《資源加工學(xué)》課后習(xí)題答案x-

習(xí)題解答第1章

資源加工學(xué)概述

1．簡(jiǎn)述從選礦學(xué)、礦物加工學(xué)到資源加工學(xué)三者之間的發(fā)展關(guān)系。

【解】資源加工學(xué)是由傳統(tǒng)的選礦學(xué)、礦物加工學(xué)發(fā)展演變形成的新的學(xué)科體系。

研究手段

選礦學(xué)是用物理、化學(xué)的方法，對(duì)天然礦物資源〔通常包括金屬礦物、非金屬礦物、煤炭等〕進(jìn)行選別、分開(kāi)、富集其中的有用礦物的科學(xué)技術(shù)，其目的是為冶金、化工等行業(yè)提供合格原料。

礦物加工學(xué)是在選礦學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是用物理、化學(xué)的方法，對(duì)天然礦物資源進(jìn)行加工〔包括分開(kāi)、富集、提純、提取、深加工等〕，以獲取有用物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。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(xué)是依據(jù)物理、化學(xué)原理，通過(guò)分開(kāi)、富集、純化、提取、改性等技術(shù)對(duì)礦物資源、非傳統(tǒng)礦物資源、二次資源及非礦物資源進(jìn)行加工，獲得其中有用物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)

研究對(duì)象

傳統(tǒng)選礦學(xué)、礦物加工學(xué)的研究對(duì)象均以天然礦物資源為主。

資源加工學(xué)的研究對(duì)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：

①工業(yè)固體廢棄物：冶煉化工、廢渣、尾礦、廢石。

②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。③鹽湖與湖泊中的金屬鹽、重金屬污泥。

〔3〕二次資源。包括：

①?gòu)U舊電器：電視機(jī)、冰箱、音響等。

②廢舊金屬制品：電纜、電線、易拉罐、電池等。

③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。

2．資源加工學(xué)學(xué)科包括那些領(lǐng)域？它的學(xué)科基礎(chǔ)及與相鄰學(xué)科的關(guān)系如何？

【解】學(xué)科領(lǐng)域

資源加工學(xué)包括四大學(xué)科領(lǐng)域：

礦物加工〔MineralProcessing〕；礦物材料加工〔MineralMaterialProcessing〕；二次資源加工〔SecondaryMaterialProcessing〕；金屬提取加工〔MetalMetallurgicalProcessing〕?？珊?jiǎn)稱為4-MP。礦物加工是依據(jù)物理、化學(xué)原理對(duì)天然礦物資源進(jìn)行加工，以分開(kāi)、富集有用礦物；礦物材料加工是依據(jù)物理、化學(xué)原理，對(duì)天然及非傳統(tǒng)礦物資源進(jìn)行分開(kāi)、純化、改性、復(fù)合等加工，制備功能礦物材料；

二次資源加工是依據(jù)物理、化學(xué)原理，對(duì)二次資源進(jìn)行加工，分開(kāi)回收各種有用物質(zhì)；

金屬提取加工是依據(jù)物理、化學(xué)原理，對(duì)各種資源進(jìn)行化學(xué)溶出、生物提取、離子交換、溶劑萃取等加工，以獲取有價(jià)金屬。

學(xué)科基礎(chǔ)

資源加工過(guò)程中物料的碎解、分開(kāi)、富集、純化、提取、超細(xì)、改性、復(fù)合等過(guò)程，涉及礦物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)與化學(xué)工程、冶金工程、材料科學(xué)與工程、生物工程、力學(xué)、采礦工程及計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域，體現(xiàn)不同的學(xué)科基礎(chǔ)，形成不同的研究方向。

①工藝礦物學(xué)。與礦物學(xué)、巖石學(xué)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(xué)特性，為“加工〞提供基本信息；

②粉碎工程。以巖石力學(xué)、斷裂力學(xué)、晶體化學(xué)為基礎(chǔ)，對(duì)所處理資源進(jìn)行選擇性碎解，解離或進(jìn)行超細(xì)加工；

③重力場(chǎng)、流體力場(chǎng)中的分開(kāi)。以流體力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，依據(jù)所處理的物料的密度、粒度及形狀差異，分開(kāi)、富集不同物料。如黑鎢礦與石英的分開(kāi)，聚氯乙烯和聚乙烯的分開(kāi)，城市垃圾中重物料與輕質(zhì)物料的分開(kāi)，銅線與橡膠的分開(kāi)等。

④電磁場(chǎng)中的分開(kāi)。以電磁學(xué)、靜電學(xué)為基礎(chǔ)的磁力分選和靜電分選，依據(jù)所處理物料的磁性質(zhì)或?qū)щ娦缘牟町?，分開(kāi)不同物料。如磁性礦物與非磁性礦物的分開(kāi)，導(dǎo)電礦物與非導(dǎo)電礦物的分開(kāi)，磁性炭粉與廢紙的分開(kāi)，紅血球與白血球的分開(kāi)，帶電塑料與不帶電塑料的分開(kāi)，銅線與鋁線的分開(kāi)等。

⑤浮選。是資源加工中最重要的技術(shù)，可加工處理各種礦物資源、二次資源及非礦物資源，涉及無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、表面化學(xué)、電化學(xué)、物理化學(xué)等幾乎整個(gè)化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域，形成了浮選電化學(xué)、浮選溶液化學(xué)、浮選劑分子制定、浮選表面化學(xué)等交叉研究領(lǐng)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。

⑥生物提取。涉及生物工程、冶金反應(yīng)工程、礦物工程及采礦工程等多個(gè)交叉學(xué)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(jià)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。

⑦化學(xué)分開(kāi)。包括溶劑萃取、離子交換、膜分開(kāi)、化學(xué)浸出等，涉及化學(xué)與化學(xué)工程、冶金反應(yīng)工程等。處理復(fù)雜礦物資源、海洋礦物資源、工業(yè)廢水等。

⑧化學(xué)合成。涉及化學(xué)與化學(xué)工程、材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，包括礦物材料的化學(xué)合成、礦物復(fù)合材料，礦物——聚合物復(fù)合材料等。

⑨表面改性。通過(guò)表面化學(xué)反應(yīng)、選擇性溶解、溶蝕、刻蝕、涂層等對(duì)礦物表面進(jìn)行化學(xué)處理、制備功能礦物材料，涉及化學(xué)工程與材料科學(xué)與工程領(lǐng)域。

⑩聚集與分散。細(xì)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(tuán)、型煤、水煤漿制備等。涉及表面化學(xué)、顆粒學(xué)等領(lǐng)域。

資源加工過(guò)程計(jì)算機(jī)技術(shù)。涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。研究資源加工過(guò)程的數(shù)學(xué)模型、仿真、優(yōu)化與自動(dòng)控制。

3．資源加工學(xué)的研究對(duì)象及研究方向有那些？

【解】資源加工學(xué)的研究對(duì)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：

①工業(yè)固體廢棄物：冶煉化工、廢渣、尾礦、廢石。

②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。

③鹽湖與湖泊中的金屬鹽、重金屬污泥。

〔3〕二次資源。包括：

①?gòu)U舊電器：電視機(jī)、冰箱、音響等。

②廢舊金屬制品：電纜、電線、易拉罐、電池等。

③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

①工藝礦物學(xué)。與礦物學(xué)、巖石學(xué)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(xué)特性，為“加工〞提供基本信息；

②粉碎工程。以巖石力學(xué)、斷裂力學(xué)、晶體化學(xué)為基礎(chǔ)，對(duì)所處理資源進(jìn)行選擇性碎解，解離或進(jìn)行超細(xì)加工；

③重力場(chǎng)、流體力場(chǎng)中的分開(kāi)。以流體力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，依據(jù)所處理的物料的密度、粒度及形狀差異，分開(kāi)、富集不同物料。如黑鎢礦與石英的分開(kāi)，聚氯乙烯和聚乙烯的分開(kāi)，城市垃圾中重物料與輕質(zhì)物料的分開(kāi)，銅線與橡膠的分開(kāi)等。

④電磁場(chǎng)中的分開(kāi)。以電磁學(xué)、靜電學(xué)為基礎(chǔ)的磁力分選和靜電分選，依據(jù)所處理物料的磁性質(zhì)或?qū)щ娦缘牟町悾珠_(kāi)不同物料。如磁性礦物與非磁性礦物的分開(kāi)，導(dǎo)電礦物與非導(dǎo)電礦物的分開(kāi)，磁性炭粉與廢紙的分開(kāi)，紅血球與白血球的分開(kāi)，帶電塑料與不帶電塑料的分開(kāi)，銅線與鋁線的分開(kāi)等。

