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矿物加工总结
Ø矿物
具有固定化学成分和物理性质的天然化合物或自然元素
物矿种类:
含氧盐、氧化物(氢氧化物)、硫化物、卤化物、单质等
有用矿物:
能为人类利用
脉石:
目前无法富集或尚不能利用的一些矿物
Ø矿石
在当前的技术经济条件下,人们能够将含有有用矿物的岩石中的某些组分加以富集并利用。
矿石种类:
金属、非金属、化工、能源
Ø岩石
矿物的集合体
矿床:
矿石聚集区
Ø选矿、矿物加工
选矿:
利用矿物的物理或物理化学性质的差异,借助各种选矿设备将矿石中的有用矿物与脉石矿物分离,并达到使有用矿物相对富集的过程。
矿物加工:
涵盖选矿,技术发展(化学、生物、湿法冶金等),延伸至冶金
Ø矿石性质
物理性质:
密度、磁性、导电性、形状、粒度、光泽、颜色
物理化学性质:
润湿性、氧化性
生物化学性质:
可生化性
Ø选矿过程
工艺过程:
准备作业、选别作业、产品处理
辅助过程:
存、运、贮、输送、脱水、除尘
检测过程:
主要参数、计量、加药等
Ø选矿产品
精矿
中矿
尾矿
①品位——是指产品中金属或有用成分的质量与该产品质量之比,常用百分数表示。
通常用a表示原矿品位;β表示精矿品位;θ表示尾矿品位。
②产率——产品质量与原矿质量之比,叫该产品的产率,通常以γ表示。
③回收率——精矿中有用成分的质量与原矿中该有用成分质量之比,称为回收率,常用ε表示。
④选矿比——原矿质量与精矿质量的比值用它可以确定获得1t精矿所需处理原矿石的吨数。
常以K表示。
⑤富矿比(或富集比)一一精矿品位与原矿品位的比值,常用E表示,E=β/a,它表示精矿中有用成分的含量比原矿中该有用成分含量增加的倍数,即选矿过程中有用成分的富集程度。
(1)筛分分析法——此法是利用筛孔大小不同的一系列筛子对散料筛分,n层筛子可把物料分成(n+1)个粒级。
(2)沉降分析法——此法是利用水力分析装置,根据不同粒度的颗粒在水介质中沉降速度不同而分成若于粒级。
(3)显微镜分析法——此法是利用显微镜观察微细颗粒的大小和形状,适用于0.1-50μm的物料,可检查分选产品或校正水力沉降分析结果,也可研究矿石的结构其主要特点是直观。
(4)激光粒度分析法
(2)粒度特性曲线
①破碎比i
极限破碎比i=
真实破碎比i=
名义破碎比i=
●2.1.2破碎机
(1)破碎机
①粗碎破碎机
A颚式破碎机
复杂摆动颚式破碎机
B旋回破碎机
②中、细碎破碎机
A中、细碎圆锥破碎机
B反击式破碎机
C锤式破碎机
D辊式破碎机
E其他高效破碎设备
●筛分机
(1)振动筛
①简单惯性圆振动筛
②自定中心振动筛
③直线振筛
④共振筛
⑤摩根逊筛
Ø破碎筛分流程
●2.3.1破碎筛分流程结构
(1)破碎段数的确定3-3段
(2)筛分作业的确定
•3.1磨矿
磨矿:
为选别作业提供合理的入选粒度,并使有用矿物单体解离。
磨矿介质的运动状态
磨机筒体旋转速度的不同,钢球在磨机内呈现三种基本运动状态。
(1)泻落、离心、抛落
(2)磨机临界转速
最外层的磨矿介质开始“离心运转”时的筒体转速
目前国内生产的球磨机的工作转速一般是临界转速的76%-86%,
即n球=(80%一85%)n0;棒磨机的工作转速稍低。
球磨机
常用:
格子型和溢流型两种
(1)格子型球磨机
第4章重选
重选可选性判定的方法
•4.2.1颗粒在介质中的自由沉降
(1)颗粒在介质中所受的重力
(2)颗粒在介质中所受的阻力压差阻力、摩擦阻力
①Re≤1
②1<Re≤500
③500<Re≤2-105
(3)颗粒在静止介质中的沉降末速
•4.2.2颗粒在介质中的干涉沉降
干涉沉降:
颗粒群有限介质
里亚申科公式
vg=v0(1-λ)n
式中:
vg—矿粒群的干涉沉降速度m/s;
v0---矿粒的自由沉降速度m/s;
λ—矿浆的固体浓度
θ--矿浆松散度,θ=1-λ
