武汉科技大学固体材料分选理论与工艺有答案年考研专业课真题汇编.docx

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武汉科技大学固体材料分选理论与工艺有答案年考研专业课真题汇编

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二O一一年招收硕士研究生入学考试试题

考试科目及代码：

固体物料分选理论与工艺830

适用专业：

矿物加工工程

可使用的常用工具：

计算器

答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。

考试时间3小时，总分值150分。

一、名词解释（每小题5分，共20分）

1．颗粒的几何特征有哪些？

2．何谓矿物晶体表面的饱和键力和不饱和键力？

3．何谓润湿现象？

4．何谓双电层结构？

二、简答题（每小题10分，共60分）

5．物料取样中应注意哪些主要问题？

6．简要回答几种常见的破碎比及其应用场合？

7．固体重介质的基本要求是什么？

8．简要回答矿物颗粒在电场中带电的方法？

9．扩展的DLVO理论的基本内容?

10．磁化焙烧的原理及其分类？

三、综合题（每小题14分，共70分）

11．试论述固体物料分选对象及意义。

12．写出筛分效率的定义及其公式推导。

13．颗粒在粒群中干涉沉降的特性？

14．累积粒度特性曲线的特点和用途？

15．请画出下图所示流程的流程有向图，并写出其流程关联矩阵和拓扑矩阵。

图某分选过程流程图

2011年硕士研究生入学试题（标答）

考试科目：

830固体物料分选理论与工艺

（共三大题，满分150分）

一、名词解释（每小题5分，共20分）

1．颗粒的几何特征有哪些？

答：

颗粒的几何特征主要包括颗粒的大小、外形、表面形态（如表面粗糙度、孔隙度等）及比表面积等。

2．何谓矿物晶体表面的饱和键力和不饱和键力？

答：

矿物晶体内部的任一质点，由于与周围分布的相邻质点相互作用，使键力处于平衡饱和状态，习惯称为饱和键力；而位于晶体表面，例如面心附近的任一质点，则除了在此平面内以及朝向立方体内部的键力因与相邻质点相互作用得到饱和外，在朝向空间这个方向，面心附近的质点的键力则未得到补偿，因而处于未饱和状态，称为不饱和键力或表面不饱和键能。

由此可见，处于表面的质点对外界具有吸附其它物质的能力和作用活性。

同样，位于棱边上的任一质点，将在两个方向上具有不饱和键力，即棱边上质点的键力不饱和程度较高，其对外界具有较高的吸附能力和作用活性。

而位于任一顶角的质点，则因在三个方向上都有不饱和键力，所以位于顶角处的质点不饱和键力最强，即顶角处质点的键力不饱和程度最高，对外界吸附活性也最高，作用也最强烈。

以上说明，矿物经破碎、磨细后，不管是沿任何方向发生破裂，在断裂面上的质点均存在着不饱和键力，且在不同部位未得到补偿键力的不饱和程度亦不相同，其在断裂面不同部位具有不同的吸附能力和作用活性。