⑤浮選。是資源加工中最重要的技術(shù)，可加工處理各種礦物資源、二次資源及非礦物資源，涉及無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、表面化學(xué)、電化學(xué)、物理化學(xué)等幾乎整個(gè)化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域，形成了浮選電化學(xué)、浮選溶液化學(xué)、浮選劑分子制定、浮選表面化學(xué)等交叉研究領(lǐng)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。

⑥生物提取。涉及生物工程、冶金反應(yīng)工程、礦物工程及采礦工程等多個(gè)交叉學(xué)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(jià)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。

⑦化學(xué)分開(kāi)。包括溶劑萃取、離子交換、膜分開(kāi)、化學(xué)浸出等，涉及化學(xué)與化學(xué)工程、冶金反應(yīng)工程等。處理復(fù)雜礦物資源、海洋礦物資源、工業(yè)廢水等。

⑧化學(xué)合成。涉及化學(xué)與化學(xué)工程、材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，包括礦物材料的化學(xué)合成、礦物復(fù)合材料，礦物——聚合物復(fù)合材料等。

⑨表面改性。通過(guò)表面化學(xué)反應(yīng)、選擇性溶解、溶蝕、刻蝕、涂層等對(duì)礦物表面進(jìn)行化學(xué)處理、制備功能礦物材料，涉及化學(xué)工程與材料科學(xué)與工程領(lǐng)域。

⑩聚集與分散。細(xì)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(tuán)、型煤、水煤漿制備等。涉及表面化學(xué)、顆粒學(xué)等領(lǐng)域。

資源加工過(guò)程計(jì)算機(jī)技術(shù)。涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。研究資源加工過(guò)程的數(shù)學(xué)模型、仿真、優(yōu)化與自動(dòng)控制。

4．資源加工學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位和作用如何？

【解】礦物資源是人類社會(huì)發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，礦業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是人類社會(huì)發(fā)展的前提和動(dòng)力。從石器時(shí)代到青銅器、鐵器時(shí)代，到煤、石油、天燃?xì)?、原子能的利用，人類社?huì)生產(chǎn)的每一次龐大進(jìn)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(lái)源。雖然礦業(yè)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值〔GDP〕中所占比重很小，但它作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)支撐著其它行業(yè)生產(chǎn)對(duì)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(lái)自礦產(chǎn)資源。

隨著天然礦物資源地不斷被開(kāi)發(fā)利用，天然礦物資源量逐步減少，而人口增長(zhǎng)、社會(huì)發(fā)展，對(duì)資源的需求又不斷增大，因此，必需尋找開(kāi)發(fā)利用新的資源。非傳統(tǒng)礦物資源、二次資源、非礦物資源必將成為將來(lái)人類社會(huì)發(fā)展的重要資源，對(duì)這些資源的加工利用，不僅可以滿足人類社會(huì)發(fā)展對(duì)資源的需求量的增加，還可減少環(huán)境污染，促使國(guó)民經(jīng)濟(jì)繼續(xù)、快速、健康發(fā)展。第2章

物料的基本物理化學(xué)特性

1．什么是礦石、礦物、巖石？三者關(guān)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(duì)固定的化學(xué)成分和確定的晶體結(jié)構(gòu)；它們?cè)谝欢ǖ奈锢砘瘜W(xué)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。

2．二次資源包涵哪些物料？

【解】二次資源是指人類社會(huì)活動(dòng)〔生產(chǎn)和生活〕產(chǎn)生的含有有價(jià)成份并有回收再利用的經(jīng)濟(jì)或環(huán)保價(jià)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(jī)、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(jī)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(xué)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(xiàng)？

【解】顆粒的幾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(qiáng)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(jiǎn)述鐵磁質(zhì)物質(zhì)的磁化過(guò)程。

【解】在磁化磁場(chǎng)的作用下，鐵磁質(zhì)的磁化包括兩個(gè)過(guò)程：疇壁的移動(dòng)和磁疇的轉(zhuǎn)動(dòng)。疇壁移動(dòng)時(shí)，與外磁場(chǎng)方向相近的磁疇的體積擴(kuò)展，其他方向磁疇的體積縮小，以致消失

這一過(guò)程，實(shí)質(zhì)上，是疇壁四周的原子磁矩在外磁場(chǎng)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(kuò)展的磁疇方向的結(jié)果，壁移所需的外加磁場(chǎng)強(qiáng)度較小，所以在低磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度減到零時(shí)，磁化強(qiáng)度可沿OA曲線回降到零。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(dòng)，這種阻力相當(dāng)于一種摩擦力，當(dāng)疇壁越過(guò)這些障礙后，退磁時(shí)，它又妨礙疇壁回到原來(lái)的位置，因而產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象。磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)是磁疇逐漸轉(zhuǎn)到與外磁場(chǎng)方向一致。疇轉(zhuǎn)所需的外磁場(chǎng)強(qiáng)度較高，因此，在較高磁場(chǎng)中，磁化以疇轉(zhuǎn)為主。當(dāng)所有磁疇都轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向時(shí)，磁化即達(dá)到飽和狀態(tài)。磁化曲線的BC段是以疇轉(zhuǎn)為主的磁化過(guò)程。

7．簡(jiǎn)述礦物磁性的分類，及其分選特點(diǎn)。

【解】依據(jù)磁性，按比磁化率大小把所有礦物分成強(qiáng)磁性礦物、弱磁性礦物和非磁性礦物。

強(qiáng)磁性礦物：這類礦物的物質(zhì)比磁化率X>3.8×10-5m3/kg〔或CGSM制中X>3×10-3m3/g〕，在磁場(chǎng)強(qiáng)度H0達(dá)120kA/m〔~1500奧〕的弱磁場(chǎng)磁選機(jī)中可以回收。屬于這類礦物的主要有磁鐵礦、磁赤鐵礦〔γ-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<7.5×10-6m3/kg～1.26×10-7m3/kg〔或CGSM制中X=6×10-4cm3/g～10×10-6cm3/g〕，在磁場(chǎng)強(qiáng)度H0800kA/m～1600kA/m〔10000奧~20000奧〕的強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)中可以回收。屬于這類礦物的最多，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(shù)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、高嶺土、煤等；大部分造巖礦物—石英、長(zhǎng)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(guān)系如何？

物質(zhì)體積磁化率為物質(zhì)磁化時(shí)單位體積和單位磁場(chǎng)強(qiáng)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(dǎo)電度以及電整流性等，它們是推斷能否采納電選的依據(jù)。

電導(dǎo)率是長(zhǎng)1cm,截面積為1cm2的直柱形物體沿軸線方向的導(dǎo)電能力

礦物的電阻是指礦物的粒度d=1mm時(shí)所測(cè)定出的歐姆數(shù)值石墨是良導(dǎo)體，所需電壓最低，僅為2800V，以它作為標(biāo)準(zhǔn)，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(dǎo)電度

礦物表現(xiàn)出的這種與高壓電極極性相關(guān)的電性質(zhì)稱作整流性。

10．簡(jiǎn)述礦物的價(jià)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(jià)鍵或共價(jià)晶格。

〔3〕分子鍵或分子晶格。

〔4〕金屬鍵或金屬晶格。

破碎時(shí)，礦物沿脆弱面——裂縫、解理面、晶格間含雜質(zhì)區(qū)等處裂開(kāi)，也會(huì)沿應(yīng)力集中地區(qū)斷裂。單純離子晶格斷裂時(shí)，常沿著離子界面斷裂。

其解理面的規(guī)律是

〔1〕不會(huì)使基團(tuán)斷裂，如不會(huì)使方解石中的拆開(kāi)；

〔2〕往往沿陰離子交界面斷裂，只有當(dāng)沒(méi)有陰離子交界層時(shí)，才可能沿陽(yáng)離子交界層斷裂；

〔3〕當(dāng)晶格中有不同的陰離子交界層或者各層間的距離不同時(shí)，常沿較脆弱的交界層或距離較大的層面間斷裂。共價(jià)晶格的可能斷裂面，常是相鄰原子距離較遠(yuǎn)的層面，或鍵能弱的層面。

11．簡(jiǎn)述非極性礦物與極性礦物的礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)與價(jià)鍵特性

【解】一般來(lái)說(shuō)，礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)與表面鍵性有如下關(guān)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(duì)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(jià)鍵晶格和離子晶格的礦物，其破碎斷面往往浮現(xiàn)原子鍵或離子鍵，這類表面有較強(qiáng)的偶極作用或靜電力。因而親水，天然可浮性小。具有強(qiáng)共價(jià)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(guān)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(tái)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(qiáng)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2/a

棱邊上2/a

尖角上2/a

可以預(yù)料，不平整的破裂面上，棱邊及尖角較多，比平整的破裂面具有更大的活性；再者，晶體破碎得愈細(xì)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(yīng)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〕

研究說(shuō)明，氧與硫化物互相作用過(guò)程分階段進(jìn)行。第一階段，氧的適量物理吸附，硫化物表面堅(jiān)持疏水；第二階段氧在汲取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(xué)吸附并進(jìn)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？

