4选矿物料工艺性质的测定.docx

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4选矿物料工艺性质的测定

4选矿物料工艺性质的测定

4.1粒度分析

4.1.1基本知识

㈠基本概念

粒度：

矿粒或矿块的大小称粒度，将矿粒分成不同的级别称粒级。

粒度组成（粒度分布）：

物料中各粒级的相对含量。

粒度分析：

测定物料的粒度组成以及比表面等直接或间接了解物料粒度特性的测定工作。

㈡重要性

硅酸盐工业、冶金工业、煤炭工业、食品工业、建筑、建材工业、非金属材料工业都有粒度分析。

㈢粒度测定的方法及范围

方法：

筛分分析（约大于100um）、沉降分析（小于40～60um）（前两者为选矿上采用）计数法（0.01um）、比表面法（0.001um）。

范围：

具体在书P61页表4.1

4.1.2筛分分析

㈠定义

筛分分析：

用筛分的方法将物料按粒度分成若干级别的粒度分析方法。

㈡粒级分类

粒级可划分六类：

胶体d＜0.2um；

次显微0.2um＜d＜2um；

微粒2um＜d＜20um；

细粒0.02mm＜d＜0.2mm；

中粒0.2mm＜d＜2mm；

粗粒2mm＜d＜20mm；

矿泥：

混合体，在工业上不能回收的物料。

㈢粗粒物料的筛析

大于6mm（也有人认为大于1000um即16目的矿粒）的物料称粗粒物料。

属于粗粒物料的筛析，一般采用钢板冲孔或铁丝网制成的手筛直接筛分。

具体作法是用一套不同大小筛孔的筛子进行筛分，将矿石分成若干粒级，然后分别称各粒级重量。

操作中要注意当泥、水较多时，应先清洗。

㈣细粒物料的筛析

⑴利用标准筛进行（筛分分析）

①干法：

将物料倒入套筛的最上层筛面上，放到振动机上振筛10~15分钟，直至当一分钟内所得物料小于筛上的1％，表明已筛完。

②湿法：

在水盆内进行（水清为止）。

说清两个问题：

Ⅰ各粒级重量之和等于原重（差≤1％）；

Ⅱ检查筛分。

至于筛子的标准问题（碎磨已讲过，简单带过）P63

③数据处理

Ⅰ简单坐标法

适用于粒度范围很窄的物料，否则粗粒级横坐标很长，细粒级则挤在一起。

Ⅱ半对数法

适用于宽级别物料。

横坐标的刻度取决于相邻两个筛子筛孔比例。

Ⅲ全对数法

可得直线，延长直线后可求出比最细筛孔更细的物料的产率，另外直线的斜率可判断破碎机的工作情况，K越大，粒级越窄，过粉碎和泥化现象越小（质量越好）。

⑵沉降分析法

测定细粒物料的常用方法，通过粒子在介质中的沉降速度来计算粒度。

沉降法：

重力沉降、离心力沉降、液体沉降、气体沉降、动态沉降（水析、旋流器分级）、静态沉降（吸管法自由沉降、比重计法自由沉降、压力法自由沉降）

通过测定浓度、浮力、比重、压力、光透能力的变化来估算粒度。

测定范围：

0.02～250um

可按自由沉降公式计算：

式中：

——颗粒沉降末速，m/s；

h——颗粒沉降距离，m；

t——颗粒沉降时间，s；

——固体密度，kg/m3；

——液体密度，kg/m3；

g——重力加速度，9.81m/s2；

μ——液体粘度，水在20℃时为0.001N·s/m2；空气的粘度为0.000018N·s/m2；

d——球形固体颗粒直径，m。

若用水为介质，因

为1000kg/m3，可得

反之，当要确定分级粒度，求沉降时间时，可用算式：

此时应注意：

①粒度d为等效粒度；②

为真实密度。

对选矿厂而言，原、尾、精矿的密度都不一样，要注意其使用场合取值的变化情况。

如在流程考查过程中为求粒级回收率，则

全部取用原矿的密度进行计算。

沉降分析的方法：

①沉积法

沉积法的测定装置，根据其原理可分为累积型和增加型两种。

累计型：

测定图中H以上悬浮液中沉积下来的粒子累计沉积量。

测定参数：

压力、质量。

增加型：

测定一定高度H处的粒子浓度的方法。

测定参数：

比重、光透能力、浓度

注意：

各种方法测得曲线不同，计算方法也不同P63

②淘析法：

原理：

逐步缩短沉降时间，由细至粗地将较细物料从试料中淘洗出来。

基本装置：

带毫米刻度刻度纸的透明容器、搅拌器、虹吸管。

操作方法：

Ⅰ试样的准备；

Ⅱ搅拌、静置沉降、计时；

Ⅲ淘析；

Ⅳ加水，重复Ⅱ~Ⅲ步，直到吸出的液体不浑浊为止；

Ⅴ按Ⅱ~Ⅳ步改变沉降时间，而分别得到各粒级（由细到粗）的产物；

Ⅵ将析出的各粒级产物沉淀（过滤）、烘干、称重（总重与原重之差不能超过3%，否则重做），即可算出该粒级产率。

注意：

确定h时要使虹吸管口高于试料层5mm以上，并使矿浆中固体溶积浓度不大于3%。

此外，为了避免矿粒彼此间产生团聚，可在淘析时加入少量分散剂（矿浆中分散剂浓度0.01~0.2%）；为加速10um以下的微细颗粒的沉淀，可在含该产物的水中加入少许明矾。