n--与粒度和形状有关的系数,试验确定。
4.3.1水力分级
垂直上升
水平介质流
旋转介质流
Ø4.4跳汰分选
●4.4.1概述
跳汰选矿:
处理密度差较大的粗粒矿石最有效的重选方法之一。
分选介质:
水力跳汰;风力跳汰;重介质跳汰。
Ø4.5溜槽分选
4.5.1概述
●在斜槽中借助于斜面水流进行选矿的方法称为溜槽分选。
●理论基础:
基于矿粒在斜面水流中的运动规律。
矿粒群给入缓倾斜(一般3-4度,最大不超过16度)的溜槽内,在水流动力、矿粒的重力(或离心力)、摩擦力等联合作用下松散、分层和分离。
●4.6摇床分选
Ø4.7重介质分选
4.7.1概述
●重介质选矿是在密度大于水的介质中,使矿粒群按密度分选的一种选矿方法。
通常使分选介质的密度界于小密度和大密度的矿物之间。
●基本不受颗粒形状影响,大密度颗粒下沉于分选机底部(精矿),小密度浮起,在分选机上部(尾矿),分别收集。
重介质再回收。
第5章磁选
Ø磁选:
在不均匀磁场中利用矿物之间的磁性差异而使不同矿物实现分离的一种选矿方法。
Ø磁选应用:
黑色金属矿石
有色和稀有金属矿石的精选
磁性重介质的回收和净化
非金属矿中含铁杂质的脱除
煤矿中铁物的排除
环境保护
Ø高梯度磁选机
Ø磁流体分选
Ø5.1磁选的基本原理
●5.1.1磁选过程
•磁选是在磁选机中进行的。
矿浆进入分选空间后,磁性矿粒在不均匀磁场作用下被磁化,从而受磁场吸引力的作用,使其吸在圆筒上,并随之被转筒带至排矿端,排出成为磁性产品;
•非磁性矿粒,由于所受的磁场作用力很小,仍残留在矿浆中,排出后成为非磁性产品,这就是磁选分离过程。
•磁选的必要条件
①适宜的磁场强度,一定的磁场梯度。
②物料颗粒间的磁性差异
③
Ø5.1磁选的基本原理
●5.1.2磁选机的磁场
●磁感应强度B:
TGs1T=104Gs
●磁场强度H:
某点的磁感应强度B与磁介质的导磁率μ的比值H=B/μ
●均匀磁场与非均匀磁场
●磁场梯度:
dH/dxgradH
●颗粒的磁化
•磁性物质:
受磁场作用能产生磁性的物质。
•磁化:
在外磁场作用下,使物体显示磁性的过程称为磁化。
•
比磁化系数:
体积磁化系数与其密度的比值。
物理意义是表示单位质量物体在单位磁场强度的外磁场中磁化时所产生的磁矩。
•式中:
x0—物体的比磁化系数,m3/kg;
•k0---物体的容积磁化系数,无因次;
•δ---物体的密度,kg/m3。
•5.1.4磁性颗粒在非均匀磁场中所受的力
在磁选研究中常用比磁力的概念,它是作用在单位质量颗粒上的磁力。
运用比力的概念可消除矿物颗粒中实际存在的空隙对磁力计算的影响。
f磁=F磁/m=μ0Χ0HgradH
●5.2.1矿物磁性分类
磁性可看成是物质内带电粒子运动的结果,是物质的基本属性之一。
自然界中各种物质都具有不同程度的磁性,大多数物质的磁性都很弱,只有少数物质才有较强的磁性。
就磁性来讲,物质可分为三类:
顺磁性物质
逆磁性物质
铁磁性物质
Ø5.2矿物的磁性
●5.2.2强磁性矿物的磁性特点
①磁铁矿的磁化强度和磁化率很大,存在磁饱和现象,且在较低的磁场强度下就可以达到饱和;
②磁铁矿的磁化强度、磁化率和磁场强度间具有曲线关系。
磁化率随磁场强度变化而变化。
磁铁矿的磁化强度除与矿石性质有关外,还与磁场强度变化历程有关;
③磁铁矿存在磁滞现象,当它离开磁化场后,仍保留一定的剩磁;
④磁铁矿的磁性与矿石的形状和粒度有关。
●5.2.3弱磁性矿物的磁性特点
与强磁性矿物相比,弱磁性矿物的磁性有明显的不同:
①比磁化率小;
②比磁化率大小只与矿物组成有关,与磁场强度及矿物本身的形状、粒度等因素无关;
③弱磁性矿物没有磁饱和现象和磁滞现象,它的磁化强度与磁场强度间为直线关系;
④若弱磁性矿物中混入强磁性矿物,即使量少也会对磁特性产生较大的影响。
由弱磁性的矿物与非磁性矿物构成的连生体,其比磁化率大致与弱磁性矿物的含量成正比,连生体的比磁化率等于各矿物比磁化率的加权平均值。
