《資源加工學(xué)》課后習(xí)題答案

《資源加工學(xué)》課后習(xí)題答案

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、分離、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(包括分離、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)是根據(jù)物理、化學(xué)原理，通過(guò)分離、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)：鎰結(jié)核、鉆結(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,礦物加工是根據(jù)物理、化學(xué)原理對(duì)天然礦物資源進(jìn)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(xué)原理，對(duì)天然及非傳統(tǒng)礦物資源進(jìn)行分離、純化、改性、

復(fù)合等加工，制備功能礦物材料；

二次資源加工是根據(jù)物理、化學(xué)原理，對(duì)二次資源進(jìn)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(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、分離、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)中的分離。以流體力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)為基

礎(chǔ)，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。如黑鋁礦與石英的

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。

④電磁場(chǎng)中的分離。以電磁學(xué)、靜電學(xué)為基礎(chǔ)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(dǎo)電礦物與非導(dǎo)

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。

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)、浮選劑分子設(shè)計(jì)、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、海洋鎰結(jié)核的處理

等。

⑦化學(xué)分離。包括溶劑萃取、離子交換、膜分離、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)：鎰結(jié)核、鉆結(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)中的分離。以流體力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，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。如黑鴇礦與石英的分離，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。

(4)電磁場(chǎng)中的分離。以電磁學(xué)、靜電學(xué)為基礎(chǔ)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(dǎo)電礦物與非

導(dǎo)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。

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)、浮選劑分子設(shè)計(jì)、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、海洋錦結(jié)核的處理等。

⑦化學(xué)分離。包括溶劑萃取、離子交換、膜分離、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?/p>

會(huì)生產(chǎn)的每一次巨大進(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)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。

2.二次資源包含哪些物料？

【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)大，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，是疇壁附近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)大的磁疇方向的結(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0A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0A

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】根據(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>3.8xlO-5m3/kg（或CGSM制中

X>3xlO-3m3/g）,在磁場(chǎng)強(qiáng)度HO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（Y-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<7.5xl0-6m3/kg?1.26xl0-7m3/kg（或CGSM

制中X=6xl0-4cm3/g-10xl0-6cm3/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)鐵缽礦物一赤鐵

礦、鏡鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、水鎰礦、硬鑄礦、軟缽礦等；一些含鈦、倍、鋁礦物一鈦鐵

礦、金紅石、鋁鐵礦、黑鴇礦等；部分造巖礦物一黑云母、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=1.26xl0-7m3/kg（或CGSM制中

X<10xl0-6cm3/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

部分金屬礦物一方鉛礦、閃鋅礦、輝銅礦、輝睇礦、紅碑銀礦、白鴇礦、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

礦物一石英、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、輝睇礦和自然硫等）。

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，它們是判斷

能否采用電選的依據(jù)。

電導(dǎo)率是長(zhǎng)1cm,截面積為lcm2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=lmm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，

（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0.0662e2/a

棱邊上0.0903e2/a

尖角上0.249e2/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，-

是硫氧化合物，如

等，二是金屬離子的羥基化合物，如、。、、和

（1）

（2）

（3）

（4）

研究表明，氧與硫化物相互作用過(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(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）

離子型礦物在水中山于表面正、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

即對(duì)于陽(yáng)離子M+,

對(duì)于陰離子X(jué)—,則

根據(jù)

而使表面獲得電荷?？捎呻x子的表面結(jié)合能和氣態(tài)離子的水化自由能

（1）計(jì)算。（2）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

對(duì)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（AgD,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（KCD氣態(tài)鉀離子K+的水化自山能為-298kJ/mol,氯離子Cl—的水化自山

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(duì)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，；；

TT

礦物表面礦物表面配衡離子層

其他的例子有，重晶石(BaSO4),鉛帆(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；白鴇礦(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情況。

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)。例如前述白鴇礦在自然飽和溶液中，表

面鴇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(+3.2mV)o

(3)吸附和電離對(duì)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F：

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(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)A13+被低價(jià)的Mg2+或Ca2+取代，或在硅氧四面體層片中，Si4+

被A13+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

金屬離子一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。

表面離子的水化自山能

即對(duì)于陽(yáng)離子M+,

對(duì)于陰離子X(jué)—,則

根據(jù)

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】對(duì)于難溶的氧化物礦物和硅酸鹽礦物，表面因吸附H+或0H—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：可由離子的表面結(jié)合能和氣態(tài)離子的水化自由能

（1）（2）計(jì)算。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

石英破裂：

H+和0H—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？一

【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)，固一水與水一

氣兩個(gè)界面所包之角（包含水相）稱為接觸角，以0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，角很小，則稱其為親水性表面；反之，當(dāng)，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。，角越大說(shuō)明礦物表面疏水性越強(qiáng)；，

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

上式表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)才能使用。

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(,a)和后退角(4)。對(duì)于躺滴法，可用增減液滴體枳的辦法來(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)定時(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(mén)，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，然后選擇合適的分離方法分離成各自單獨(dú)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，提高反應(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用風(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=i1xi2xi3x…xin=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。由于目前采用的粉碎設(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

