用，這種篩分稱為選擇篩分。 12什么是篩分分析、標準篩、基篩、篩比篩序? 【解】篩分分析是將物料樣品通過一系列不同篩孔的標準篩，篩分成若干個粒級，求得以重量百分數(shù)表示的粒度分布。標準篩是由一套篩孔大小有一定比例的、篩孔孔徑和篩絲直徑都按標準

43、制作的篩子。標準篩篩孔尺寸有規(guī)律按一定比例逐漸變化構(gòu)成篩序。各國都制定了不同的標準篩系列，常用的是國際標準篩和泰勒標準篩。標準篩由“基篩”和“篩比”兩個參數(shù)決定，基篩是指作為基準的篩子， 13.工業(yè)用篩的種類有那些？各有和特點？ 工業(yè)用篩大致上分振動篩和擺動篩兩類。前者篩面有垂直振動運動，振動數(shù)在600r/min以上。后者的擺動方向沿篩面，擺動數(shù)在400r/min以下。圖3-6為典型的振動形式。通常，附著性較差的毫米級粗料用振動篩，附著性較強0.5m以下的物料用擺動篩。 14何謂難篩粒，易篩粒？他們在篩分過程中的行為如何？ 【解】物料粒度小于篩孔的3/4的顆粒容易透過篩孔，被稱為易篩粒；而大于

44、篩孔3/4的顆粒，因透篩困難，稱為難篩粒。在松散物料的篩分過程中，篩分開始后，易篩粒很快通過篩孔，此時篩分效率很高；隨著篩分時間的延長，篩面上的易篩粒愈來愈少，以至只有難篩粒存在時，篩分效率就愈來愈低了 15什么是總篩分效率、部分篩分效率？如某一單層篩按原料計的生產(chǎn)能力為8噸/小時，該原料的粒度-15mm+0mm，其中-6mm+0mm粒級含量為68，-2mm+0mm粒級含量為38，當用篩孔為6mm的篩網(wǎng)篩分后，篩上產(chǎn)品中-6mm粒級含量為4，-2mm粒級含量為0.3，求這兩個粒級的篩分效率。 【解】用小于篩孔的所有物料來計算篩分效率，其結(jié)果稱總篩分效率；只用小于篩孔物料的個別粒級或幾個粒級計算

45、，則稱為部分篩分效率。 由篩分效率計算式： 對于-6mm+0mm粒級的篩分效率： 168、1100、14 代入計算式，可求得：E198.03% 對于-2mm+0mm粒級的篩分效率： 238、2未知、20.3 由篩分過程篩下產(chǎn)物產(chǎn)率不變之關系，即 可求得：256.85 代入計算式，可求得：E299.73%。 16什么是水力分級，它有哪幾種形式？ 【解】水力分級中分級介質(zhì)的運動有三種形式： （1）介質(zhì)的流動方向與顆粒沉降方向相反的垂直上升介質(zhì)流； （2）水平介質(zhì)流； （3）旋轉(zhuǎn)介質(zhì)運動流。 17什么是粒度分布曲線？如何用粒度分布曲線確定分級粒度和評判分級效果？ 【解】以粒度為橫坐標，各粒級在粗粒級

46、或細粒級中的分配率為縱坐標，繪出的表示分級效果的曲線稱為分配曲線。分配率50%所對應的粒度即為分級粒度，稱為d50。曲線越陡表示分級效率越高 利用分離曲線確定分離粒度是國內(nèi)外廣泛使用的方法，并可用偏差EP表示分級效率 （1） 式中d75，d25分別為分配率75%和25%所對應的粒度。 顯然，EP值越小，表明分級效率越高。 18簡述分級效率及其意義。 【解】綜合分級效率f反映了產(chǎn)物在質(zhì)（純度）、量（回收率）兩方面提高的幅度。f被定義為：實際被有效分級的細顆粒量P與理想條件下被分離的細顆粒量P0之比，用百分數(shù)表示。 式中第一項是細粒級產(chǎn)品中細粒的回收率，第二項是粗粒在細粒級產(chǎn)品中的回收率。可見，綜

47、合分級效率f也可以說是細粒級產(chǎn)品中細粒的回收率與細粒級產(chǎn)品中粗粒回收率的差值。細粒級產(chǎn)品中粗粒的回收率表示粗顆粒的混入對溢流產(chǎn)物質(zhì)量降低的影響。 19粉碎產(chǎn)品粒度特性主要有那些內(nèi)容？ 【解】粉碎產(chǎn)品的粒度大小及其分布是粉碎產(chǎn)品的重要性能指標；所謂粒度分布即粉體中各粒度區(qū)間的顆粒含量占總量的比例。 20描述產(chǎn)品粒度分布有那些方式？ 【解】累積分布和分布密度。 列表法；圖示法；(3) 特性函數(shù)法 21在相同條件下用同一磨機分別磨細同樣重量的標準礦石和待測礦物，已知待測礦石的F11000微米，P1120微米，標準礦石為：F21130微米，P2133微米，Wi219.5kWh/st，試求待測礦石的功指