③流体分级法

原理：

与沉积法和淘析法相同。

现象：

对细粒而言，运动方向相反，对一定的流体流动速度，小于一定粒度的细粒被流体带向上，而粗粒沉下。

优点：

可连续地分出不同的粒度组分，一次能得到多级产品。

方法：

Ⅰ连续水析器

原理：

根据矿粒在水介质中自由沉降的规律，利用相同的上升水量，在不同直径的分级管中，产生不同的上升水速，使矿粒按不同的沉降速度，分成若干级别。

装置：

由给矿装置、给水装置、分级管等部分组成。

Ⅱ旋流水析器

原理：

利用离心力代替重力场进行分级。

在旋流器内，物料分级的快慢取决于离心沉降速度。

装置：

由给矿试样容器、压力表、温度计、转子流量计、给水装置（包括泵）、流量控制阀、旋流器分级管等部分组成。

⑶计数法

计数法是指直接统计不同粒度颗粒个数的方法。

分类：

计数法可分为间接法与直接法。

间接法——测量和统计的是粒子的图象，又称图象法。

包括宏观照相术和显微镜分析、透射和扫描电子显微镜分析、电子探针等。

直接法——对粒子进行直接测量和统计。

可进一步分为机械计数法和场干挠法。

机械计数法——包括对大块矿石的直接测量到利用拾音器测定粒子冲击器壁时振动强度的声学方法等各种人工和机械的测定方法。

场干挠法——利用固体粒子穿过某一物理场（电、磁、声、光）时引起场强变化的原理，借助于输出的脉冲讯号统计不同粒度粒子的数量。

⑷比表面法

比表面：

单位重量的矿粒所具有的总表面称比表面。

比表面测定方法的分类：

渗透法（液体渗透法、气体渗透法）、吸附法。

①渗透法

分液体渗透法、气体渗透法两种方法。

Ⅰ液体渗透法：

粘度为μ的流体，在ΔP的压力差下，流过一面积为A、厚L的多孔物料层，其流速为u，流量为Q，按达尔斯定律：

其流速：

*

式中K为比例常数。

由于流速与毛细孔的截面和长度有关，而粉状物料层中的孔道截面积和长度与试料的空隙度e和表面积S有关，由此可推导出：

**

式中：

——单位体积固体物料的表面积，

——单位重量固体物料的表面积，即比表面；

——固体物料的密度；

k——形状系数。

将式**带入式*，可得：

液体渗透法可用于测定小到5um的试料。

更细的物料，以及会与水发生水合作用的物料（如水泥），须用气体渗透法。

Ⅱ气体渗透法：

基本原理与液体渗透法相同。

常用的仪器有李（Lea）和纳斯（Nurse）透过仪，费氏仪。

一些国家将此测定粒度的方法定为国家标准。

②吸附法

原理：

利用分散度高的细粒物料表面自由能高，能自动吸附气体的特性，测定比表面积。

特点：

适用的粒度范围比渗透法细，在细粒范围内测试精度高，特别是低温氮吸附法。

方法：

容量法（如B.E.T.多点吸附法、B.E.T.单点吸附法、测量小比表面积法等）、重量法（如石英弹簧称、吸附天平等）、流动吸附色谱法等。

㈤粒度分析中的几个问题

⑴粒度的定义是广义的，矿粒往往是很不规则的，粗粒用筛子，得到的矿粒的是几何尺寸，而沉降分析得到的是具有相同速度的当量直径。

⑵取样的代表性问题

不能用全部矿样做粒度分析，不易取到有代表性矿样。

几种粒度方法存在的问题：

