课程号： 0301102
考试形式：闭卷考试 考试时间：120分钟
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一、矿物加工工程主要的研究内容有哪些？说明选矿的含义、三种主要选矿方法和它基于的原理。（15分） 答：（1）矿物加工工程主要的研究内容：活动看台
1． 选矿提纯：根据矿石中有用矿物和脉石矿物性能的差异，或经改造后性能的差异，在一定的条件下实现彼此分离；
根据密度和粒度差异----重力选矿；根据磁性差异----磁选 ；根据表面特性差异---浮选；其它选别手段和技术； 2．粉碎和分级：为满足选矿提纯工序的粒度要求或一般应用（玻璃原料、建筑石砂料）要求所进行的破碎、研磨和按粒度分布进行的分级作业；
超细粉碎通过机械方法将固体矿物细化至微米范畴（小于10m）,形成新功能，满足应用要求。属于矿物深加工技术，包括超细粉碎和精细分级两部分；
3．表面改性：通过粉碎或超细粉碎加工成的粉体，若用于有机体系（塑料、橡胶、油漆等），为实现良好相容，对表面进行有机化改性。为使材料具有某种特殊功能，也包括无机化改性。 4．矿物基体功能材料制备：矿物基体功能材料是以矿物或矿物深加工产品为基本组分，采用现代高新技术对其进行改造、复合从而使其具有某种功能性质的新材料；
矿物基体功能材料的制造往往和矿物基体的制备过程相结合或衔接。例如，湿法超细就是重要手段和工序，或为直接的制造过程，或为制造过程的必须前提。
小环钗
5．矿物加工辅助作业：提高和稳定产品质量，完善加工工艺，满足应用领域的各方面要求。
过滤、干燥、打散、造粒、混合、收集、包装
6．矿物基体功能材料制备
矿物基体功能材料是以矿物或矿物深加工产品为基本组分，采用现代高新技术对其进行改造、复合从而使其具有某种功能性质的新材料；
矿物基体功能材料的制造往往和矿物基体的制备过程相结合或衔接。例如，湿法超细就是重要手段和工序，或为直接的制造过程，或为制造过程的必须前提。
（2）选矿的含义：
1．从技术方面讲，科技和工业的发展矿物原料质量的要求越来越高，直接开采的矿石往往达不到标推，而将原矿进行选矿加工则可以满足要求。
2. 从经济方面讲，选矿可以给矿山、选厂和冶炼厂带来经济效益。
3. 应用选矿技术还能变废为宝，综合回收各种有价成分。
（3）三种主要的选矿方法：
1.重力选矿
重力选矿是根据矿物密度不同及其在介质中不同沉降速度来进行矿物分离的选矿方法，基本原理是垂直力场的作用、斜面力场作用、离心力场作用。
主要的基本方法有：分级，洗矿，重介质选矿，跳汰选矿，摇床选矿，溜槽选矿，离心选矿。
2.浮游选矿
浮游选矿是利用矿物表面物理化学性质 (疏水-亲水)的不同，来分选矿物的一种选矿方法。从水的悬浮液中(通常称矿物悬浮液或矿浆)浮出固体矿物的选矿过程称为浮游选矿，简称浮选。现代较全面的定义:利用物料自身具有的或经药剂处理后获得疏水亲气 (或亲油)特性，使之在水-气或水-油界面聚集，达到富集、分离和纯化。基本原理是三相体系—气体、固体
、液体相界面上发生着各种现象，其中对浮选过程影响较大的现象有润湿现象、吸附现象、界面电现象、化学反应等。
主要的方法有：粗选，精选、扫选，精矿，中矿，尾矿，正浮选、反浮选，优先浮选、混合浮选。
3.磁选：磁选是在不均匀磁场中，利用矿物间磁性的差异实现不同矿物之间分离的一种选矿方法。基本原理是对磁性矿物颗粒: F 磁 > F机 ，(F与F方向相反) ，对非磁性矿物颗: F 磁 < F机，矿粒在磁场中受力: F 磁 =xHgradH （gradH—磁场剃度，A/m3）
磁场为不均匀磁场，方可进行磁选
主要方法有：弱磁选，强磁选。
二.名词解释：产率，回收率，品位，选矿比，富集比（5分）
产率：产品质量与所消耗原矿质量之比的百分数。
回收率：指选矿产品（一般为精矿）中某一有用成分的重量与入选原矿中同一有用成分重