【解】礦物表面電荷的起源，歸納起來(lái)，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(fù)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(dāng)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(jì)算。

即關(guān)于陽(yáng)離子M+，

〔1〕

關(guān)于陰離子X(jué)—，則

〔2〕

依據(jù)何者負(fù)值較大，相應(yīng)離子的水化程度就較高，該離子將優(yōu)先進(jìn)入水溶液。于是表面就會(huì)殘留另一種離子，從而使表面獲得電荷。

關(guān)于表面上陽(yáng)離子和陰離子呈相等分布的1-1價(jià)離子型礦物來(lái)說(shuō)，如果陰、陽(yáng)離子的表面結(jié)合能相等，則其表面電荷符號(hào)可由氣態(tài)離子的水化自由能相對(duì)大小決定[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(fù)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。

關(guān)于組成和結(jié)構(gòu)復(fù)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(fù)離子優(yōu)先轉(zhuǎn)入水中，表面陽(yáng)離子過(guò)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(fù)離子過(guò)剩而荷負(fù)電。

〔2〕優(yōu)先吸附

這是礦物表面對(duì)電解質(zhì)陰、陽(yáng)離子不等當(dāng)量吸附而獲得電荷的狀況。

離子型礦物在水溶液中對(duì)組成礦物的晶格陰、陽(yáng)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(guān)。

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(fù)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(shí)，如果氯化鈣過(guò)量，則碳酸鈣表面荷正電〔〕。

〔3〕吸附和電離

關(guān)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(guò)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〕也有類似狀況。

因此，石英和錫石在水中表面荷負(fù)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(dāng)Al3+被低價(jià)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(huì)使晶格帶負(fù)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(dāng)?shù)V物置于水中時(shí)，這些堿金屬陽(yáng)離子因水化而從表面進(jìn)入溶液，故這些礦物表面荷負(fù)電。

15．離子型礦物表面陰陽(yáng)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(fù)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(dāng)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(jì)算。

即關(guān)于陽(yáng)離子M+，

〔1〕

關(guān)于陰離子X(jué)—，則

〔2〕

依據(jù)何者負(fù)值較大，相應(yīng)離子的水化程度就較高，該離子將優(yōu)先進(jìn)入水溶液。于是表面就會(huì)殘留另一種離子，從而使表面獲得電荷。

16．簡(jiǎn)述石英在水中的荷電過(guò)程及其機(jī)理。

【解】關(guān)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(guò)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(fù)電。

17．什么是接觸角、三相潤(rùn)濕周邊？

【解】在一浸于水中的礦物表面上附著一個(gè)氣泡，當(dāng)達(dá)平衡時(shí)氣泡在礦物表面形成一定的接觸周邊，稱為三相潤(rùn)濕周邊。在一浸于水中的礦物表面上附著一個(gè)氣泡，當(dāng)達(dá)平衡時(shí)氣泡在礦物表面形成一定的接觸周邊，稱為三相潤(rùn)濕周邊。通過(guò)三相平衡接觸點(diǎn),固—水與水—?dú)鈨蓚€(gè)界面所包之角〔包涵水相〕稱為接觸角，以θ表示。

18．如何通過(guò)接觸角鑒別顆粒表面的潤(rùn)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(biāo)志礦物表面的潤(rùn)濕性：如果礦物表面形成的θ角很小，則稱其為親水性表面；反之，當(dāng)θ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(duì)的。θ角越大說(shuō)明礦物表面疏水性越強(qiáng)；θ角越小，則礦物表面親水性越強(qiáng)。

19．簡(jiǎn)述潤(rùn)濕方程及其物理意義。

【解】

或

上式說(shuō)明了平衡接觸角與三個(gè)相界面之間表面張力的關(guān)系，平衡接觸角是三個(gè)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(guān)，而且與液相、氣相的界面性質(zhì)有關(guān)。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(rùn)濕性。但上式只有在系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)才干使用。

20．接觸角的測(cè)量方法有那些？躺滴法測(cè)潤(rùn)濕角應(yīng)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(shí)的躺滴可認(rèn)為是球形的一部分。實(shí)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(shí)測(cè)定前進(jìn)角〔θa〕和后退角(θr)。關(guān)于躺滴法，可用增減液滴體積的辦法來(lái)測(cè)定，增加液滴體積時(shí)測(cè)出的是前進(jìn)角,減少液滴體積時(shí)測(cè)出的為后退角。為了避免增減液滴體積時(shí)可能引起液滴振動(dòng)或變形，在測(cè)按時(shí)可將改變液滴體積的毛細(xì)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(jí)

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(guān)系如何？

【解】粉碎作業(yè)在這些行業(yè)中應(yīng)用所起的主要作用是：

原料制備

如燒結(jié)、制團(tuán)、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(jià)成分與非有價(jià)成分或多種有價(jià)成分解離成相對(duì)獨(dú)立的單體，然后選擇合適的分開(kāi)方法分開(kāi)成各自單獨(dú)的產(chǎn)品。

增加物料的比表面

增大物料同四周介質(zhì)的接觸面積，提升反應(yīng)速度，如催化劑的接觸反應(yīng)、固體燃料的燃燒與氣化、物料的溶解、吸附與干燥以及強(qiáng)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(fù)合材料的制造中，就利用了粉碎過(guò)程中所產(chǎn)生的機(jī)械化學(xué)效應(yīng),引起的粉末材料的晶體變形和性變來(lái)進(jìn)行表面改性。

便于貯存、運(yùn)輸和作用

如物料需要采納風(fēng)力或水力輸送，食品等以粉狀使用。

用于環(huán)境保護(hù)

如城市垃圾的處理、二次資源的利用中要將它們預(yù)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(jìn)行？其各段的產(chǎn)品特性如何？

【解】礦石從開(kāi)采出來(lái)到達(dá)到選礦要求，其粉碎比在3000～15000；如果是由礦物原料制備超細(xì)粉體材料，其粉碎比就更大。由于目前采納的粉碎設(shè)備結(jié)構(gòu)上的原因，單靠一臺(tái)粉碎設(shè)備是不可能達(dá)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(guò)不同的設(shè)備完成，即通常都是分階段進(jìn)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1500～300350～1003～15中碎350～100100～103～15細(xì)碎100～4030～51～20磨礦一段磨礦30～101～100二段磨礦1～100超細(xì)粉碎1～1000超微粉碎1～1000

3．什么是選擇性粉碎？它與產(chǎn)品的粒度有何關(guān)系？它在礦物加工過(guò)程中有什么意義？

【解】力學(xué)性質(zhì)不均勻的物料在細(xì)磨過(guò)程中強(qiáng)度小的被磨細(xì)，強(qiáng)度大的則殘留下來(lái)，這種現(xiàn)象稱選擇性粉碎。

隨磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)，礦物顆粒變細(xì)，軟硬兩種礦物的平均粒度差變小，磨碎時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，二者粒度可達(dá)到相同；軟硬兩種礦物小于產(chǎn)率差隨磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)而減少，而且時(shí)間愈長(zhǎng)產(chǎn)率差值愈小，即粗磨下選擇性磨碎現(xiàn)象顯著，而細(xì)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)推斷顆粒的可碎性？

【解】可碎性系數(shù)

施行中常以石英作為標(biāo)準(zhǔn)的中硬礦石，將其可碎性系數(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。

在礦物加工施行中，通常按普氏硬度將巖石分為五個(gè)等級(jí)，以此來(lái)表示巖石破碎的難易程度。詳見(jiàn)表2。

表2

巖石破碎難易程度分類硬度等級(jí)σp(kg/cm2)普氏硬度系數(shù)可碎性系數(shù)可磨性系數(shù)巖石實(shí)例很軟<200<2石膏、石板巖軟200～8002～8石灰石、泥灰?guī)r中硬800～16008～16硫化礦、硬質(zhì)頁(yè)巖硬1600～200016～20鐵礦、硬砂巖很硬>2000>20硬花崗巖、含鐵石英巖

5．物料機(jī)械粉碎過(guò)程中粉碎機(jī)械對(duì)物料施力的方式有那些？

【解】物料粉碎是在機(jī)械力作用下進(jìn)行的，任何一種粉碎機(jī)械都不只用一種力來(lái)完成粉碎過(guò)程。依據(jù)粉碎機(jī)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。關(guān)于某一種粉碎設(shè)備，多數(shù)狀況下是以一種施力方式為主，假設(shè)干種施力方式同時(shí)存在，這樣有利于提升粉碎效率。

6．簡(jiǎn)述三種粉碎模型的特征

【解】(1)體積粉碎模型

如圖〔a〕，整個(gè)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(guò)程的進(jìn)行，這些中間顆粒逐漸被粉碎成細(xì)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〕，在粉碎的某一隨時(shí)，僅是顆粒的表面產(chǎn)生破壞，被磨削下微粉成分，這一破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(jiǎn)述三個(gè)粉碎功能理論的基本內(nèi)容。

