第四章试样工艺性质的测定

第四章试样工艺性质的测定第一节粒度分析矿粒(或矿块)的大小称为粒度。进行可选性研究用的试样或选矿厂所处理的物料，都是粒度不同的各种矿粒的混合物。将矿粒的混合物按粒度分成若干级别，这些级别叫做粒级。物料中各粒级的相对含量叫做粒度组成或粒度分布。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叫做粒度分析。粒度分析工作是一项很重要的工作，在许多工业部门都常遇到。例如水泥工业、冶金工业、煤粉制备、土工试验、甚至食品加工等部门，都会用到粒度分析，它也是可选性研宽工作中必不可少的一个检测项目。原矿和产品都常需进行粒度分析。有关粒度的测定方法很多。已知方法有十多种，基本上可归纳为四种类型，即筛分分析、沉降分、析计数法及测比表面法。由于粒度问题的复杂性，因而在测试方面至今尚难有一种包罗万象的全能方法。为了较全面地描述粒度特性，常需几种方法并举，互相补充，一般都是按粒度大小不同采用不同的测定方法。各种测定方法及其适用范围如表4-l所示。其中有的方法测出的是粒度分布，有的方法测出的则是平均直径；有的是直接测量粒度，有的则是根据其他参数换算(如沉降速度和比表面)；有的是在气相中进行的干法，有的则是在液相中进行的湿法。选矿生产和试验研究中经常采用的粒度分析方法是筛分分析、沉降分析和计数法中的显微镜分析。选矿厂粒度自动检测则多数是应用计数法的原理，如激光式和X射线式等；有的则是基于沉降分析法的原理，如RI—离心式(放射性同位素离心分级测粒仪)。对于粉状物料常常直接测定比表面(指单位重量的矿粒群的总表面积)。从比表面的测定数据可在一定假定条件下，求出平均粒度(直径)。测定比表面的主要方法有吸附法渗透法(液体渗透法、气体渗透法)。几种粒度测定方法比较如下。筛析法的优点是设备便宜、坚固、易制、易操作，适于测定粗粒。一般干筛可筛至100μm，再细最好用湿筛，现今川光电技术制造的微孔分析筛可以湿筛细到5μm(筛孔有25、20、15、10、5μm等五种，征液体中在超声波作用下进行，故此筛又称超声波微型分析筛)。但实际上小于40~60μm多半用沉降分析方法，前者测得的是几何尺寸，后者是具有相同沉降速度的当量球径。筛析法受颗粒形状影响很大。显微镜法直观测出颗粒尺寸和形状，因此常用于校准其它测量方法，其最佳测量范围为0.5～20μm之间，当粒度扩大到40μm以上，则易引起偏差。吸附法的特点是适用于微细(见表4—1)粉末比表面和粒度的测定，试料无需分散，避免了这方面的误差，但不适用比表面较小，即粒度较粗的场合，不能测出粒度分布曲线，只能间接换算出一个平均尺寸，而且受环境影响较大。同吸附法相比，渗透法(层流)的适用粒度范围更符合于选矿工艺中细磨物料的粒度，而且经济简便，因而在选矿工艺研究中其应用比吸附法要广，但可靠性私重复性差，在浮选理论研究中仍希望采用吸附法。一、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，叫做筛分分析。(一)粗粒物料的筛析在选矿试验中，一般遇到的试样粒度小于100mm。对于小于100mm而大于0.045mm的物料，通常采用筛析法测定粒度组成。其中100mm至6mm物料的筛析，属于粗粒物料的筛析，采用钢板冲孔或铁丝网编成的手筛来进行，其方法是用一套筛孔大小不同的筛子进行筛分，将矿石分成特干粒级，然后分别称重各粒级重量。如果原矿含泥、含水较高，大量的矿泥和细粒矿石粘附在大块矿石上面，则应将它们清洗下来，以免影响筛析的精确性。(二)细粒物料的筛析粒度范围为6mm~0.045mm的物料，筛分分析通常_足征实验室中利用标准试验筛进行。干法筛分是先将标准筛按顺序套好，把样品倒入最上层筛面上，盖好上盖，放列振筛机下筛10～15min，然后将最下层的筛子取下，用手在橡皮布或光面纸上进行检查筛分，如果一分钟内所得筛下物料量小于筛上物料量的0.1～l％(对此值我国尚无统一国家标准，但与矿石性质有关，脆性物料要求不能太高)，则认为筛析已完成，否则就要继续筛析。