量的百分比。
选矿比：指入选的原矿重量与选出的精矿重量之比，即平均选出一吨精矿所需要的原矿重量。
品味：矿石中有用某种金属量的多少称为这种金属的品位。
富集比：矿石经选矿之后，其有用成分在精矿中得到富集，这时的精矿品位与入选原矿品位之比，称为富集比，用以表示有用成分在精矿中的集中程度，即富集比=精矿品位÷原矿品位。
三. 选矿问题阐述：
1）湿式弱磁场磁选机用来分选什么类型的矿石?描述该磁选机的分选过程；
2）浮选药剂的主要类别，各自组分特征和在浮选中的作用；
3）推导浮选过程进行的热力学判据。（25分）
答：1）湿式弱磁场磁选机：分选强磁性矿物，处理能力大，有三种类型：顺流、逆流、半逆流型。弱磁场磁选机，磁极表面强度H0=80-120kA/m，磁场力H gradH=（3-6）105 kA2/m3
用于分选强磁性矿物
分选过程：矿浆经给矿箱给入槽体后，在给矿喷水管的水流作用下，使矿粒呈松散状态进入箱底的给矿区。由于磁场的作用，磁性矿粒发生磁聚而形成“磁团”或“磁链”，并克服重力等机械力向磁极运动，而被吸引到筒体的表面上。然后随同圆筒一起向上转动。因磁系的极性交替，矿粒发生磁搅拌使机械夹杂的脉石脱落下来，从而使精矿品位得到提高。磁性矿粒随圆筒转到磁系边缘最弱处。在卸矿水管喷出的冲洗水流作用下，将它卸到精矿槽中。非磁性或弱磁性矿粒在槽体内快速流动的矿浆流作用下，从底析的尾矿孔排入到尾矿管中。
2）浮选药剂的分类：按作用：捕收剂-吸附在矿物表面，增加疏水性；调整剂—活化剂、抑制剂、PH调整剂、分散剂、絮凝剂；起泡剂—附着在气泡表面，提高气泡稳定性和寿命
捕收剂的分类按结构：异极性捕收剂，非极性油类捕收剂、两性捕收剂；按作用方式：硫化矿类捕收剂、非硫化矿类捕收剂
调整剂的分类：抑制剂： 消除溶液中活化离子，消除矿物表面活化薄膜，形成亲水薄膜
活化剂：在矿物表面生成活化薄膜，活化离子在矿物表面吸附，清洗掉矿物表面亲水薄膜，消除矿浆中有害离子的影响
浮选药剂的作用：人为控制矿物之间的润湿性，人为控制可浮性。
3）YOUNG方程sg = lg cos + sl cos = （sg -sl）/ lg
矿粒与气泡附着的自由能E= lg（1- cos）
固体与液体的粘着功：Wa= -G=sg + lg- sl
根据YOUNG方程： sg = lg cos + sl
所以, Wa = lg（1 +cos ）
液体内聚功: Wacoh=2 lg Wa / Wcoh= （1 +cos蝴蝶螺母 ） /2
表面电晕处理机Wa > Wcoh 铺展，无接触角，高度润饰
Wa / Wcoh=1 =0 Wa <Wcoh > 0, 其中, Wa = Wacoh / 2 =90
Wa << Wacoh 很大速冻生胚包子 0<<90 润饰良好 9 0<<180 不良润饰
四. 某矿石所含有用矿物为磁铁矿、黄铁矿和磁黄铁矿，脉石矿物主要有石英、长石等，根据你所学选矿知识，给出从该矿石中选别回收铁精矿和硫精矿的原则工艺流程，并指出流程中所用药剂的种属和名称。（20分）
答：采用先浮后磁的手段，首先，采用浮选流程回收磁铁矿、黄铁矿和磁黄铁矿，起泡剂采用醇类物质，用硫化钠作为活化剂，磷酸三钠作为脉石的抑制剂，石灰为pH调整剂及硫的抑制剂，分离硫精矿后调节pH捕收剂采用黄药作为捕收剂回收铁精矿，之后对铁精矿进行磁选。
五. 指出和阐述：（20分）
1）湿法超细粉碎、干法超细粉碎各自的主要设备类型；
2）说明湿式搅拌磨设备的粉碎原理，影响因素和主要用途？
答：1）湿式超细分级机，分级设备为外置式（放置粉碎机外，与粉碎机构成闭路）
干式超细分级机，分级设备为内置式（放置粉碎机内部）