【解】Rittinger的“表面積假說(shuō)〞認(rèn)為“碎磨過(guò)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(shuō)不太符合實(shí)際過(guò)程。

Kick提出“體積假說(shuō)〞認(rèn)為：“外力作用于物體時(shí)，物體首先發(fā)生彈性變形，當(dāng)外力超過(guò)該物體的強(qiáng)度極限時(shí)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(guān)〞。這種假說(shuō)合適于解釋物料的粗碎過(guò)程。

綜合以上兩種假說(shuō)Bond推出了“裂痕假說(shuō)“，他認(rèn)為：“物料在破碎時(shí)外力首先使其在局部發(fā)生變形，一旦局部變形超過(guò)臨界點(diǎn)時(shí)則產(chǎn)生裂口，裂口的形成釋放了物料內(nèi)的變形能，使裂痕擴(kuò)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(lái)，將物料粉碎所需要的有效能量設(shè)定為與體積和表面積的幾何平均值成正比〞。該假說(shuō)接近于符合一般的粉碎過(guò)程，長(zhǎng)期以來(lái)用于指導(dǎo)粉磨工藝和設(shè)備的研究，但至今沒(méi)有從粉體特性和能量輸入方面作出合理的科學(xué)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(guò)的方形篩孔的寬度〔微米〕

W——將一短噸〔〕給料粒度為F的物料粉碎到產(chǎn)品粒度為P時(shí)所消耗的功；

Wi——功指數(shù)，馬上“理論上無(wú)限大的粒度〞粉碎到80%通過(guò)篩孔寬〔或65%通過(guò)篩孔寬〕時(shí)所需的功。

9．什么是助磨劑？對(duì)助磨劑有什么要求？簡(jiǎn)述助磨劑的助磨機(jī)理。

【解】在粉碎作業(yè)中，能夠顯著提升粉碎效率或降低能耗的化學(xué)物質(zhì)稱為助磨劑。

從化學(xué)結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，助磨劑應(yīng)具有合格的選擇性分散作用；能夠調(diào)節(jié)料漿的粘度；具有較強(qiáng)的抗Ca＋2、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(fù)雜的物理化學(xué)環(huán)境相適應(yīng)。

關(guān)于助磨劑的助磨作用機(jī)理，主要提出了兩種學(xué)說(shuō)。一是“吸附降低硬度〞學(xué)說(shuō)：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面層晶格的位錯(cuò)遷移，產(chǎn)生點(diǎn)或線的缺陷，從而降低顆粒的強(qiáng)度和硬度，促進(jìn)裂痕的產(chǎn)生和擴(kuò)展：二是“料漿流變學(xué)調(diào)節(jié)〞學(xué)說(shuō)：助磨劑通過(guò)調(diào)節(jié)漿料的流變學(xué)性質(zhì)和顆粒的表面電性等，降低漿料〔如礦漿〕的粘度，促進(jìn)顆粒的分散，從而提升漿料的可流動(dòng)性，阻止顆粒在研磨介質(zhì)及磨機(jī)襯板上的粘附以及顆粒之間的團(tuán)聚。

10．什么叫分級(jí)？分級(jí)的方式有那些？

【解】分級(jí)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假設(shè)干粒度級(jí)別的過(guò)程。因此分級(jí)是物料按粒度分開(kāi)的一種形式。依據(jù)分級(jí)的原理、設(shè)備及分級(jí)介質(zhì)的不同，分級(jí)的方式有篩分分級(jí)、水力分級(jí)和氣流分級(jí)。

11.篩分作業(yè)的形式或作用有那些？

獨(dú)立篩分——當(dāng)篩分產(chǎn)品作為最終產(chǎn)品供給用戶使用時(shí)；

準(zhǔn)備篩分——當(dāng)篩分作業(yè)是為下一道工序提供不同粒級(jí)的原料時(shí)；

輔助篩分——當(dāng)篩分與粉碎設(shè)備配合使用時(shí)；

預(yù)先篩分——當(dāng)篩分作業(yè)用于粉碎前將粒度合格的物料預(yù)先分出時(shí)；

檢查篩分——篩分作業(yè)用于控制粉碎產(chǎn)品粒度時(shí)。

篩分作業(yè)還可用于物料的脫水或分開(kāi)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。在某些狀況下，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(biāo)準(zhǔn)篩、基篩、篩比篩序?

【解】篩分分析是將物料樣品通過(guò)一系列不同篩孔的標(biāo)準(zhǔn)篩，篩分成假設(shè)干個(gè)粒級(jí)，求得以重量百分?jǐn)?shù)表示的粒度分布。標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)制作的篩子。標(biāo)準(zhǔn)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(guó)都制定了不同的標(biāo)準(zhǔn)篩系列，常用的是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)篩和泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩。標(biāo)準(zhǔn)篩由“基篩〞和“篩比〞兩個(gè)參數(shù)決定，基篩是指作為基準(zhǔn)的篩子，

13.工業(yè)用篩的種類有那些？各有和特點(diǎn)？

工業(yè)用篩大致上分振動(dòng)篩和擺動(dòng)篩兩類。前者篩面有垂直振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)數(shù)在600r/min以上。后者的擺動(dòng)方向沿篩面，擺動(dòng)數(shù)在400r/min以下。圖3-6為典型的振動(dòng)形式。通常，附著性較差的毫米級(jí)粗料用振動(dòng)篩，附著性較強(qiáng)以下的物料用擺動(dòng)篩。

14．何謂難篩粒，易篩粒？他們?cè)诤Y分過(guò)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(guò)篩孔，被稱為易篩粒；而大于篩孔3/4的顆粒，因透篩困難，稱為難篩粒。

在松散物料的篩分過(guò)程中，篩分開(kāi)始后，易篩粒很快通過(guò)篩孔，此時(shí)篩分效率很高；隨著篩分時(shí)間的延長(zhǎng)，篩面上的易篩粒愈來(lái)愈少，以至只有難篩粒存在時(shí)，篩分效率就愈來(lái)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(jì)的生產(chǎn)能力為8噸/小時(shí)，該原料的粒度-15mm～+0mm，其中-6mm～+0mm粒級(jí)含量為68％，-2mm～+0mm粒級(jí)含量為38％，當(dāng)用篩孔為6mm的篩網(wǎng)篩分后，篩上產(chǎn)品中-6mm粒級(jí)含量為4％，-2mm粒級(jí)含量為％，求這兩個(gè)粒級(jí)的篩分效率。

【解】用小于篩孔的所有物料來(lái)計(jì)算篩分效率，其結(jié)果稱總篩分效率；只用小于篩孔物料的各別粒級(jí)或幾個(gè)粒級(jí)計(jì)算，則稱為部分篩分效率。

由篩分效率計(jì)算式：

關(guān)于-6mm～+0mm粒級(jí)的篩分效率：

α1＝68、β1＝100、1＝4

代入計(jì)算式，可求得：E1＝98.03%

關(guān)于-2mm～+0mm粒級(jí)的篩分效率：

α2＝38、β2＝未知、2＝0.3

由篩分過(guò)程篩下產(chǎn)物產(chǎn)率不變之關(guān)系，即

可求得：β2＝56.85

代入計(jì)算式，可求得：E2＝99.73%。

16．什么是水力分級(jí)，它有哪幾種形式？

【解】水力分級(jí)中分級(jí)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有三種形式：

〔1〕介質(zhì)的流動(dòng)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(yùn)動(dòng)流。

17．什么是粒度分布曲線？如何用粒度分布曲線確定分級(jí)粒度和評(píng)判分級(jí)效果？

【解】以粒度為橫坐標(biāo)，各粒級(jí)在粗粒級(jí)或細(xì)粒級(jí)中的分配率為縱坐標(biāo)，繪出的表示分級(jí)效果的曲線稱為分配曲線。

分配率50%所對(duì)應(yīng)的粒度即為分級(jí)粒度，稱為d50。曲線越陡表示分級(jí)效率越高

利用分開(kāi)曲線確定分開(kāi)粒度是國(guó)內(nèi)外廣泛使用的方法，并可用偏差EP表示分級(jí)效率

〔1〕

式中d75，d25——分別為分配率75%和25%所對(duì)應(yīng)的粒度。

顯然，EP值越小，說(shuō)明分級(jí)效率越高。

18．簡(jiǎn)述分級(jí)效率及其意義。

【解】綜合分級(jí)效率ηf反映了產(chǎn)物在質(zhì)〔純度〕、量〔回收率〕兩方面提升的幅度。ηf被定義為：實(shí)際被有效分級(jí)的細(xì)顆粒量P與理想條件下被分開(kāi)的細(xì)顆粒量P0之比，用百分?jǐn)?shù)表示。