当样品含水、含泥较多，物料互相粘结时，应采用干湿联合筛析法，先将样品倒入细孔筛(如75μm的筛子)中，在水盆内进行筛分，每隔l~2min，将水盆内的水更换一次，直到水盆内的水不再混浊为止。将筛上物料进行干燥和称重，并根据称出重量和原样品重量之差，推算洗出的细泥重量。然后再将干燥后的筛上物料干法筛析，此时所得最底层筛面的筛下物料量应与湿筛时洗出的细泥量合在一起。筛析结束后将备粒级物料用工业天平(精确度0.01g)称量，各粒级总重量与原样晶重量之差，不得超过原样品重量的l％，否则应重做。筛析所需的试样最小重量亦取决于样品巾最大块的粒度，可以据第二章所述取样最公式进行计算。每次给入标准筛的样品重量以25～150g为宜，如果超过很多，则应分几次进行。直接用75μm筛湿筛时，每次筛分样品量不宜超过50g，以免损坏筛网，有过粗颗粒时，可预先用粗孔筛隔除。各国试验筛筛孔尺寸已标准化(见附录3)。我国尚未制定国家标准，实际工作中常沿用泰勒标准。原泰勒筛制的基筛为200目(0.074mm)．筛，以21.414＝为主筛比，421.189＝为辅助筛比。国际标准化组织(IsO)的标准是以lmm筛为基筛，3320101.121.414＝＝为主筛比，组成主序列R20／3，小于32μm以10101.25＝为主筛比，组成主序列R10，20101.12＝为第一方案的辅助筛比，组成辅序列R20，340101.189＝为笫二方案的辅助筛比，纰成辅助序列R40／3。日本工业标准(JIS)采用国际标准的R20和R40／3序列。西德、法国、苏联标准都是以lmm筛为基筛，10101.25＝为主筛比，组成主序列R10。美国最初是采用泰勒标准，因而最早的国家标准也比较接近泰勒标准，通过几次修订，已逐步靠近国际标准。现行英国标准(ANSI)是1970年由美国材料与试验协会(ASTM)制定的，1977年被佴次承认．除了休留网目作为筛刚称譬以外，伏际尺寸已与国际标准的lR40／3序列一致；只是增加了6.3、12.5、25、50、100mm五个常用的筛孔尺寸。目前泰勒筛仍采用2和42作为筛比．筛号也未变．但以毫米标称的筛扎尺也与R40／3序列一致。考虑到人多数国家的试验筛标准已逐步向国际标准靠近，并且我国国家标准化组织——中国标准化协会(CAS)已于1978年参加国际标准化组织，预计今后也会以lSO标准为基准制定我国的试验筛标准，目前国内生产试验的厂家甚多，常用的有上海筛、沈阳筛等．均无明确的序列标准，但国产金属筛网的规格仍足比较齐全的，因而在实际工作中可根据需要自己选择筛孔尺寸加工或订购筛子，组成套筛，供粒度分析用。(三)筛析数据的整理为了便于分析和研究问题，应将筛析数据整理成表格和曲线的形式。最常用的筛析记．录表格式如表4—2所示。表中给出了各个粒级物料的产率。为_r便于观察各粒级物料的分布规律，常将表中数据绘成各种“粒度特性曲线”。常用绘图法有三种，即简单坐标法、半对数坐标法和全对数坐标法。1．简单坐标法(图4一10)用横坐标表示颗粒直径(mm)，纵坐标表示大干某一筛孔尺寸粒子的累积产率。利用这种曲线，可以求出任一粒级的产率。此法适用于粒度范围窄的物料，如粒度范围很宽，则横坐标会很长，而且在细级别处各点将挤在一起，不易分辨。2．半对数坐标法(图4一16)此图的横坐标(颗粒级别尺寸)按对数划分刻度(但图中仍标注原颗粒尺寸)，纵坐标仍同简单坐标法一样，故称’}对数坐标法。因为标准筛都：有一定筛比，即整套筛子中相邻两个筛子的筛孔尺寸都有一定比例，所以取对数时其间距．是相等的。在绘图时，只要任意选定间距，即可逐点注上各筛孔的尺寸，所以绘制时很方便，同时也避免了细粒级的各点密集的缺点。因而适用于宽级别的物料。3．全对数坐标法此法的纵横坐标全按对数分度。因为一般粒度组成均匀的物料，用此法绘图后，常可得出直线，这样就有可能利用延长直线的外插法，求出比最细的筛孔更细的那一部分物料的产率。