2）粉碎原理：在搅拌磨机内, 磨球的填充率约80%, 磨球可以是氧化锆珠、瓷球、玻璃珠及钢球等, 主轴上装有若干个搅拌器( 盘或棒) , 研磨介质随搅拌器产生回转运动, 包括公转和自转。在径向上位于不同半径上的磨球运动的线速度是不相等的; 在垂直方向上, 即层与层之间磨球运动的速度也不相等, 存在一个速度梯度, 所以剪切力和挤压力处处存在; 在搅拌器附近, 磨球运动比较剧烈, 除了圆周运动外, 还有不同程度的上下翻动, 有一部分磨球与搅拌器发生冲撞、摩擦, 在搅拌器附近还存在一定的冲击力。综合起来, 在整个研磨室内起粉碎作用的力有剪切力、挤压力和冲击力。搅拌磨内, 起主要作用的粉碎力是剪切力和挤压力。
影响因素：分级浓度、进浆压力、出口压力
主要用途：除超细粉碎原材料外，还可改造为材料反应器。超细粉碎系统是颗粒等反应物和输入能量等的传递与接触体系，在一定条件下可实现相界面间的化学反应。机械力化学效应：热力学的基础和保证——颗粒表面能量的贮存（结晶构造的整体变形、晶格畸变和颗粒表面非晶化为特征），反应的条件与基础——具强烈补偿趋势的高活性表面，动力学的前提与保证——活化能的降低、反应速度的增加 。超细粉碎过程对相间反应的其它促进作用：颗粒间作用力。颗粒表面有利于反应的中间体-官能团生成，超细粉碎可满足反应物复合时的几何尺度要求，湿法超细可与其它制备环节实现良好衔接。
六．用连接框图的方法，说明和阐述“粉体表面改性”的知识点及相互关系（15分）
1、粉体表面改性的目的（1）表面改性是无机填料由一般增量填料变为功能性填料所必须
的加工手段之二，同时也为高分子材料及有机／无机复合材料的发展提供了新的技术方法，这是粉体表面改性最主要的目的之一。 （2）提高涂料或油漆中颜料的分散性并改善涂料的光泽、着力、遮盖力和耐候性、耐热性、抗菌防霉性和保性等是粉体表面改性的第二个主要目的。（3）对于吸附和催化粉体材料，为了提高其吸附和催化活性以及选择性、稳定性、机械强度等性能，也需要对其进行表面处理或表面改性。 （4）纳米粉体的表面处理或表面改性对改善和提高纳米粉体的应用性能、加速其工业应用具有至关重要的意义。 总的目的是改善或提高粉体原料的应用性能或赋予其新的功能以满足新材料、新技术发展或新产品开发的需要。
2.表面改性剂 粉体的表面改性，主要是依靠表面改性剂(或处理剂)在粉体颗粒表面的吸附、反应、包覆或包膜来实现的。常用的改性剂有偶联剂、表面活性剂、有机低聚物、不饱和有机酸、有机硅、水溶性高分子、超分散剂以及金属氧化物及其盐等。
3.表面改性的工艺 （1）干法工艺 （2）湿法工艺（3）复合工艺
4.表面改性的方法 （1）物理涂覆：利用高聚物或树脂等对粉体表面进行处理而达到表面改性的工艺。（2）化学包覆：利用有机物分子中的官能团在无机粉体表面的吸附或化学反应
对颗粒表面进行包覆使颗粒表面改性的方法。（3）沉淀反应：通过无机化合物在颗粒表面的沉淀反应，在颗粒表面形成一层或多层“包膜”，以达到改善粉体表面性质，如光泽、着力、遮盖力、保性、耐候性，电、磁、热性和体相性质等目的的表面改性方法。要根据粉体产品的最终用途或性能要求来选择沉淀反应的无机表面改性剂。（4）机械力化学：机械化学改性是利用超细粉碎及其他强烈机械作用有目的的对粉体表面进行激活，在一定程度上改变颗粒表面的晶体结构、溶解性能(表面无定形化)、化学吸附和反应活性(增加表面活性点或活性基团)等。目前还难以满足应用领域对粉体表面物理化学性质的要求。 （5）胶囊化改性：胶囊化改性指在粉体颗粒表面上覆盖一层均质且有一定厚度薄膜的一种表面改性方法。粉体的胶囊化改性主要指微小颗粒胶囊化。（6）高能表面改性：高能表面改性是指利用紫外线、红外线、电晕放电、等离子体照射和电子束辐射等方法对粉体进行表面改性的方法。此外，化学气相沉积(CVD)和物理沉积(PVD)，无机酸碱、盐处理也可用于粉体的表面改性。将这些方法与前述各种改性方法并用效果更好。
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