式中第一項(xiàng)是細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品中細(xì)粒的回收率，第二項(xiàng)是粗粒在細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品中的回收率。可見(jiàn)，綜合分級(jí)效率ηf也可以說(shuō)是細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品中細(xì)粒的回收率與細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品中粗?；厥章实牟钪?。

細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品中粗粒的回收率表示粗顆粒的混入對(duì)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(biāo)；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。

①列表法；②圖示法；(3)特性函數(shù)法

21．在相同條件下用同一磨機(jī)分別磨細(xì)同樣重量的標(biāo)準(zhǔn)礦石和待測(cè)礦物，已知待測(cè)礦石的F1＝1000微米，P1＝120微米，標(biāo)準(zhǔn)礦石為：F2＝1130微米，P2＝133微米，Wi2＝，試求待測(cè)礦石的功指數(shù)。

【解】依據(jù)BOND磨礦能耗模型：

式中，F(xiàn)、P——給料及產(chǎn)品中80%通過(guò)的方形篩孔的寬度〔微米〕

W——將一短噸〔〕給料粒度為F的物料粉碎到產(chǎn)品粒度為P時(shí)所消耗的功；

Wi——功指數(shù)，馬上“理論上無(wú)限大的粒度〞粉碎到80%通過(guò)篩孔寬〔或65%通過(guò)篩孔寬〕時(shí)所需的功。

在相同條件下用同一磨機(jī)分別磨細(xì)同樣重量的標(biāo)準(zhǔn)礦石和待測(cè)礦物時(shí)，消耗的總能量相同，即W1＝W2

已知：待測(cè)礦石的F1＝1000微米，P1＝120微米，標(biāo)準(zhǔn)礦石為：F2＝1130微米，P2＝133微米，Wi2＝，

將以上數(shù)據(jù)代入上式，可求待測(cè)礦石的功指數(shù)

Wi1=18.6kWh/st。

2．試依據(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(fù)累積粒度曲線，并依據(jù)所繪曲線查出：-5mm的重量百分含量，+3mm的重量百分含量，-7mm～+5mm粒級(jí)的重量百分率，產(chǎn)品的最大粒度。粒級(jí)/mm重量/g頻率分布/%累積分布累積篩余％累積篩下％-10+8301585-8+6403565-6+4606535-4+2308020-2+0401000合計(jì)200100//

【解】將計(jì)算結(jié)果填入表中，并以粒度為橫坐標(biāo)，累積產(chǎn)率為縱坐標(biāo)，可得該物料的累積粒度分布曲線，如圖。

依據(jù)累積粒度分布曲線，可求得各粒度或粒級(jí)下的分布率：

-5mm的重量百分含量為50%，

+3mm的重量百分含量75%，

-7mm～+5mm粒級(jí)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(shí)所對(duì)應(yīng)的粒度，從圖中可以看出，此物料的最大粒度為。第4章

顆粒在流體中的運(yùn)動(dòng)習(xí)題解答

1．什么是體積分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)？?jī)烧叩年P(guān)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?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)、物理密度和黏度？

【解】懸浮體的體積分?jǐn)?shù)ΦB〔舊稱容積濃度λ〕是指懸浮體中固體顆?！不驓馀荨⒁旱巍车捏w積占有率，它是無(wú)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〕占有的體積。懸浮體的質(zhì)量分?jǐn)?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(wú)量綱數(shù)。假設(shè)顆粒和流體的密度分別用δ和ρ表示，體積分?jǐn)?shù)ΦB與質(zhì)量分?jǐn)?shù)wB有下面的關(guān)系：

已知δ=2650kg/m3和ρ=1000kg/m3，設(shè)石英砂和水的質(zhì)量都是W，則有

故質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)、物理密度和黏度分別為、、1452kg/m3和。

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(diǎn)？什么叫屈服切應(yīng)力？哪些非牛頓流體的流變特性可用冪律模型描述？?jī)缏赡Ｐ椭械膮?shù)K和n有何物理意義？

【解】有效粘度是流變曲線上指定點(diǎn)到原點(diǎn)的直線斜率；微分粘度是流變曲線上指定點(diǎn)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(dāng)剪切速率趣近于零時(shí)有效黏度變?yōu)闊o(wú)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(rèn)為，當(dāng)懸浮液的濃度大到其中的顆粒互相接觸之后，就有塑性現(xiàn)象發(fā)生，欲使系統(tǒng)開(kāi)始流動(dòng)，施加的剪切力必需足以破壞使顆粒形成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這個(gè)剛好能夠破壞顆粒網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的切應(yīng)力就是屈服切應(yīng)力。

假塑性流體〔包括脹塑性流體〕的流變特性可用如下冪律模型描述：

冪律模型中的參數(shù)K也是流體黏性的量度，它不同于黏度，流體越黏，K值越大；指數(shù)n是液體非牛頓性的量度，n值與1相差越大，則非牛頓性越顯著；關(guān)于假塑性流體的n<1〔關(guān)于脹塑性流體n>1〕。

3．什么是自由沉降？什么是干涉沉降？

【解】顆粒在流體中沉降時(shí)，假設(shè)不受四周顆?；蛉萜鞅诟蓴_，稱為自由沉降。顆粒在有限空間中的沉降稱之為干涉沉降。礦物加工中粒群在礦漿中的沉降就是典型的干涉沉降，球體在窄管中的沉降也是干涉沉降。

4．已知石英與水的密度分別為2650kg/m3和1000kg/m3，水的運(yùn)動(dòng)黏度為1.007x10-6m2/s，求直徑為的球形石英顆粒在水中的自由沉降速度、雷諾數(shù)和阻力系數(shù)？

【解】已知δ=2650kg/m3、ρ=1000kg/m3、ν=1.007x10-6m2/s和，則

先試用通用公式計(jì)算：

雷諾數(shù)小于5000，符合通用公式的要求，可進(jìn)一步計(jì)算阻力系數(shù)：

答：直徑為的球形石英顆粒在水中的自由沉降速度、雷諾數(shù)和阻力系數(shù)分別為、和。

5.已知煤與水的密度分別為1350kg/m3和1000kg/m3，水的運(yùn)動(dòng)黏度為1.007x10-6m2/s,測(cè)得某個(gè)球形煤粒在水中的自由沉降速度為，求煤粒的直徑？

【解】已知δ=1350kg/m3、ρ=1000kg/m3、ν=1.007x10-6m2/s和，則

計(jì)算雷諾數(shù)：

雷諾數(shù)小于5000，處于通用公式適用范圍，求出的結(jié)果可用。

答：煤粒的直徑為。

(比較4、5題可知，沉降速度相等的煤與石英顆粒的直徑比為倍,這個(gè)比值就是自由沉降的等降比)

6．已知球形石英顆粒的直徑為，密度為2650kg/m3，某液體的密度為980kg/m3，用落球法測(cè)量該液體的粘度時(shí)，測(cè)得球形石英顆粒的自由沉降速度為0.01m/s，請(qǐng)運(yùn)用〔4-23〕和〔4-31〕式推導(dǎo)出求粘度的計(jì)算公式，并計(jì)算該液體的動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度。

【解】已知δ=2650kg/m3、ρ=980kg/m3、和，由：

可推導(dǎo)出

即

由〔4-31〕式

可推導(dǎo)出

因Re=ρdV0/μ,進(jìn)一步可推導(dǎo)出

即

答：該液體的動(dòng)力黏度和運(yùn)動(dòng)黏度分別為和。

7．干涉沉降實(shí)驗(yàn)測(cè)得懸浮體的體積分?jǐn)?shù)為時(shí),上升水流速度為0.0065m/s，體積分?jǐn)?shù)為時(shí),上升水流速度為0.0205m/s,求干涉沉降速度公式中V0與n的值。

【解】已知、Vh1=0.0065m/s、和，將〔4-50〕式兩邊取對(duì)數(shù)并代入已知

條件，得到下面的二元一次聯(lián)立方程組：

兩式相減可解出n為

再?gòu)穆?lián)立方程組中的任何一個(gè)方程可解出V0，即

答：干涉沉降速度公式中V0與n的值分別為與。

8．假定某種物料的n值服從〔4-52〕式，當(dāng)雷諾數(shù)為10時(shí),干涉沉降的n值為；當(dāng)雷諾數(shù)為100時(shí),干涉沉降的n值為；當(dāng)雷諾數(shù)為50時(shí),干涉沉降的n值為多少？〔取〕