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0.074mm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)判斷顆粒的可碎性？

【解】可碎性系數(shù)

實(shí)踐中常以石英作為標(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。在礦物加工實(shí)踐中，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

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。根據(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。對(duì)于某?種粉碎設(shè)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(shí)存在，這樣有利于提高粉碎效率。

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),在粉碎的某一時(shí)刻，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(907.185kg)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)，即將“理論上無(wú)限大的粒度”粉碎到80%通過(guò)0.01mm篩孔寬(或65%通

過(guò)0.075mm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，能夠顯著提高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(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)。

對(duì)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)裂紋的產(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，從而提高漿料的可流動(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若干粒度級(jí)別

的過(guò)程。因此分級(jí)是物料按粒度分離的?種形式。根據(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(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，篩分成若干個(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)0.5m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

7

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0.3%,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

的個(gè)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：

對(duì)于-6mm?+0mm粒級(jí)的篩分效率：

al=68,[31=100、1=4

代入計(jì)算式，可求得：E1=98.03%

對(duì)于-2mm?+0mm粒級(jí)的篩分效率：

a2=38、。2=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：02=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d50o曲線越陡

表示分級(jí)效率越高利用分離曲線確定分離粒度是國(guó)顯然，EP值越小，表明分級(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d?反映了產(chǎn)物在質(zhì)（純度）、量（回收率）兩方面提高的幅度?！阥被

定義為：實(shí)際被有效分級(jí)的細(xì)顆粒量P與理想條件下被分離的細(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?？梢?jiàn),

綜合分級(jí)效率￡f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=H30微米,P2=133微米,Wi2=19.5kWh/st,

試求待測(cè)礦石的功指數(shù)?！窘狻扛鶕?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（907.185kg）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)，即將“理論上無(wú)限大的粒度”粉碎到80%通過(guò)0.1mm篩孔寬（或65%通

過(guò)0.075mm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

將以上數(shù)據(jù)代入上式，可求待測(cè)礦石的功指數(shù)Wil=18.6kWh/sto

2.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(fù)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，-7mm?+5mm粒級(jí)的重

量百分率，產(chǎn)品的最大粒度。

已知：待測(cè)礦石的Fl=1000微米，Pl=120微米,標(biāo)準(zhǔn)礦石為：F2=H30微米,P2=133

微米,Wi2=19.5kWh/st,

粒級(jí)

/mm-10+8-8+6-6+4-4+2-2+0合計(jì)

重量/g3040603040200

頻率分布/%

15.020.030.015.020.0100

累積分布

累積篩余％累積篩下％

856535200/

【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。

根據(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9.2mm。

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)①B（舊稱容積濃度入）是指懸浮體中固體顆粒（或氣泡、液滴）

的體積占有率，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）

占有的體枳。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)。若顆粒和流體的密度分別用6和p表示，體積分?jǐn)?shù)①B與質(zhì)量分?jǐn)?shù)

wB有下面的關(guān)系：

己知6=2650kg/m3和p=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0.5000、0.2740、1452kg/m3和2.2902月

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嘉律模型描述？塞律模型中的參數(shù)K和n有何物理意義？

【解】有效粘度是流變曲線上指定點(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?；ハ嘟佑|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

須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幕律模型描述：

毒律模型中的參數(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；對(duì)于假塑性流體的n<l

（對(duì)于脹塑性流體n>l）?

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)，若不受周圍顆?；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0.2mm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3=2650kg/m3、p=1000kg/m3、v=l.007x10-6m2/s和d=0.0002m,貝lj

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0.2mm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

0.02415m/s>4.796和2.904。

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0.02415m/s,求煤粒的直徑？

【解】已知6=1350kg/m3、p=1000kg/m3,v=1.007x10-6m2/s-fHV0=0.02415m/s,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0.4805mm。

(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0.4805/0.2=2.4025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0.2mm,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3=2650kg/m3、p=980kg/m3、d=0.0002m和V0=0.01m/s,由：

可推導(dǎo)出

即

由(4-31)式

可推導(dǎo)出

因Re=pdVO/m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3.172X10-3Pa.s和3.237X10-6m2/So

7.干涉沉降實(shí)驗(yàn)測(cè)得懸浮體的體積分?jǐn)?shù)為0.4時(shí)，上升水流速度為0.0065m/s,體積分?jǐn)?shù)為

0.2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①Bl=0.4、Vh1=0.0065m/s、①B2=0.2和Vh2=0.0205m/s,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?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0.04998m/s與3.993。

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3.46；當(dāng)雷

諾數(shù)為100時(shí)，干涉沉降的n值為2.89：當(dāng)雷諾數(shù)為50時(shí)，干涉沉降的n值為多少？(取k=4.53)

【解】已知Rel=10、nl=3.45、Re2=100、n2=2.89和Re3=5O,從(4-53)式計(jì)算斜率ml、

m2和m3,即

將(4-52)式改寫(xiě)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3.051。

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0.0005m的球形石英粒群與水配制成容積濃度為0.4的懸浮液，請(qǐng)估算球形石英粒