⑴筛析法：

①筛子本身的精度；②筛分时间；③负荷。

⑵显微镜法：

①试样的选择；②操作因素，如操作者疲劳、视野的选择方法、焦距的限制等。

⑶沉降法：

①实际沉降速度与斯托克斯公式算出的速度不吻合（因为常用重量浓度大致在3~5%范围内）；②团聚现象。

4.2比重的测定

4.2.1基本知识

㈠基本概念

密度：

单位体积物料的质量，用ρ表示，单位按国际单位制为kg/m3。

相对密度：

物料密度与参比物质密度之比，用d或δ表示（会与d粒度相混，所以用δ表示）。

比重：

物料密度与水密度之比。

重度：

单位体积物料的重量，用γ表示，单位按国际单位制为N/m3。

堆比重（假比重）：

堆积的矿粒（块）群与同体积水的重量比。

堆重度：

单位体积的矿粒（块）群的重量。

㈡知识点

⑴相对密度与比重都是一个无量纲的量，而密度与重度都是有量纲的量。

⑵重度与密度的关系：

γ＝ρ×g。

⑶堆比重（假比重）与堆重度为工程单位。

4.2.2固体物料比重的测定

㈠大块物料比重的测定

方法：

采用天平称重（称出物料的体积）。

⑴普通天平法

步骤：

①称金属丝笼在空气中的重量G1和待测物料与金属丝笼在空气中的重量G3；

②将待测物料浸入到水（介质）中，称待测物料与金属丝笼在水（介质）中的重量G4；

③将待测物料取出，称浸在水（介质）中金属丝笼的重量G2；

④按下列公式对物料比重进行计算：

式中：

Δ——介质比重。

⑤多次测量、计算，取平均值为待测物料的比重。

⑵比重天平法

㈡粉状物料比重的测定

方法：

量筒法、比重瓶法（选矿上常用）、显微比重法、扭力天平法、重液变温法、微比重仪（利用磁流体技术）等。

⑴比重瓶法

方法：

煮沸法、抽真空法及抽真空法与煮沸法相结合的方法。

设备：

烘箱、干燥器、分析天平、比重瓶、真空抽气装置。

步骤：

①称干试样15克放入比重瓶内G；

②注入蒸馏水至比重瓶内，抽真空；

③恒温恒湿；

④塞住比重瓶，称重为G2（水＋样＋瓶）；

⑤倒出矿样，称（水＋瓶）重G1。

则可按公式计算：

式中：

Δ——介质比重。

4.2.3堆比重（堆重度）的测定

㈠相关知识

堆重度：

碎散物料在自然状态下堆积时，单位体积的重量，常用单位是t/m3。

测定目的：

为设计矿仓及其它贮矿设施提供依据。

㈡测定方法

取经过校准的容器，其容积为V，重量为G0，将容器装满矿样并刮平，称重为G1，则：

堆比重

空隙度

式中：

和

——矿样的堆重度（kg/L）和堆比重；

和

——矿样的重度（kg/L）和比重；

——水的重度，取

=1kg/L。

4.3摩擦角和堆积角的测定

测定摩擦角和堆积角的主要目的是为设计原矿仓和中间贮矿槽提供原始数据。

4.3.1摩擦角的测定

测定方法：

用一块木制平板，其一端铰接固定，而另一端则可借细绳牵引使其自由下降。

将试验物料置于板上，并将板缓缓下降，直至物料开始运动为止。

此时测量其倾斜角即为摩擦角。

4.3.2堆积角的测定

测定方法：

自然堆积法与郎氏法。

㈠自然堆积法

将物料自然堆积，测量物料与平面之间的夹角即为堆积角。