【解】已知Re1=10、、Re2=100、和Re3=50，從〔4-53〕式計(jì)算斜率m1、m2和m3，即

將〔4-52〕式改寫并代入已知條件，得到下面的二元一次聯(lián)立方程組：

兩式相減可解出b為

再?gòu)穆?lián)立方程組中的任何一個(gè)方程可解出a，即

從〔4-52〕式可求出n3，即

答：當(dāng)雷諾數(shù)為50時(shí),干涉沉降的n值為。

9．已知石英與水的密度分別為2650kg/m3和1000kg/m3，水的運(yùn)動(dòng)黏度為1.007x10-6m2/s,用直徑為的球形石英粒群與水配制成容積濃度為的懸浮液，請(qǐng)估算球形石英粒群的干涉沉降速度〔取，，nS=4.65)。

【解】已知δ=2650kg/m3、ρ=1000kg/m3、ν=1.007x10-6m2/s、、，則

先試用〔4-37〕通用公式計(jì)算：

雷諾數(shù)小于5000，符合通用公式的要求。

用〔4-53〕式計(jì)算瑞利曲線的斜率：

用〔4-51〕式計(jì)算n值：

則

答：球形石英粒群的干涉沉降速度為。

10．在20℃的水中，空氣氣泡非常慢地形成，試求在以下條件下，當(dāng)形成的氣泡分開(kāi)出來(lái)時(shí)的直徑：

〔1〕氣泡是在不潤(rùn)濕的孔口的上表面生成的，孔口半徑分別為、、1mm和2mm；

〔2〕氣泡在孔口潤(rùn)濕表面的孔中形成，接觸角分別為30o、60o、90o、及120o。

【解】水的表面張力取為，水的密度取為ρ=1000kg/m3?！?〕

已知孔口直徑、D2=1mm、D3=2mm和D4=4mm,由于20℃的水表面張力，水的密

度ρ＝kg/m3，氣泡的密度δ＝2kg/m3，g＝，則用〔4-64〕式計(jì)算d值：

同理算得、和?！?〕

已知1＝30o，2＝60o，3＝90o和4＝120o，在孔口潤(rùn)濕表面中，結(jié)合

〔1〕中已知，用〔4-68〕式計(jì)算d值：

同理算得、和。

答：〔1〕孔口半徑分別為、、1mm和2mm時(shí)，形成的氣泡分開(kāi)出來(lái)時(shí)的直徑分別為，

、和。

〔2〕接觸角分別為30o、60o、90o、及120o時(shí)，形成的氣泡分開(kāi)出來(lái)時(shí)的直徑分別為，、和。

11．一個(gè)盛有水的攪拌桶，電機(jī)攪拌功率為1kw，求水中平衡氣泡的直徑。

【解】已知功率P=1000w和水的體積V=0.01m3,表面張力受水中的藥劑與雜質(zhì)的影響很大,參照12題提供的水

的數(shù)據(jù)，計(jì)算取水的表面張力σ=0.07N/m,水的密度取ρ=1000kg/m3,

則

用欣茲〔HinZe〕公式(4-69)估算氣泡的尺寸，即

答：水中平衡氣泡的直徑為。

12．已知水的表面張力為，密度為1000kg/m3,動(dòng)力黏度為0.001Pa·s，試估算等價(jià)半徑

為2mm、5mm和20mm空氣氣泡在水中的上升速度。

【解】已知、ρ=1000kg/m3、μ=0.001Pa·s、、和Rb3=0.020m,依據(jù)

〔4-79〕式、〔4-80〕式和表4-3中的氣泡上升速度公式，有

則

由〔4-81〕式得

先試用表4-3中Ⅲ區(qū)的公式計(jì)算的氣泡上升速度

Reb和G2都滿足Ⅲ區(qū)的條件，結(jié)果正確。

再用表4-3中Ⅳ區(qū)的公式計(jì)算的氣泡上升速度,改用更準(zhǔn)確的系數(shù)代替得

Reb和G2都滿足Ⅳ區(qū)的公式的條件,結(jié)果正確。

要用(4-78)式計(jì)算的氣泡上升速度,即

該結(jié)果與圖4-12比較是吻合的,證實(shí)了哈馬賽在Ⅳ區(qū)給出的常數(shù)值是正確的。

答：等價(jià)半徑為2mm、5mm和20mm空氣氣泡在水中的上升速度分別為、和。

13．簡(jiǎn)述流體中氣泡的形成方式，以及顆粒與氣泡的碰撞與黏結(jié)機(jī)理。

【解】流體中氣泡的形成方式有兩種：一、孔口產(chǎn)生氣泡〔液滴〕。在靜止流體中，將圓形孔口朝上低速吹出氣體，近似于球形的氣泡附著在孔口上,當(dāng)通過(guò)孔口的氣體流率增加時(shí)，由于氣泡達(dá)到某尺寸后，離開(kāi)孔口需要有一定的時(shí)間，因此氣泡尺寸是增大的。二、從液體中析出氣泡。氣泡也能由圍繞液體的蒸發(fā)或溶解在液體中的氣體〔如啤酒、汽水、香濱酒等〕的釋放而形成。這些氣泡幾乎總是在核心的四周形成。

此外，在強(qiáng)迫對(duì)流或機(jī)械攪拌系統(tǒng)中，氣泡的尺寸由剪切應(yīng)力確定，這些應(yīng)力既影響氣泡離開(kāi)形成點(diǎn)的氣泡尺寸，也影響在流場(chǎng)中靜止的最大的氣泡尺寸。

礦粒與氣泡的碰撞與粘附可從物理和化學(xué)兩方面進(jìn)行機(jī)理分析：〔1〕物理機(jī)理

物理機(jī)理包括感應(yīng)時(shí)間、動(dòng)接觸角、動(dòng)量等因素。

a)感應(yīng)時(shí)間是指礦粒突破氣泡的水層而互相接觸這段時(shí)間?？死琳J(rèn)為，顆粒愈大，所需感應(yīng)時(shí)間愈長(zhǎng)，感應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則較難浮。愛(ài)格列斯曾以此評(píng)判藥劑作用及可浮性。

b)動(dòng)接觸角是指在慣性沖擊作用下，氣泡彈性變形，礦?；靥⒄掣剿纬傻慕嵌取７屏Σǚ蛟蟪霾煌６鹊V粒所需的動(dòng)接觸角：

200微米的礦粒為0.7°，而1微米的需1.7°，并且推斷細(xì)泥難浮的原因是由于所需動(dòng)接觸角較大。

c)動(dòng)量機(jī)理是克拉辛首倡，他認(rèn)為粗粒動(dòng)量大，容易突破水化膜而粘附，細(xì)粒動(dòng)量小不易突破水化膜，故粘附概率也小。

〔2〕化學(xué)機(jī)理

化學(xué)機(jī)理包括吸附速率，礦粒表面壽命，表面能、溶解度、吸附罩蓋度等因素。

a〕吸附速率：指藥劑向礦粒吸附的速率,藥劑從溶液中擴(kuò)散到表面，并且和表面發(fā)生反應(yīng)，如果表面反應(yīng)是決定速率的過(guò)程，則粒度沒(méi)有影響，由此推論，粗細(xì)粒一樣易浮。如藥劑擴(kuò)散是決定速率的過(guò)程，則

式中Q/S為單位面積的吸附速率，D為擴(kuò)散系數(shù)，C為吸附劑在溶液中的濃度，C’為吸附劑在礦粒表面的濃度,r為礦粒半徑,T為邊界層厚度。在攪拌條件下，估計(jì)T值界于20至40微米。比此小的礦粒，則吸附速率Q/S增快，這點(diǎn)目前需要進(jìn)一步研究。

b)礦粒表面壽命:高登認(rèn)為，粗粒在破碎磨細(xì)過(guò)程中有“自護(hù)作用〞，暴露壽命較短；而細(xì)粒表面暴露時(shí)間較長(zhǎng)，因而細(xì)粒表面被污染罩蓋氧化等的機(jī)會(huì)較多。但有人認(rèn)為在磨礦分級(jí)循環(huán)中，粗細(xì)粒表面壽命不會(huì)有很大差別。

c)表面能:粗細(xì)粒總表面能大小不一樣。細(xì)粒表面能大，水化度增加。對(duì)藥劑失去選擇吸附作用磨細(xì)過(guò)程中，應(yīng)力集中，裂縫、位錯(cuò)、棱角等高能地區(qū)增多，對(duì)藥劑的吸附量增加。

d)溶解度:粒度愈小，溶解度愈大，關(guān)系式為：

式中R為氣體常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，r為礦粒半徑，Sr指半徑為r的細(xì)粒溶解度，S∞為無(wú)窮大顆?！布大w相〕的溶解度，σS-L為單位面積中固液界面自由能，V為摩爾體積。對(duì)此式的估算說(shuō)明，只有微米礦粒的溶解度才比較顯然地增加，而～10微米的礦粒的溶解度基本相同。

e〕吸附罩蓋度:克來(lái)門曾試驗(yàn)測(cè)定各種粒度的赤鐵礦被油酸罩蓋度與浮選回收率關(guān)系。在同一表面罩蓋度條件下，粗粒(60～40,40～20微米〕比微粒(10～0微米〕的回收率高得多。但安妥內(nèi)〔1975年〕試驗(yàn)銅離子對(duì)閃鋅礦的活化時(shí)，認(rèn)為同一表面罩蓋度條件下，粒度對(duì)回收率影響不顯著，這方面還需繼續(xù)研究。