同时，也易于求出该直线的方程，从该直线的斜率，还可判断该破碎机的工作情况与产品质量。例如斜率愈大，就表示所得产物的粒度范围愈窄，就是过粉淬及泥化现象愈小。有时，还应用其他坐标绘图，如纵坐标(累积产率)用对效，横坐标(粒度)用简单坐标的，或者纵坐标用个别产率等。二、沉降分析沉降分析法是测定细粒物料粒度的常用方法，其原理是通过测定粒子在适当介质中的沉降速度来计算颗粒的尺寸。沉降分析法的类型很多，有重力沉降和离心沉降；液体沉降和气体沉降；静态沉降和动态沉降等。例如，属于静态重力沉降的吸管法、比重计法，压力法、浊度法等是均匀分散在静止悬浮液中的物料颗粒在自由沉降过程中引起液体的浓度、浮力、压力和光透过能力等物理参数的变化，通过测定这种变化的规律，反映物料的粒度组成。离心沉降法主要适用干测定更细、靠重力难以完全沉降的物料。在流体中(气体或液体)进行物料分级的所谓动态沉降法，如水析、串联旋流分级器、风力离心分级器等。沉降分析原理简单，测定范围较宽(0.02～250μm)，测量结果的统计性和再现性高，所以普遍采用。常用方法是沉积法、淘析法、流体分级法。沉积法不能分出各个单独产品，但能较快地测定细度和比表面。采用水，乙醇、水+甘油、．乙醇+甘油、醚、苯、甲苯、丙酮、环己醇等作介质。常用分散剂有六偏磷酸钠、焦磷酸钠、水玻璃、氨水和氯化钠等。分散的方法有超声波分散、搅拌器分散、抽真空脆气，减压沸腾、介质中长时间混合、球磨、乳钵分散等，或几种分散方法联合使用。由于淘析法和流体分级法可以直接得到各个粒级的产品，供进一步分别检测用，因此在选矿工艺中得到了广泛应用。沉降分析通常要求在稀悬浮液中进行，以保证悬浮液中的固体颗粒均能自由沉降，互不干涉。由于一般仅对小于0.1mm的物料进行沉降分析，故可按斯托克斯公式计算其沉降速度。2()18sfghvdt(4-1)式中v——粒子沉降末速(m／s)；h——沉降距离(m)；t——沉降时间(s)；s——嗣体密度(kg／m3)；f——流体密度(kg／m3)；g——重力加速度(9.18m／s2)；d——球形固体颗粒直径(m)；μ——流体的粘度(N·s／m2)，水的牯度在20℃时为0.00lN·s／m2，空气的粘度为0.000018N·s／m2。若用水为介质，其f＝1000kg／m3，可得。()545(1000)shdmt(4—2)h值的选择，应使时间t不过长或过短，一般分级沉降速度小的微粒部分时，h要求小些，相反，分级粗颗粒时，h要大些，但最小不能小于在该容器内液：固=6：l时所具有的高度(对于泥质物料为10：1)。在实际操作中，为了避免计算错误，通常都是在计算完毕后，根据要求的粒度，参照已编制的专门表格(4—3)来校验一下沉降所需要的时间是否正确。上述公式适用于一定粒度范围内的理想球形颗粒。实际测定时，照理要进行形状系数的校正。但在实际工作中，为了简单起见，常用与试样颗粒具有相同沉降速度的球体直径表示颗粒的粒度，这个数值，叫做等效直径，或当量直径，或斯托克斯直径。矿石试样常是由不同密度的颗粒混合物组成，因而在计算沉降速度或颗粒粒度时，固体密度p。究竟应取多少，将是一个复杂的问题，若标准不同，计算出来的粒度也不同。一般来说，对于原矿和尾矿，可以用主要脉石矿物的密度作为计算标准，一般用石英作标准。石英密度为2.65，其他脉石矿物，如方解石，密度为2.7，差别不很大。对于精矿，可用精矿试样的实测密度，但如要计算粒级回收率，就仍然只能采用与原矿相同的计算标准，即以石英密度作为计算标准。在这种情况下只能说，是以具有相同沉降速度的球形石英颗粒的粒度作为该粒级的“名义粒度”，至于该试样中每一具体矿物颗粒的粒度是多少，可按等落比换算。必要时，也可在粒度分析结果表内的粒度栏内同时列出两个粒度数值，一个是按石英密度计算的，一个是按主要有用矿物密度计算的。由于在实际工作中，各单位的算法并不一致，也很难统一，因而在对外报导试验结果时，一定要具体注明所标出的粒度是按什么密度计算的。这样，即使有人不同意你的算法，也可自行按等落比换算。(一