㈡郎氏法

试样由漏斗落到一个高架圆台上，在台上形成料堆，直至试样沿料堆的各边都同等地下滑为止，转动一根活动的直尺，即为测出堆积角。

4.4可磨度的测定

4.4.1基本知识

㈠从选矿上磨矿细度对选矿的影响到磨矿在选厂的地位，阐述其意义。

㈡可磨度的表示方法

⑴单位容积磨机的生产能力来度量可磨度：

通常以单位容积单位时间新生成－75um物料的产品量来表示。

⑵单位耗电量来度量可磨度：

通常以新生成每吨－75um物料的耗电量来表示。

⑶绝对可磨度与相对可磨度

绝对可磨度：

用以上两类方法所测出的单位容积生产能力或单位耗电量的绝对度量值来表示。

相对可磨度：

是将待测试样与标准试样的单位容积生产能力或单位耗电量的比值度量值来表示。

实验室一般采用。

4.4.2单位容积生产能力法

㈠开路磨矿法

⑴磨矿机的绝对可磨度：

磨矿机的单位容积生产能力。

计算方式有：

①按给矿量计算：

②按新生成－75um产品计算：

式中：

——在指定的给矿和产品粒度下，按给矿量计算的单位容积生产能力（kg/L·h）；

G——试样原始重量（kg）；

V——试验用磨矿机容积（L）；

T——磨到指定细度所需时间（min）；

——按新生成－75um产品量计算的单位容积生产能力（kg/L·h）；

——新生成－75um产品含量（%）。

⑵磨矿机的相对可磨度：

因在同一磨矿机上进行试验，且要求新生成－75um产品含量相同，故待测矿石与标准矿石的G、V、

相同，则：

由此可见，待测矿石的相对可磨度只需求出T0与T，故一般按新生－75um含量法测定相对可磨度。

㈡闭路磨矿法

方法：

把一定数量的－3mm左右的原矿，筛除指定粒度的合格产品后，进行不同时间的磨矿。

即每次磨矿产品，在筛除指定粒级的合格产品后，返回磨矿机重磨，同时用筛除了合格产品的原矿补足筛除的部分，使磨矿机中的矿石总量保持不变，随着闭路次数的增加，产品中的合格产品量也将逐渐增加，但增加的幅度将逐渐减少，大约经过10次闭路，过程基本稳定，取最后两次的试验数据计算循环负荷和可磨度指标。

循环负荷C按下式计算：

磨矿机的单位容积生产能力按下式计算：

（kg/L·h）

相对可磨度按下式计算：

式中：

和

——待测矿石和标准矿石的绝对可磨度，即单位容积生产能力（kg/L·h）；

和

——待测矿石和标准矿石在相同磨矿时间（T=T0）下闭路磨矿时，最后两次磨矿产品中合格产品的平均产率（%）。

4.4.3单位耗电量法（单位功率法）

单位耗电量法计算矿石的可磨度是以破碎第三定律为基础的，所用的方程式为：

相对可磨度是指标准矿石与待测矿石功指数的比值：

式中：

——测得的待测矿石与标准矿石的单位耗电量（kW·h/t）；

——待测矿石与标准矿石的功指数，即绝对可磨度，单位为kW·h/t；

——待测矿石与标准矿石的产品粒度（um）；

——待测矿石与标准矿石的给矿粒度（um）。

计算方法的实质：

假定两种重量相同的矿样，当给矿粒度大致相同，在磨矿时间、装球量、矿浆浓度、旋转速度均相同的条件下，在同一磨矿机内进行磨矿时，需要的输入功率或功是相同的（即W=W0）。