这些具有不饱和键力的表面对气体分子、水分子、药剂分子、离子或水溶液中的其它分子、离子，均会发生吸附作用。

值得注意的是，矿石经破碎磨细后，其比表面虽随之增大，形成的棱、角吸附“活性中心”亦增加更多。

所以，矿石磨得越细，吸附能力和作用活性也愈强烈。

3．何谓润湿现象？

答：

润湿是自然界常见的一种界面现象，这是由于液体从固体表面排挤空气并吸附在固体表面所产生的一种界面作用，其相反的作用则是空气从固体表面排挤液体。

矿物可浮性好坏的最直观的标志，就是被水润湿的程度不同，例如石英、云母等很易被水润湿，而石墨、辉钼矿等不易被水润湿。

它主要取决于矿物表面不饱和键力（性质与类型）与偶极水分子相互作用的强弱。

为了实现矿物的有效分离，通常必须对矿物表面的润湿性进行适当的调节，以扩大被分选矿物间润湿性的差异，这样才有利于用浮选分离各种矿物。

调节润湿性的方法可分为物理方法和化学方法两大类。

物理方法有加热及辐射等，目前在浮选实践中主要还是采用化学方法来调节矿物表面的润湿性，即通过捕收剂和调整剂作用于固-液界面，以实现矿物表面润湿性的改变。

4．何谓双电层结构？

答：

双电层包括矿物表面及其所联系的一层溶液，分为定位离子层和外层，外层包括紧密层（又称Stern层）和扩散层。

双电层外层与内层定位离子符号相反起电性平衡作用的离子称为配衡离子。

配衡离子对表面没有特殊的亲和力，是靠静电吸着的。

矿物表面的荷电层决定其表面的电位符号，荷正电时，表面电位为正，反之亦然。

根据表面荷电的起因，一般认为定位离子为H+和OH-，而对于其它离子型矿物以及硫化矿物而言，组成矿物晶格的同名离子即为定位离子。

二、简答题（每小题10分，共60分）

5．物料取样中应注意哪些主要问题？

答：

应用科学的方法，从大批物料中采集该物料的一部分有代表性的样品，这项工作称为取样，取出的有代表性的少量样品称为试样。

取样包括采样和试样的加工制备。

在试样中，应保持原物料中待测的一些特征（例如，密度、组分含量和可选性等），以反映出一定的精确度，在数量上，试样应满足试验的要求。

另外，取样应该选择正确的取样方法，在给定的允许误差范围内，采出具有充分代表性的试样，保证最后所制备的样品与原始物料在物质成分上和工艺性质上严格的相吻合。

取样是矿山开发、分选厂设计、分选工艺过程的检测控制以及分选试验研究工作的重要环节。

6．简要回答几种常见的破碎比及其应用场合？

答：

破碎比就是原物料粒度与产物粒度的比值，它表示经过破碎后，原物料的粒度减小的倍数。

由于碎矿机和磨矿机的功率消耗与生产率都和破碎比有关，所以它是衡量碎矿和磨矿过程的数量指标。

（1）极限破碎比。

用物料在破碎前的最大粒度与破碎后的最大粒度的比值来确定。

（2）名义破碎比。

用碎矿机的给矿口的有效宽度和排矿口的宽度的比值来确定。

（3）平均破碎比。

用平均粒度来确定。

7．固体重介质的基本要求是什么？

答：

首先，固体重介质要求有足够的密度与硬度，以便在适当的体积分数下（一般为0.25左右），配制成密度合乎要求的悬浮液，且在搅拌时不泥化，因为介质碎裂，其表面积增大，表观粘度随之提高。

其次对固体重介质的要求是便于回收，能够用简单的磁选、浮选或分级等方法将被污染了的悬浮液净化。

另外，选择固体重介质也要注意来源广泛，价格便宜，且不要成为精矿的有害杂质。

再者，固体重介质的粒度一般要求较细且分布均匀，这样配成的悬浮液稳定性高。

常用的固体重介质有：

磁铁矿粉、硅铁粉、废铁粉、方铅矿粉等。

8．简要回答矿物颗粒在电场中带电的方法？

答：

在电选过程中，使物料带电的方法通常有摩擦带电、感应带电、接触带电以及在电晕放电电场中带电。

摩擦带电是通过接触、碰撞、摩擦等方法使颗粒带电。

一种是颗粒与颗粒之间相互摩擦，分别获得不同符号的电荷；另一种是颗粒与某种材料摩擦、碰撞或颗粒在其上滚动等使颗粒带电。

感应带电是颗粒并不与带电的电极接触，完全靠感应的方法带电。

如导体颗粒移近电极，由于电极的电场对导体中的自由电子发生作用，使导体颗粒靠近电极的一端产生与电极符号相反的电荷，远离电极的一端产生与电极符号相同的电荷。

如颗粒从电场中移开，这两种相反的电荷便互相抵消，颗粒又恢复到不带电的状态。

这种电荷称为感应电荷。

感应电荷可以用接地的方法移走。

颗粒与带电电极直接接触时，由于颗粒本身的电性质不同，与带电电极接触后所表现出的行为也明显不同。

导电性好的颗粒，直接从电极上获得电荷（正电荷或负电荷），因同性电荷相斥而使颗粒被弹离电极；反之，不导电或导电性很差的颗粒则不能很快或根本不能从电极上获得电荷，只能受到电场的极化，极化后发生正、负电荷中心偏移，靠近电极的一端产生与电极极性相反的电荷，因而不能被电极排斥，从而使2种颗粒因运动轨迹的不同而得到分离。

电晕放电的电场称为电晕电场，这种电场是一种很不均匀的电场。

电晕电场中有2个电极，其中一个电极的曲率很大，直径通常仅有0.2~0.4mm；另一个电极的曲率很小，直径一般为120mm。

2个电极相距一定距离，在正常的大气压强下，提高2个电极之间的电压时，两极间即形成不均匀的电场。

在大曲率的电极附近，电场强度很大，足以导致发生碰撞电离。

而离开电极稍远处，电场强度减弱很多，这里已不能发生碰撞电离。

所以，在电晕电场中，碰撞电离并不能发展到2个电极之间的整个空间，只能发生在大曲率电极附近很薄的1层里（称为电晕区）。

碰撞电离一发生，即可听到咝咝声，同时可以看到围绕电极形成一圈光环，发出淡紫色光亮，此即为电晕放电。

如果电压继续升高，气体的电离范围就逐渐扩大。

当电压升至一定数值时，就发生“火花放电”，同时发出啪啪的响声，此时的电压称为击穿电压，这时电晕电场已遭破坏。

．扩展的DLVO理论的基本内容?