对于弱磁性铁矿物,可以通过磁化焙烧的方法人为地提高它们的磁性。
5.2.4改变物质磁性的方法(容积、表面)
Ø5.3磁选设备
●5.3.1概述
(1)开放磁系
开放磁系:
磁极在同一侧作相邻配置且磁极之间无感应磁介质的磁系。
(2)闭合磁系
闭合磁系:
磁极作相对配置的磁系。
分选空间即为磁极间的空气隙。
通常空气隙较小,磁通通过空气隙的磁阻小,漏磁少,故分选空间具有较强的磁场,用于分选较弱磁性矿物的强磁选机
Ø5.3磁选设备
●5.3.2弱磁场磁选机
(1)磁滚筒
●磁系
●磁场特征
●应用
(2)湿式永磁圆筒形磁选机
●5.3.3强磁场磁选机
(4)脉动高梯度磁选机(Slon立环脉动高梯度磁选机)
第6章浮选
Ø6.1概述
●浮选(泡沫浮选):
依据各种矿物的表面性质的差异,从矿浆中借助于气泡的浮力,选分矿物的过程。
●浮选过程
碎磨—搅拌槽(加药剂,矿物颗粒与药剂作用)—浮选机(搅拌使矿浆悬浮,产生细小气泡)携带矿粒升到矿浆表面完成浮选分离(正浮选工艺:
矿化泡沫即精矿,槽底物即尾矿;反浮选工艺:
矿化泡沫即尾矿,槽底物即精矿)—产品脱水(浓缩、过滤、有时也干燥)
Ø6.2浮选原理
●6.2.1润湿性、水化现象与可浮性
(1)润湿性
浮选过程中的充气矿浆叫三相体系。
相间的分界面叫相界面。
●6.2.1润湿性、水化现象与可浮性
(1)润湿性
判断矿物表面润湿性的大小,常用接触角表示,接触角的大小随着疏水程度的增大而增加,颗粒疏水性越高,越容易被稳定气泡吸附。
接触角是反映矿物表面亲水性与疏水性强弱程度的一个物理量。
成为衡量润湿程度的尺度,它既能反映矿物的表面性质,又可作为评定矿物可浮性的一种指标。
θ是反映矿物表面亲水性与疏水性强弱程度的一个物理量。
(1-COSθ)称为可浮性
(2)水化现象
水化现象:
水分子对矿物表面吸附所形成的水化作用
水化膜:
水分子在极性矿物表面吸附,形成水化膜,介于矿物表面与水之间。
称为过渡层。
性质更接近固体。
水化膜与可浮性:
水化膜厚度与润湿性成正比。
●6.2.2矿物表面电性与可浮性
(1)双电层结构与表面电性
①定位离子
②水化配衡离子
③负配衡离子
④内层、外层
⑤紧密层(斯特恩层)
●6.2.3气泡矿化
(1)矿粒向气泡附着前后的热力学条件分析
(2)矿粒向气泡附着前后的动力学条件分析
•矿粒附着于气泡经历的三个阶段:
矿粒与气泡相互接近与接触阶段;
矿粒与气泡之间的水化膜变薄与破裂阶段;
矿粒克服了脱落力的影响,在气泡上附着阶段。
③矿粒克服脱离力在气泡上附着
Ø6.3浮选药剂
•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一种灵活有效的手段。
•浮选药剂按其用途,基本上可分为五类:
•
(1)捕收剂
•
(2)起泡剂
•(3)活化剂
•(4)抑制剂
•(5)调整剂
●6.3.1捕收剂
使目的矿物表面疏水,增加可浮性,使其易于向气泡附着,因而凡是能选择性地作用于颗粒表面并能使其疏水的物质均可作为捕收剂。
•捕收剂应满足的条件:
•①来源广,易于制取;
•②价格低,便于使用,即易溶于水,无毒,无臭,成分稳定、不易变质等;
•③捕收作用强,具有足够的活性;
•④有较高的选择性,最好只对某一种矿物具有捕收能力。
(1)硫化矿物捕收剂
主要特征是亲固基中含有二价硫原子,同时疏水基较小。
主要代表有黄药、黑药。
(1)硫化矿物捕收剂
①黄药类、②硫氮类③黑药类④硫胺酯
⑤硫醇类⑥硫脲及其衍生物
(2)氧化矿物捕收剂
(3)非极性矿物捕收剂
●6.3.2起泡剂
•起泡剂是异极性有机物质,分子由两部分组成,一端为非极性亲气基,另一端为极性亲水基(羟基、胺基、羧基等),使起泡剂分子在空气与水的界面上产生定向排列。
•起泡剂大部分是表面活性物质,能降低水的表面张力。
同一系列的表面活性剂,烃基中每增加一个碳原子,其表面活性可以增大3.14倍(特劳贝原则,按三分之一的规律递增)。
