资源加工学整理资料

资源加工学整理资料第一章：资源加工学概述1.1资源加工学的形成资源加工学是由传统的选矿学、矿物加工学发展演变形成的新的学科体系。选矿学是用物理、化学的方法，对天然矿物资源（通常包括金属矿物、非金属矿物、煤炭等）进行选别、分离、富集其中的有用矿物的科学技术，其目的是为冶金、化工等行业提供合格矿产品。矿物加工学是在选矿学的基础上发展起来的，是用物理、化学的方法，对天然矿物资源进行加工（包括分离、富集、提纯、提取、深加工等），以获取有用物质的科学技术，其目的已不单纯是为其它行业提供合格矿产品，也可直接得到金属制品、矿物材料等。1.1.1选矿学科的形成首先，随着流体力学的发展，重选的基础研究起步较早。19世纪下半叶，奥地利人Rittinger提出了“等降现象”；Monroe等人进一步提出“干涉沉降”。20世纪40年代，苏联学者JIRIIIEHKO提出了跳汰是在上升水流中“按悬浮体的相对密度分层”的学说；德国学者Mayer从床层位能降的角度解释了了分层过程。英国学者Bagnold在50年代观察到了剪切运动下层流斜面流中多层粒群的松散分层现象。这些学说成了重选的理论基础。在电磁选矿方面，由于物理学的发展，人们早就认识到可用永久磁铁选别磁铁矿石。当电磁铁被用作磁选机的磁场并有了各种工业生产的电磁选矿机后，电磁选矿理论也初步确立。在浮选方面，从20世纪30年代开始，美国的Taggart及苏联的Plaksins等先后提出了捕收剂的“化学反应假说”或“溶度积假说”，以解释重金属硫化矿的可浮性顺序。美国的Gaudin、苏联的Bogdanov及澳洲的Wark等人较多的研究了矿物的润湿性与可浮性的关系，浮选剂的吸附作用机理，浮选的活化等。美国的FuerstenauDW等人系统地研究了矿物表面电性与可浮性的关系。到60年代前后，浮选的三大基本理论（润湿理论、吸附理论及双电层理论）已初步形成。碎磨：以岩石力学为学科基础，通过机械力作用使矿石块度达到工艺选别的粒度范围。重选：以流体力学为学科基础，根据不同矿物的密度差异在一定的介质中进行不同矿物的分选。电磁选：以电磁学为学科基础，根据不同矿物磁性的差异分选不同矿物。浮选：以表面化学为学科基础，根据不同矿物表面物理化学性质的差异，实现不同矿物的分选。1.1.2矿物加工学科的形成与发展矿物加工学的主要学科方向有：（1）浮选化学（2）复合物理场矿物加工（3）高效低毒药剂分子设计（4）矿物资源的生化提取（5）直接还原与矿物原料造块（6）复杂贫细矿物资源综合利用（7）矿物精加工与矿物材料（8）矿物加工过程计算机技术1.1.3矿物加工学科面临的挑战与资源加工学的形成（高效益、低能耗、无污染）（1）复杂贫细矿物资源的综合回收（2）废石及尾矿的加工利用（3）矿物精加工技术（4）洁净煤技术（5）二次资源（6）海洋资源（7）非矿物资源1.2资源加工学的学科体系1.2.1资源加工学的研究对象资源加工学是根据物理、化学原理，通过分离、富集、纯化、提取、改性等技术对矿物资源、非传统矿物资源、二次资源及非矿物资源进行加工，获得其中有用物质的科学技术。研究对象：（1）矿物资源：包括金属矿物、非金属矿物、煤炭等；（2）非传统矿物资源：①工业固体废弃物：冶炼化工、废渣、尾矿、废石；②海洋矿产：锰结核、钴结壳、海水中金属、海底热液硫化矿床；③盐湖与湖泊中的金属盐、重金属污泥。（3）二次资源：①废旧电器；电视机、冰箱、音响等；②废旧金属制品：电缆、电线、易拉罐、电池等；③废旧汽车。（4）非矿物资源：城市垃圾、废纸、废塑料、油污水、油污土壤等1.2.2资源加工学科体系（1）学科领域资源加工学包括四大学科领域：（矿物加工；矿物材料加工；二次资源加工；金属提取加工。可简称为4-MP。）