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选矿学

选矿学是研究矿物分离的一门应用技术学科。 其学科目的是通过重选、磁选和浮选等方法将有用矿物和脉石(无用)矿物分离。例如:将铁、铜、铅、锌矿石中含有石英等脉石矿物,将品位较低的原矿富集为人造富矿,为进行下一步的冶炼工作(冶炼过程属于冶金工程专业)工作做准备,是矿业中必不可少的一个过程。

选矿是整个矿产品生产过程中最重要的环节,是矿企里的关键部门。一般大型矿企都是综合采、选、冶的资源性企业。用物理或化学方法将矿物原料中的有用矿物和无用矿物(通常称脉石)或有害矿物分开,或将多种有用矿物分离开的工艺过程就称为选矿,又称“矿物加工”。产品中,有用成分富集的称精矿;无用成分富集的称尾矿;有用成分的含量介于精矿和尾矿之间,需进一步处理的称中矿。金属矿物精矿主要作为冶炼业提取金属的原料;非金属矿物精矿作为其他工业的原材料;煤的精选产品为精煤。选矿可显著提高矿物原料的质量,减少运输费用,减轻进一步处理的困难,降低处理成本,并可实现矿物原料的综合利用。由于世界矿物资源日益贫乏,越来越多地利用贫矿和复杂矿,因此需要选矿处理的矿石量越来越大。除少数富矿石外,金属和非金属(包括<A a 煤)矿石几乎都需选矿。

中国煤炭科学院、 北京矿冶总院、北京有色金属研究院、中国科学院、西北有色金属研究院等

中国矿业大学、中国矿业大学(北京)、长安大学、中南大学、北京科技大学、东北大学、昆明理工大学、西安科技大学、山东理工大学、江西理工大学、武汉理工大学、内蒙古科技大学、贵州大学、山东科技大学、石家庄经济学院、河北理工大学、辽宁工程技术大学等。

用外力克服固体物料各质点间的内聚力,使物料块破坏以减小其颗粒粒度的过程,称为破碎和磨碎。破碎使用破碎机,磨碎使用磨碎机。

在破碎和磨碎中,原料粒度于产物粒度的比值称为破碎比。破碎比从数量上衡量及评价破碎和磨矿过程,它表示物料粒度在破碎和磨矿过程中减小的倍数。

重选即重力选矿。利用被分选矿物颗粒间相对密度、粒度、形状的差异及其在介质(水、空气或其他相对密度较大的液体)中运动速率和方向的不同,使之彼此分离的选矿方法。

按所用介质不同,重选分:①风力选,以空气为介质;②水力选,以水为介质;③重介质选,以重液或重悬浮液为介质。风力选主要用于选别石棉、白垩、膨润土、某些稀有金属矿石和在缺水地区选煤。重力选矿通常有跳汰选矿、溜槽选矿、摇床选矿(淘汰盘)和重介质选矿等;按使用的介质,又分湿式重选与风力重选(干式)。

浮选,漂浮选矿的简称,是根据矿物颗粒表面物理化学性质的不同,按矿物可浮性的差异进行分选的方法。利用矿物表面的物理化学性质差异选别矿物颗粒的过程,旧称浮游选矿,是应用最广泛的选矿方法。几乎所有的矿石都可用浮选分选。如金矿、银矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辉铜矿、辉钼矿、镍黄铁矿等硫化矿物,孔雀石、白铅矿、菱锌矿、异极矿和赤铁矿、锡石、黑钨矿、钛铁矿、绿柱石、锂辉石以及稀土金属矿物、铀矿等氧化矿物的选别。石墨、硫黄、金刚石、石英、云母、长石等非金属矿物和硅酸盐矿物及萤石、磷灰石、重晶石等非金属盐类矿物和钾盐、岩盐等可溶性盐类矿物的选别。浮选的另一重要用途是降低细粒煤中的灰分和从煤中脱除细粒硫铁矿。全世界每年经浮选处理的矿石和物料有数十亿吨。大型选矿厂每天处理矿石达十万吨。浮选的生产指标和设备效率均较高,选别硫化矿石回收率在90-以上,精矿品位可接近纯矿物的理论品位。用浮选处理多金属共生矿物,如从铜、铅、锌等多金属矿矿石中可分离出铜、铅、锌和硫铁矿等多种精矿,且能得到很高的选别指标。

磁选是利用各种矿石或物料的磁性差异,在磁力及其他力作用下进行选别的过程。通常将待选矿物按比磁化系数x的大小分为四类:①强磁性矿物,x>3000×10-9m3/kg,主要有磁铁矿、钛磁铁矿和磁黄铁矿等;②中等磁性矿物,x=(600~3000)×10-9m3/kg,有钛铁矿、假像和半假象赤铁矿等;③弱磁性矿物,x=(15~600)×10-9m3/kg,主要有赤铁矿、镜铁矿、菱铁矿、褐铁矿、软锰矿、硬锰矿和黑钨矿等;④非磁性矿物,x<15×10-9m3/kg,有白钨矿、石英、长石、方铅矿、金和萤石等。 磁选的工作原理是待选别的物料给入磁选机的分选空间后,受到磁力和其他机械力(如重力、离心力、摩擦力、介质阻力等)的共同作用。磁性矿物颗粒所受磁力的大小与矿物本身磁性有关;非磁性矿物颗粒主要受机械力的作用。因之,各沿不同路径运动,得到分选。一般说来磁性颗粒在磁场中所受比磁力的大小与磁场强度和梯度成正比。