表面活性越大,起泡能力越强。
•6.3.3调整剂
(1)抑制剂
①石灰:
黄铁矿、磁黄铁矿
②氰化物:
有色金属硫化物
③硫酸锌:
闪锌矿
④重铬酸钾:
方铅矿
⑤硫化钠:
有色金属硫化物
⑥水玻璃:
石英、硅酸盐
⑦淀粉:
赤铁矿、辉钼矿
⑧羧甲基纤维素:
氧化矿物
(2)活化剂
(3)介质调整剂
①pH调整剂
②分散剂
③絮凝剂
6.4浮选机
•a:
具有良好的充气性能
•b:
具有适宜的搅拌强度
•c:
使气泡有适当长的路程形成稳定的泡沫区
•d:
能连续工作并便于调节(给料、刮泡和排料机构及相应的调节机构)
•e:
适应自动化需要
•浮选机的类型
•机械搅拌式:
机械吸入、粉碎成泡(维姆克、丹佛、XJK、JJF)
•充气搅拌式:
压缩空气,通过微孔产生气泡(浮选柱)
•气体析出式:
气体析出产生微泡(喷射浮选机、真空浮选机)
6.4.1机械搅拌式浮选机(自吸式、充气搅拌式)
(1)XJK浮选机的特点
①搅拌力强,可保证密度、粒度较大的矿粒悬浮,并可促进难溶药剂的分散与乳化。
②对分选多金属矿的复杂流程,自吸实可以靠叶轮的吸浆作用实现中矿返回,省去大量砂泵。
③对难选和复杂矿石或希望得到高品位精矿时,可保证得到较好的稳定指标
④运动部件转速高、能耗大、磨损严重、维修量大。
(2)充气机械搅拌式浮选机
●6.4.2充气(压气)浮选机-浮选柱
●6.4.3浮选机的发展趋势
•①浮选机大型化200-220m3/单台(机、柱)
•②节能降耗(改进转子一定子系统结构)
•③粗细粒浮选设备
•④自动化
•⑤扩大应用领域
Ø6.5浮选流程及结构
●浮选流程:
矿石浮选时,矿浆流经各个作业的总称。
不同类型的矿石,应用不同的流程处理,因此,流程也反映了被处理矿石的工艺特性,故常称为浮选工艺流程。
●6.5.1浮选的原则流程
流程内部结构,除包含了原则流程的内容以外,还详细表达了各段的磨矿分级次数,每个循环的粗选、精选、扫选次数,中矿处理方式等内容。
粗选一般是一次,精选和扫选次数变化较多。
中矿处理:
常见的有
(1)返回浮选过程中的适当地点;
(2)中矿再磨;(3)中矿单独浮选;(4)中矿用水冶等其他方法处理。
●6.5.1浮选的原则流程
(1)段数(磨浮结合的数目)
(2)浮选顺序
流程内部结构:
粗、精选、扫选的次数和中矿处理的方法
6.6影响浮选效果的因素
第7章固液分离
Ø7.1概述
•7.1.1固液分离的意义
•7.1.2固体物料中水分的性质
•7.1.3脱水方法和流程
•7.1.2固体物料中水分的性质
(1)重力水(机械水、自由水)
(2)毛细水
(3)薄膜水
(4)化合水(结晶水、结构水)
•7.1.3脱水方法和流程
(1)脱水方法
(2)脱水流程
一步:
沉降
两步:
沉降+过滤
三步:
沉降+过滤+干燥
●7.2.1浓缩的基本原理
(1)沉降过程
澄清区,沉降区,过渡区,压缩区
(2)沉降曲线
澄清区高度与时间变化
●7.2.2浓缩设备
(1)周边传动式浓缩机
规格:
浓缩池直径m
底流浓度:
≤50%
(2)中心传动式浓缩机
(3)高效浓缩设备
高效:
单位面积处理量4-9倍;
相同处理量基建投资38%。
主要技术特点:
采用混凝技术;
深部给矿;
自动控制。
●7.2.3离心沉降浓缩
(1)水力旋流器
(2)离心沉降脱水机
Ø7.3过滤
●7.3.1概述
过滤:
介质截留、颗粒截留
产物含水:
10-30%
过滤动力:
压差
过滤机类型:
(1)真空过滤
(2)压滤
(3)离心过滤
(4)磁过滤
●7.3.2过滤设备
(1)真空过滤机
(2)压滤机
Ø7.4干燥
●干燥:
利用热能蒸发,脱除化学吸附水(水化水)
●加热方式:
直接加热、间接加热
●传热过程:
传导、对流换热、辐射
●干燥设备:
圆筒干燥机
●干燥趋势:
微波、太阳能、废热
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