试验设备与原料：

标准筛、筛分机、分批操作式实验用磨矿机、标准矿石。

操作步骤：

①将一定数量的标准矿石和待测矿石磨碎到－1.70mm；

②缩分出2个2000g的标准矿石矿样和6个2000g的未知矿石矿样；

③从每种矿石选出一份2000g矿样作为给矿筛析样，每样做三次筛析，从1.70mm到75um，每个有代表性的筛析样重约250g；将三次筛析结果绘制成给矿粒度分析曲线；

④将待测矿石逐次增加时间地磨矿，直至筛析试验表明已磨至预定的磨矿粒度，记下对应磨矿时间，然后将标准矿石按同一条件，同一时间磨矿；

⑤将磨细的矿样烘干后进行粒度分析，并将试验结果绘制成磨矿产品粒度分析曲线；（每份样平行做三次筛析）

⑥从给矿与磨矿产品粒度分析曲线中读出“

”、“

”，将此数据代入邦德第三定律公式即可算出功指数。

4.4.4测定可磨度的注意事项

测定可磨度时要注意下列事项：

①标准矿石必须可靠稳定；

②磨矿细度按设计要求确定；

③干湿磨应与生产上一致（脱水）；

④实验室可磨度测定结果不能作自磨机的设计原始数据。

4.5水分的测定

㈠基本知识

矿物的水分分为：

⑴表面水分（外在水分）——覆盖在颗粒表面上的水；

⑵附着水分（分析水分）——含在颗粒的孔隙和裂缝处的水分，其含量与水蒸气的压力和空气的相对湿度有关；

⑶结晶水（化合水）

选矿试验时，水分测定主要是指前两项，这两项水分的总和称总水分或游离水分。

矿石的水分将影响到洗矿、破碎、筛分、贮矿、脱水等作业的流程和设备的选择，对于判断矿产是否可能采用风力选别或干式磁选等具有决定性的意义。

㈡测定方法

水分的测定方法步骤：

①湿样称重为G1；②湿样烘干后冷却称重为G；③按公式

计算水分。

水分的测定至少要求作两份平行样，取其算术平均值，取两位小数以百分数表示。

测定时注意事项：

因表面水分会蒸发，因此水分的测定应及时采样及时测定。

4.6比磁化系数的测定

4.6.1基本知识

⑴比磁化系数

：

体积磁化率

与物体密度

之比。

即

而

M——磁化强度。

⑵矿物比磁化系数的大小是判断磁选法分选各种矿物的可能性的依据。

⑶测量方法

绝对法（古依法）

磁天平法

测量方法比较法（法拉第法）

微小矿物比磁化系数测定法

4.6.2比磁化系数测定的方法

㈠古依法

强弱磁性矿物的f均可测定。

⑴原理：

将一全长等截面的试样置于磁场中，使一端位于强磁场区，另一端位于弱磁场区，则试样在其长度方向所受的磁力F磁为：

式中：

——真空导磁系数，

；

——试样的截面积，m2；

——试样的比磁化系数，m3/kg；

——试样密度，m3/kg；

——试样体积元；

——试样两端所处的最高场强，A/m；

——试样两端所处的最低场强，A/m。

式中：

——试样在磁场中的增量，N；

——试样重量（P=ΡsL），N；

L——试样长度，m；

g——重力加速度，9.8m/s2。

⑵测量装置：

古依法测定矿物比磁化系数的装置包括分析天平、薄壁玻璃管、多层螺管线圈、直流电流表、变阻器、转换开关和直流电源。

⑶测量方法

在装置中依次测得G1（玻璃管重量）、G2（玻璃管＋试样重量）与G3（玻璃管＋试样在磁场中的重量）的数据，则：

P＝G2－G1

ΔP＝G3－G2

代入公式即可算出。

4.7药剂浓度和用量的测定

㈠药剂浓度的测定

①对易溶于水的药剂用比重计进行测定；

②对不溶于水的，采用化学分析法确定其含量。

㈡药剂用量的测定

计算公式：

式中：

P——药剂用量，g/t；

C——药剂浓度，％；

δ——药液比重；

V——给药体积，ml/分；

Q0——处理矿量，t／h。