第5章

物理分選1．某銅礦，其原礦品位α、精礦品位β和尾礦品位分別為1.05%、25.20%、和0.13%。分別計(jì)算求其精礦產(chǎn)率γ、分選回收率ε、富集比和選別比。

【解】

富集比

選別比

2．在粉煤灰的分選試驗(yàn)中，分選試驗(yàn)槽容積為1.5L，單元試驗(yàn)樣重0.5kg。假設(shè)粉煤灰密度為2700kg/m3，分選介質(zhì)水的密度為1000kg/m3，求料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)wB

與體積分?jǐn)?shù)φB。

【解】料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)

體積分?jǐn)?shù)

3．黑鎢礦及其伴生脈石礦物石英的密度分別為7200kg/m3和2650kg/m3；煤及其伴生脈石礦物煤矸石的密度分別為1350kg/m3和2000kg/m3。分別計(jì)算評(píng)估其重選分開(kāi)的難易程度。

【解】重選分開(kāi)的難易程度可由分開(kāi)物料的密度差判定，

E稱為重選可選性推斷準(zhǔn)則。δ1、δ2和ρ分別為輕物料、重物料和介質(zhì)的密度。

黑鎢礦及其伴生脈石礦物石英的重選分開(kāi)難易程度：

，可見(jiàn)黑鎢礦與石英的重選分開(kāi)容易。

煤及其伴生脈石礦物煤矸石的重選分開(kāi)難易程度：

，煤及其伴生脈石礦物煤矸石的重選分開(kāi)容易。

4．欲采納霧化硅鐵〔密度6900kg/m3〕和水配制密度為2850kg/m3的重懸浮液，求其分別加入比例。

【解】加入硅鐵質(zhì)量百分比λ由以下計(jì)算式計(jì)算，

則水的添加量為24%，兩者添加質(zhì)量比例為硅鐵：19：6。

5．簡(jiǎn)述重力分選的基本條件。

【解】重力分選的基本條件有以下三點(diǎn)：

〔1〕實(shí)現(xiàn)顆粒分選的首要條件是分選力>>耗散力，即：Fs/Fd>>1

式中Fs—分選力矢量和，F(xiàn)d—耗散力矢量和。

〔2〕實(shí)現(xiàn)分選的第二個(gè)條件是在被分選的物料的粒度范圍〔dmax—dmin〕內(nèi)，應(yīng)確保最細(xì)的有用物料〔粒度為dc,min〕的分選速度應(yīng)大于最粗的廢棄尾料〔粒度為dg,max〕的分選速度。已知分選速度與Fs/Fd有密切關(guān)系，對(duì)任何一種分選設(shè)備，均可列出不等式：

〔Fs

/Fd〕dc,min>〔F′s/F′d〕dg,max

式中Fs、F′s、及Fd、F′d——分別表示作用于目的物料及廢棄物料的分選力及耗散力。被分選物料的粒度范圍應(yīng)控制在dg,max—dc,min之間，否則分選過(guò)程將受到不同程度的破壞。

〔3〕分選條件之三是，應(yīng)確保顆粒在分選區(qū)的停留時(shí)間t2大于顆粒與脈石的最小分開(kāi)時(shí)間t1。

6．選礦工藝粒度分幾級(jí)，各級(jí)的粒度范圍如何？

【解】選礦工藝粒度分為六級(jí)，各級(jí)的粒度范圍如下表，粒

級(jí)極粗粗中細(xì)微極微粒限〔mm〕>2020～2

7．等降比在重選中有何施行意義？

【解】顆粒的沉降速度與顆粒粒度、密度及形狀等因素有關(guān)。如果密度、粒度和形狀等不完全相同的顆粒以相同的沉降速度沉降，則稱這種現(xiàn)象為等降現(xiàn)象。具有相同沉降速度的顆粒稱為等降顆粒。密度小的顆粒粒度與密度大的顆粒粒度之比稱為等降比，寫成eo。

等降現(xiàn)象在重選施行中有重要意義。當(dāng)對(duì)粒群進(jìn)行水力分級(jí)時(shí)，每一粒級(jí)中的輕密度物料的粒度總要比重密度物料為大，如能知道其中一種物料的粒度，則另一種物料粒度即可由等降比求得。另一方面，假設(shè)一組粒群中最大顆粒與最小顆粒的粒度不超過(guò)等降比，則又可借沉降速度差將其中輕、重物料分開(kāi)開(kāi)來(lái)。

8．重力分選中分選介質(zhì)的種類、作用與主要運(yùn)動(dòng)形式有哪些？

【解】關(guān)于重選而言，常用的介質(zhì)有水、重介質(zhì)和空氣。在介質(zhì)內(nèi)，顆粒借重力、浮力、慣性力和阻力的推動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，不同密度、粒度和形狀的顆粒產(chǎn)生了不同的運(yùn)動(dòng)速度或軌跡，從而達(dá)到了分開(kāi)的目的。在這里介質(zhì)既是傳遞能量的媒介，同時(shí)還擔(dān)負(fù)著松散粒群和搬運(yùn)輸送產(chǎn)物的作用。介質(zhì)在選別過(guò)程中處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，主要的運(yùn)動(dòng)形式有：等速的上升流動(dòng)、垂直的非穩(wěn)定流動(dòng)，沿斜面的流動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等。

9．改變物質(zhì)磁性的方法有那些？

【解】改變物質(zhì)磁性的方法可分為兩類：容積磁性的改變和表面磁性的改變。

容積磁性的改變由以下幾種方法：磁化焙燒、熱磁法；

表面磁性的改變由以下幾種方法：堿浸磁化、疏水磁化、磁種磁化、磁化劑磁化。

10．什么是還原度？

【解】在還原焙燒過(guò)程中，還原焙燒程度以還原度(R)表示：

R=

式中

FeO－還原焙燒礦中FeO的含量,

Fe－還原焙燒礦中全鐵的含量。

赤鐵礦的理想還原度為R=42.8%，一般R=38%～52%被認(rèn)為還原較好。

11．什么是磁場(chǎng)特性？開(kāi)放磁系與閉合磁系的磁場(chǎng)特性有何區(qū)別？

【解】磁場(chǎng)特性是指磁場(chǎng)的大小及在空間的分布規(guī)律。

開(kāi)放磁系的共同特點(diǎn)是，磁極極性交替同側(cè)排列,磁系極距(兩相鄰磁極面中點(diǎn)之間的直線距離)較大，磁通經(jīng)過(guò)的空氣隙較大，因而磁場(chǎng)強(qiáng)度較低。顯然，這類磁系只能用于回收強(qiáng)磁性成分。

閉合磁系的特點(diǎn)是，異性磁極面對(duì)面排列,極距小，即空氣隙小，則磁阻小,因而極間磁場(chǎng)強(qiáng)度高。

12．什么是磁場(chǎng)梯度匹配？

【解】梯度匹配是指鐵磁性鋼毛半徑a與給料顆粒半徑b應(yīng)有一合適的比值，在此合適比值下，介質(zhì)絲作用在鄰近磁性顆粒上的磁力最大，這種合適的比例關(guān)系稱為梯度匹配，合適的比值a／b可由磁性顆粒在高梯度場(chǎng)中所受的磁力確定。

在梯度匹配時(shí),磁力與顆粒半徑的二次方成正比。由于有效磁力限于顆粒直徑范圍內(nèi),故鋼毛的每個(gè)捕收點(diǎn)只能捕收一個(gè)匹配顆粒。因此鋼毛逮住的磁性顆粒的體積大致與鋼毛的體積相同。

13．簡(jiǎn)述磁性顆粒在磁選機(jī)中分開(kāi)的兩種主要方式。

【解】磁性較強(qiáng)的顆粒與磁性較弱的顆粒在磁選機(jī)中的分開(kāi)主要有兩種方式。

一是吸住式，物料給入靠近磁極的區(qū)域，較強(qiáng)磁性顆粒受磁極的吸引而吸住在磁極上或緊靠磁極的圓筒上或聚磁介質(zhì)上，而使之進(jìn)入磁性產(chǎn)品中，而磁性較弱的顆粒在竟?fàn)幜Φ淖饔孟码S料漿流或給料輸送帶進(jìn)入非磁性產(chǎn)物。