48、數(shù)。 【解】根據(jù)BOND磨礦能耗模型： 式中，F(xiàn)、P­ 給料及產(chǎn)品中80%通過的方形篩孔的寬度（微米） W 將一短噸（907.185kg）給料粒度為F的物料粉碎到產(chǎn)品粒度為P時所消耗的功； Wi 功指數(shù)，即將“理論上無限大的粒度”粉碎到80%通過0.1mm篩孔寬（或65%通過0.075mm篩孔寬）時所需的功。 在相同條件下用同一磨機分別磨細同樣重量的標準礦石和待測礦物時，消耗的總能量相同，即W1W2 已知：待測礦石的F11000微米，P1120微米，標準礦石為：F21130微米，P2133微米，Wi219.5kWh/st， 將以上數(shù)據(jù)代入上式，可求待測礦石的功指數(shù) Wi1=18.6

49、kWh/st。 22試根據(jù)某礦石可碎礦產(chǎn)品的篩析結(jié)果（如下表），繪制正累積和負累積粒度曲線，并根據(jù)所繪曲線查出：-5mm的重量百分含量，+3mm的重量百分含量，-7 mm+5mm粒級的重量百分率，產(chǎn)品的最大粒度。粒級/mm重量/g頻率分布/%累積分布累積篩余累積篩下-10+83015.01585-8+64020.03565-6+46030.06535-4+23015.08020-2+04020.01000合計200100/ 【解】將計算結(jié)果填入表中，并以粒度為橫坐標，累積產(chǎn)率為縱坐標，可得該物料的累積粒度分布曲線，如圖。 根據(jù)累積粒度分布曲線，可求得各粒度或粒級下的分布率： -5mm的重量百分

50、含量為50%， +3mm的重量百分含量75%， -7 mm+5mm粒級的重量百分率75%50%25%， 產(chǎn)品的最大粒度為累積篩下分布95%時所對應的粒度，從圖中可以看出，此物料的最大粒度為9.2mm。第4章 顆粒在流體中的運動 習 題 解 答 1什么是體積分數(shù)、質(zhì)量分數(shù)？兩者的關系如何？已知石英與水的密度分別為2650kg/m3和1000kg/m3，將相同質(zhì)量的石英砂和水配置成懸浮液，求懸浮液的質(zhì)量分數(shù)、體積分數(shù)、物理密度和黏度？ 【解】懸浮體的體積分數(shù)B（舊稱容積濃度）是指懸浮體中固體顆粒（或氣泡、液滴）的體積占有率，它是無量綱數(shù)，數(shù)值上等于單位體積的懸浮體中固體顆粒（或氣泡、液滴）占有的體

51、積。懸浮體的質(zhì)量分數(shù)wB（舊稱重量濃度C）是指懸浮體中固體顆粒的質(zhì)量占有率，它也是無量綱數(shù)。若顆粒和流體的密度分別用和表示，體積分數(shù)B與質(zhì)量分數(shù)wB有下面的關系： 已知=2650kg/m3和=1000kg/m3，設石英砂和水的質(zhì)量都是W，則有 故質(zhì)量分數(shù)、體積分數(shù)、物理密度和黏度分別為0.5000、0.2740、1452kg/m3和2.2902。 2牛頓流體和非牛頓流體的有效黏度和微分黏度有何特點？什么叫屈服切應力？哪些非牛頓流體的流變特性可用冪律模型描述？冪律模型中的參數(shù)K和n有何物理意義？ 【解】有效粘度是流變曲線上指定點到原點的直線斜率；微分粘度是流變曲線上指定點的切線斜率。牛頓流體的有效黏度等于微分黏度，并且都是常數(shù)；賓漢流體，微分粘度為常數(shù)，但有效黏度不為常數(shù)，并且有效黏度大于微分黏度，當剪切速率趣近于零時有效黏度變?yōu)闊o窮大；假塑性流體的有效黏度大于微分黏度；脹塑性流體的有效黏度小于微分黏度；屈服假塑性流體與賓漢流體有些類似，只是微分黏度不是常數(shù)。 賓漢認為，當懸浮液的濃度大到其中的顆?；ハ嘟佑|之后，就有塑性現(xiàn)象發(fā)生， 欲使系統(tǒng)開始流動，施加的剪切力必須足以破壞使顆粒形成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這個剛好能夠破壞顆粒網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的切應力就是屈服切應力。 假塑性流體（包括脹塑性流體）的流變特性可用如下