磁选机 种类繁多,通常按磁场强弱、聚磁介质类型、工作介质以及结构特点等分类和命名。最基本的是按磁场强弱分类,有三类:①弱磁场磁选机,工作间隙的磁场强度为(0.6~1.6)×105A/m,用来选别强磁性矿物;②中磁场磁选机,工作间隙的磁场强度为(1.6~4.8)×105A/m,用来选别中等磁性矿物;③强磁场磁选机,工作间隙的磁场强度为(4.8~20.8)×105A/m用来选别弱磁性矿物。70年代以来出现超导磁选机,磁场强度可达(28~40)×105A/m,可以选别磁性更弱的矿物。按工作介质,磁选机有干式(空气)及湿式(水)之分。磁选机结构与要选别的矿物磁性强弱以及粒度有关。除磁滑轮用于选别块状物料外,一般可处理的物料粒度由几毫米至几微米。

化学选矿法是利用化学作用将矿石中有用成分提取出来的方法。它包括各种形式的焙烧、浸出;溶剂萃取;离子交换;沉淀、电沉积、离子浮选等等。下面作简单介绍。

一、焙烧法

除弱磁性铁矿石的磁化焙烧法以外,还有其它形式的焙烧法。

1.氧化焙烧

辉钼矿的焙烧氨浸可以作为氧化焙烧的例子。辉钼矿经氧化焙烧后生成三氧化钼,用氨浸出时生成钼酸铵进入溶液,与不溶物加以分离。溶液经浓缩结晶得到钼酸铵晶体,或加酸酸化生成钼酸沉淀,从而与可溶性杂质分离。二者经煅烧后都生成纯净的三氧化钼,然后用氢还原法生产金属钼。

2.硫酸化焙烧

硫酸化焙烧指的是金属硫化矿经氧化焙烧生成硫酸盐,然后用水浸出的分离过程。金属硫酸盐在高温下易分解成金属氧化物和三氧化硫。但各种金属硫酸盐分解温度不同,如铁的硫酸盐约在550℃发生分解,而铜、钴、镍的硫酸盐则需在700℃以上才发生分解。通常利用这种差别可以从含铜、钴,镍的黄铁矿中分别提取铜、钴、镍。这时需将黄铁矿的氧化焙烧温度控制在700℃以下,焙烧生成的气体产物二氧化硫(与部分三氧化硫)用于制 造硫酸。焙烧残渣则用水浸出。其中的硫酸铜、钴或镍进入溶液后,再作进一步分离。

3.酸性焙烧

酸性焙烧指甩浓硫酸、硫酸氢钠等作酸性熔剂,与矿石一起焙烧,从而使其中的有用成分生成可溶性的硫酸盐的过程。生成的硫酸盐用水浸出,作进一步处理。例如,用浓硫酸分解氟碳铈镧矿精矿的过程就是酸性焙烧的过程。

电力选矿为在高压电场作用下,配合其他力场作用,利用矿物的电性质的不同进行选别的干选过程。可用于有色金属、铁矿石、非金属矿石以及其他物料的选别。

电选过程中应用的矿物电学性质主要有电导率、介电常数等。电导率大于10~10Ωm的称为导体矿物,有自然铜、石墨、方铅矿、金、磁黄铁矿等;电导率为1~10Ω/m的称半导体矿物,有赤铁矿、锡石、磁铁矿、黄铜矿;电导率小于10Ωm的矿物称非导体矿物,如碳酸盐和硅酸盐矿物等。电选时必须使矿物颗粒带电,主要方法有:①摩擦带电;②感应带电;③接触带电;④电晕放电电场中带电等。

电选机种类较多,多为圆筒式,用电晕极或电晕与静电极相结合的复合电场。此外,还有室式、溜槽式和摇床式等。圆筒式电选机中,圆筒为接地电极(直径为150~350mm);电晕极(直径为 0.2~0.3mm)和静电极与圆筒平行安置。当高压直流负(或正)电加到电晕电极和静电极(偏向电极)时,电晕极附近的空气被电离成电晕电流,流向圆筒,在圆筒表面空间形成了空间体电荷;而在偏向电极和圆筒之间则形成静电电场。矿粒经振动给矿槽和转筒带入此空间时,获得电荷。导电性好的矿粒所获得的电荷经圆筒迅速传走,在离心力、重力和静电力的共同作用下,从圆筒前方落下;非导体矿粒因导电性差,不易失去所带的电荷,此电荷与筒面感应,产生镜面吸力使矿粒紧吸于筒面,随圆筒转到后方,然后被毛刷强制刷下(见图)。

包括手选和机械拣选。主要用于预选丢除废石。手选是根据矿物的外部特征,用人工挑选。这种古老的选矿方法,某些矿山迄今仍在应用。机械拣选有:①光拣选,利用矿物光学特性的差异选别;②X射线拣选,利用在X射线照射下发出荧光的特性选别;③放射线拣选,利用铀、钍等矿物的天然放射性选别。70年代开始出现了利用矿物导电性或磁性的电性拣选和磁性拣选。

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