二是吸引式,物料進(jìn)入磁選機(jī)磁場(chǎng)中,較強(qiáng)磁性顆粒受磁場(chǎng)吸引,但又有競(jìng)爭(zhēng)力作用而不能沉積在磁極上,只是朝向磁極運(yùn)動(dòng)；磁性較弱的顆粒受的競(jìng)爭(zhēng)力大,背離磁極運(yùn)動(dòng),兩種不磁性顆粒的運(yùn)動(dòng)背道而馳而得到分選。

14．簡(jiǎn)述電選分開(kāi)的基本原理。

【解】電場(chǎng)分選(簡(jiǎn)稱電選)就是基于被分開(kāi)物料在電性質(zhì)上的差別,利用電選機(jī)使物料顆粒帶電，在電選機(jī)電場(chǎng)中顆粒受電場(chǎng)力和機(jī)械力(重力、離心力等)的作用,不同電性質(zhì)的顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生分開(kāi)而得以使物料分選的一種物理分選方法。

電選過(guò)程與電選機(jī)的類型有關(guān)，應(yīng)用較多的是高壓電暈鼓筒式電選機(jī)，其結(jié)構(gòu)示意如圖所示。電極由接地圓筒和高壓電暈極構(gòu)成。電暈極為尖形極或細(xì)絲極，當(dāng)電壓提升到一定值后會(huì)產(chǎn)生電暈放電使顆粒帶電。導(dǎo)體顆粒C與圓筒接觸，迅速傳走電荷，在滾筒離心力作用下，被拋落到導(dǎo)體產(chǎn)品接料斗中；非導(dǎo)體顆粒NC也接觸滾筒,但只傳走部分電荷，繼續(xù)吸于筒面，運(yùn)轉(zhuǎn)至后方被拋落或用毛刷刷人非導(dǎo)體產(chǎn)品接料斗中；中間導(dǎo)電性顆粒MC落人中間產(chǎn)品斗中。

15．為什么復(fù)合物理場(chǎng)能強(qiáng)化分選效果？

【解】復(fù)合電場(chǎng)為靜電場(chǎng)與電暈電場(chǎng)的疊加電場(chǎng),結(jié)合了這兩種電場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn),既有電暈放電又有靜電場(chǎng),擴(kuò)展了導(dǎo)體顆粒與非導(dǎo)體顆粒所受電場(chǎng)力的差別,即導(dǎo)體顆粒受到背離鼓筒的電場(chǎng)力和非導(dǎo)體顆粒吸筒面的電場(chǎng)力都較前兩種電場(chǎng)單獨(dú)使用時(shí)大,因而提升了分選效果。

16．有關(guān)復(fù)合力場(chǎng)的計(jì)算分析通常采納什么方法？

【解】各種物理場(chǎng)都可以用微分方程來(lái)描述，其求解方法有解析解法和數(shù)值解法兩大類。解析解法需要掌握有關(guān)領(lǐng)域的系統(tǒng)知識(shí)和較深的數(shù)學(xué)理論，比較簡(jiǎn)單的物理場(chǎng)可以用解析法求出準(zhǔn)確解，復(fù)雜的問(wèn)題只能用數(shù)值解法求解。第6章

表面物理化學(xué)分選

１.什么是表面物理化學(xué)分選？

【解】利用物料顆粒間的表面物理化學(xué)性質(zhì)差異來(lái)進(jìn)行分選，稱為表面物理化學(xué)分選。目前，表面物理化學(xué)分選方法中應(yīng)用最廣泛，也是最重要的是浮選。浮選是利用礦物表面物理化學(xué)性質(zhì)差異，〔特別是表面潤(rùn)濕性〕在固-液-氣三相界面，有選擇性富集一種或幾種目的物料，從而達(dá)到與廢棄物料分開(kāi)的一種選別技術(shù)。

２.潤(rùn)濕現(xiàn)象中的沾濕(a)、鋪展(b)和浸濕(c)三種類型有何區(qū)別和聯(lián)系？

【解】沾濕，系統(tǒng)消失了固-氣界面和水-氣界面，新生成了固-水界面，單位面積上位能降低為：

WSL=gSG+

gLG

-

gSL=-?G

如果gSG+gLG>gSL

，則位能的降低是正值，沾濕將會(huì)發(fā)生。

鋪展：系統(tǒng)消失了固-氣界面，新生成了固-水界面和水-氣界面，單位面積上

W=gSG-gSL-gLG=-?G

假設(shè)gSG>gSL+gLG，水將排開(kāi)空氣而鋪展，為了達(dá)到很好的潤(rùn)濕,須使gLG和gSL降低，而不降低gSG。

沉浸

系統(tǒng)消失了固-氣界面，新生成了固-水界面，單位面積上

W=gSG-gSL

因此，自發(fā)沉浸的必要條件是gSG>gSL，

使每個(gè)連續(xù)階段成為可能的必要條件是：

由階段Ⅰ到階段Ⅱ

gSG+gLG

>

gSL

由階段Ⅱ到階段Ⅲ

gSG>gSL

由階段Ⅲ到階段Ⅳ

gSG>gLG+gSL

如果第三階段是可能的，則其他階段亦皆可能。因此沉浸潤(rùn)濕的主要條件是：gSG-gSL>gLG。所以沉浸潤(rùn)濕與鋪展?jié)櫇竦臈l件相同。

３.固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量有哪些參數(shù)？與顆粒浮選行為有何聯(lián)系？

【解】固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量有接觸角、潤(rùn)濕功與潤(rùn)濕性、粘著功與可浮性。

接觸角可以標(biāo)志固體表面的潤(rùn)濕性。如果固體表面形成的θ角很小，則稱其為親水性表面；反之，當(dāng)θ角較大，則稱其疏水性表面。θ角越大說(shuō)明固體表面疏水性越強(qiáng)；θ角越小，則固體表面親水性越強(qiáng)。

潤(rùn)濕功亦可定義為：將固-液接觸自交界處拉開(kāi)所需做的最小功。顯然，WSL越大，即cosθ越大，則固-液界面結(jié)合越牢，固體表面親水性越強(qiáng)。

WSG表征著礦粒與氣泡粘著的牢固程度。顯然，WSG越大，即〔1-cosθ〕越大，則固-氣界面結(jié)合越牢，固體表面疏水性越強(qiáng)。

當(dāng)?shù)V物完全親水時(shí)，θ=0°，潤(rùn)濕性cosθ=1，可浮性〔1-cosθ〕=0。此時(shí)礦粒不會(huì)附著氣泡上浮。當(dāng)?shù)V物疏水性增加時(shí)，接觸角θ增大，潤(rùn)濕性cosθ減小，可浮性〔1-cosθ〕增大。

４.礦物的表面潤(rùn)濕性是如何分類的？

【解】礦物表面潤(rùn)濕性，實(shí)際上反映了水化作用的強(qiáng)弱，其中價(jià)鍵性質(zhì)是水化作用能的主要影響因素，因而礦物價(jià)鍵與其表面潤(rùn)濕性直接相關(guān)，依據(jù)價(jià)鍵特性，可以把礦物的自然潤(rùn)濕性分為4個(gè)類型，即強(qiáng)親水性、弱親水疏水性、疏水性、強(qiáng)疏水性。

５.如何改變固體間表面的天然潤(rùn)濕性差異，創(chuàng)造出較大的人工潤(rùn)濕性差異，從而有利于實(shí)現(xiàn)浮選？

【解】礦物或某些物料的浮選分開(kāi)就是利用礦物間或物料間潤(rùn)濕性的差別，并用調(diào)節(jié)自由能的方法擴(kuò)展差別來(lái)實(shí)現(xiàn)分開(kāi)的。常用添加特定浮選藥劑的方法來(lái)擴(kuò)展物料間潤(rùn)濕性的差別。

捕收劑：其分子結(jié)構(gòu)為一端是親礦基團(tuán)，另一端是烴鏈?zhǔn)杷鶊F(tuán)〔石油烴、石蠟等具有大的q和天然強(qiáng)疏水性，見(jiàn)表6-1〕，參見(jiàn)圖6-16。主要作用是使目的礦物表面疏水、增加可浮性，使其易于向氣泡附著。

起泡劑：主要作用是促使泡沫形成，增加分選界面，與捕收劑也有聯(lián)合作用。

調(diào)整劑：主要用于調(diào)整捕收劑的作用及介質(zhì)條件，其中促進(jìn)目的礦物與捕收劑作用的，為活化劑；抑制非目的礦物可浮性的，為抑制劑；調(diào)整介質(zhì)pH的，為pH調(diào)整劑。

６.礦物在水介質(zhì)中的表面電現(xiàn)象是如何起源的？簡(jiǎn)述礦物表面的雙電層結(jié)構(gòu)。

【解】礦物在水介質(zhì)中的表面電現(xiàn)象起源于離子優(yōu)先解離〔或溶解〕、離子優(yōu)先吸附、離子吸附和電離、離子晶格取代。

礦物表