群的干涉沉降速度(取k=4.53,\|/t=0.11,nS=4.65)o

【解】已知3=2650kg/m3、p=1000kg/m3>v=1.007x10-6m2/s>d=0.0005m、①B=0.4,貝U

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0.01423m/s。

10.在20℃的水中，空氣氣泡非常慢地形成，試求在下列條件下，當(dāng)形成的氣泡分離出來(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0.1mm、0.5mm、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30。、60。、90。、及120。。

【解】水的表面張力取為。=0.07N/m,水的密度取為p=1000kg/m3。

(1)已知孔口直徑Dl=0.2mm、D2=lmm.D3=2mm和D4=4mm,由于20℃的水表

面張力o=72.75mN/m,水的密

度p=kg/m3,氣泡的密度6=2kg/m3,g=9.8m/s2,則用(4-64)式計(jì)算d值：

同理算得d2=3.1mm、d3=3.9mm和D4=4.9mm。

(2)已知1=30。，2=60°,3=90。和4=120。，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d2=3.4mm、d3=5.1mm和D4=6.8mm。

答：(1)孔口半徑分別為0.1mm、0.5mm、1mm和2mm時(shí)，形成的氣泡分離出來(lái)時(shí)的直

徑分別為dl=1.8mm?

d2=3.1mm、d3=3.9mm和D4=4.9mm。

(2)接觸角分別為30。、60。、90。、及120°時(shí)，形成的氣泡分離出來(lái)時(shí)的直徑分別為d1=1.7mm,

d2=3.4mm>d3=5.1mm和D4=6.8mm。

11.一個(gè)盛有0.01m3水的攪拌桶，電機(jī)攪拌功率為Ikw,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，參考12題提供的水的數(shù)據(jù)，計(jì)算取水的表面張力o=0.07N/m,水的密度取

p=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0.3693mm。

12.已知水的表面張力為0.07N/m,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CT=0.07N/m>p=1000kg/m3,|i=0.001Pa-s、Rbl=0.002m、Rb2=0.005m和Rb3=0.020m,

根據(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HI區(qū)的公式計(jì)算Rbl=0.002m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W區(qū)的公式計(jì)算Rb2=0.005m的氣泡上升速度，改用更精確的系數(shù)1.53代替

1.18得

Reb和G2都滿足W區(qū)的公式的條件，結(jié)果正確。

要用（4-78）式計(jì)算Rb2=0.02m的氣泡上升速度，即

該結(jié)果與圖4-12比較是吻合的，證明了哈馬賽在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0.2526m/s、

0.2476m/s和0.4427m/s?

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周圍形成。止匕外，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相互接觸這段時(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?/p>

波夫曾求出不同粒度礦粒所需的動(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。在攪拌條件卜，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)?？偙砻婺艽笮〔灰粯?。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，Soo為

無(wú)窮大顆粒（即體相）的溶解度，cS-L為單位面積中固液界面自由能，V為摩爾體積。對(duì)

此式的估算表明，只有0』微米礦粒的溶解度才比較明顯地增加，而0.5?10

微米的礦粒的溶解度基本

相同。

e）吸附罩蓋度：克來(lái)門(mén)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。

但安妥物理分選

1.某銅礦，其原礦品位a、精礦品位0和尾礦品位

比和選別比。

【解】分別為1.05%、25.20%、和0.13%。分別計(jì)算求其精礦產(chǎn)率八分選回收率￡、

富集

富集比=p/a=25.02%-1.05%=23.83

選別比K=l/y=26.18

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。若粉煤灰密

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)（pB。

【解】料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)

體積分?jǐn)?shù)

3.黑鴿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

石礦物煤砰石的密

度分別為1350kg/m3和2000kg/m3。分別計(jì)算評(píng)估其重選分離的難易程度。

【解】重選分離的難易程度可由分離物料的密度差判定，

E稱為重選可選性判斷準(zhǔn)則。61、32和p分別為輕物料、重物料和介質(zhì)的密度。

黑鋁礦及其伴生脈石礦物石英的重選分離難易程度：

E>2.5,可見(jiàn)黑鴇礦與石英的重選分離容易。

煤及其伴生脈石礦物煤砰石的重選分離難易程度：

E>2.5,煤及其伴生脈石礦物煤肝石的重選分離容易。

4.欲采用霧化硅鐵（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)量百分比九由以下計(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)/Fd)dc,min>

(F's/F'd)dg,max

式中Fs、F，s、及Fd、Fd——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—de,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)保證顆粒在分選區(qū)的停留時(shí)間t2大于顆粒與脈石的最小分離時(shí)

間tl?

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，

7.等降比在重選中有何實(shí)踐意義？

【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(xiě)成eoo

等降現(xiàn)象在重選實(shí)踐中有重要意義。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，若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、重物料分離開(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】對(duì)于重選而言，常用的介質(zhì)有水、重介質(zhì)和空氣。在介質(zhì)R=

式中FeO—還原焙燒礦中FcO的含量，F(xiàn)c—還原焙燒礦中全鐵的含量。

赤鐵礦的理想還原度為R=42.8%,?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)