9答：

当微粒悬浮体中的颗粒为疏水颗粒，而且介质为水溶液时，DLVO理论就不能适用。

原因是，除了上述的两种表面力（双电层作用力和范德华作用力）之外，水溶液中的疏水颗粒之间还存在着强烈的疏水吸引力。

扩展的DLVO理论把疏水作用力计算入颗粒之间的相互作用势能的净值，并以此来预测水溶液中疏水颗粒悬浮体的稳定性。

它可表述为，

同样地，以上式计算水溶液中疏水颗粒之间的相互作用势能的净值，作出总作用势能曲线图。

从该图中的能垒值Umax和能垒所在的位置hcr可以判断一个微粒悬浮体或胶体是否发生聚团。

10．磁化焙烧的原理及其分类？

答：

磁化焙烧是矿石加热到一定温度后，在一定的气氛中进行化学反应的过程。

经磁化焙烧后，铁矿物的磁性显著增强，脉石矿物的磁性则变化不大。

铁锰矿石经磁化焙烧后，其中的铁矿物变成强磁性铁矿物，锰矿物的磁性变化不大。

因此，各种弱磁性铁矿石或锰矿石，经磁化焙烧后都可对其进行有效的磁选分离。

磁化焙烧除了增加矿物的磁性外，还能排除矿石中的结晶水、二氧化碳和硫、砷等一些有害杂质，并能使坚硬致密的矿石变为疏松结构，有利于降低磨碎费用。

常用的磁化焙烧法可分为：

还原焙烧、中性焙烧、氧化焙烧和氧化还原焙烧。

三、综合题（每小题14分，共70分）

11．试论述固体物料分选对象及意义。

答：

随着经济的迅猛发展，对矿产资源的需求越来越大，从而加快了资源枯竭的进程。

人们不得不重新审视已有的矿物加工技术并最大限度的扩大处理对象。

众所周知，目前在地壳中已知的3000余种各类矿物中，可被利用的不过200余种。

而由于选冶工艺技术等原因，这些有限资源，仍有相当大部分没被回收利用，如：

黑色金属损失约为20％，有色金属损失约为40％，稀有金属的损失则往往高达50％以上。

在我国由于存在大量的贫、细、杂以及共生矿石，这一问题显得愈加突出。

此外，另一个不容忽视的问题是，现代工业活动及人类生活所带来的大量固体废物，其中含有大量有用金属和无机有机材料。

有数据表明，在进入经济体系的各类物质中，仅有10％～15％的物质能以建筑、工厂、装置、器具等形式积累起来，其余则绝大部分形成了废物。

因此，强化资源回收及综合利用，提高资源承载能力，是减缓和遏制资源枯竭这一进程的唯一有效途径，也是现代固体物料分选的主要任务。

固体物料分选的对象及其意义主要表现在以下几个方面：

（1）富集矿石中有用成分，使之达到冶炼或其它工业要求的质量标准，以便经济、高效地利用矿石资源；

（2）制备高纯矿物产品，为生产高端产品提供优质原料；

（3）去除矿物中的有害杂质，满足后续用户的要求；

（4）分离矿石中多种有价组分，形成各种精料产品，以利于分别加工和利用；

（5）从固体废物如：

尾矿、冶炼及化工废渣、有价粉尘、废旧金属以及垃圾中回收有价成分或使其资源化；

（6）从工业废液、排放废水中回收有用组分或有用物质，实现固液分离或净化处理，以达到保护环境的目的。

12．写出筛分效率的定义及其公式推导。

答：

所谓筛分效率，是指实际得到的筛下产物重量与入筛物料中所含粒度小于筛孔尺寸的物料的重量之比。

筛分效率用百分数或小数表示。

E=（4-4）

式中E—筛分效率，%

C—筛下产品重量，g；

Q—入筛原物料重量，g；

—入筛原物料中小于筛孔的级别的质量分数。

13．颗粒在粒群中干涉沉降的特性？