矿物加工是根据物理、化学原理对天然矿物资源进行加工，以分离、富集有用矿物；矿物材料加工是根据物理、化学原理，对天然及非传统矿物资源进行分离、纯化、改性、复合等加工，制备功能矿物材料；二次资源加工是根据物理、化学原理，对二次资源进行加工，以分离回收各种有用物质；金属提取加工是根据物理、化学原理，对各种资源进行化学溶出、生物提取、离子交换、溶剂萃取等加工，以获取有价金属。（2）学科基础及与相邻学科的关系资源加工过程中物料的碎解、分离、富集、纯化、提取、超细、改性、复合等过程，涉及矿物学、物理学、化学与化学工程、冶金工程、材料科学与工程、生物工程、力学、采矿工程及计算机技术等多学科领域，体现不同的学科基础，形成不同的研究方向。3资源加工在国民经济建设中的地位和作用矿物资源是人类社会发展和国民经济建设的重要物质基础，矿业是国民经济的基础产业，是人类社会发展的前提和动力。随着天然矿物资源地不断被开发利用，天然矿物资源量逐步减少，而人口增长、社会发展，对资源的需求又不断增大，因此，必须寻找开发利用新的资源。非传统矿物资源、二次资源、非矿物资源必将成为未来人类社会发展的重要资源，对这些资源的加工利用，不仅可以满足人类社会发展对资源的需求量的增加，还可减少环境污染，促使国民经济持续、快速、健康发展。第二章物料的基本物理化学特性2．1物料的鉴别（是物料加工的前提）矿物是指由地质作用所形成的结晶态的天然化合物或单质。准矿物为由地质作用形成的非结晶态的天然化合物或单质。工艺矿物在实验室和生产工艺过程中研制和生产而形成的结晶态的化合物或单质。矿物分类的基本单位是种。矿物种指具有一定的化学组成和一定的晶体结构的一种矿物。矿物亚种指同属于一个种的矿物，但在化学组成、物理性质等方面有一定程度的变异者。矿物的分类方法:化学成分分类，地球化学分类，成因分类，晶体化学分类.根据上述的晶体化学分类原则，本书对矿物采用如下的具体分类：第一大类自然元素，包括自然金属元素;自然半金属元素；自然非金属元素第二大类硫化物及其类似化合物，包括简单硫化物；复硫化物；硫盐第三大类氧化物和氢氧化物，包括：氧化物；氢氧化物第四大类含氧盐，包括：第一类：硅酸盐，包括：第一亚类：岛状结构硅酸盐；第二亚类：环状结构硅酸盐；第三亚类：链状结构硅酸盐；第四亚类：层状结构硅酸盐；第五亚类：架状结构硅酸盐第二类：硼酸盐；第三类：磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐；第四类：钨酸盐、钼酸盐；第五类：铬酸盐；第六类：硫酸盐；第七类：碳酸盐；第八类：硝酸盐第五大类卤化物矿物学研究致力于解决两个基本问题：矿物的晶体结构和矿物的成分岩石是天然产出的由一种或多种矿物（包括火山玻璃、生物遗骸、胶体）组成的固体集合体岩石根据成因分类：（1）岩浆岩：主要由地壳深处或上地幔中形成的高温熔融的岩浆，在侵入地下或喷出地表冷凝而成的岩石。（2）沉积岩：是在地表和地表下不太深的地方形成的地质体，它是在常温常压下由风化作用、生物作用和火山作用形成的物质，经过一系列改造（如搬运、沉积、石化等作用）而形成的岩石，（3）变质岩：是由岩浆岩、沉积岩经变质作用转化而成的岩石，岩石根据其主要矿物种类的多少，可分为两类：（1）单矿岩：主要由一种矿物组成的岩石（2）多矿岩：由多种矿物组成的岩石，绝大多数的岩石都属于多矿岩工艺岩石：在实验室和生产工艺过程中形成的非“天然产出”的矿物集合体矿产是指能被利用的矿物资源，目前按矿产的性质及其主要工业用途可分为以下三类：金属矿产、非金属矿产和可燃性有机岩矿产。矿石（Ore）：一般由矿石矿物和脉石矿物两部分组成(矿石的性质决定着产品、加工工艺和成本)1二次资源及其他固体物料:二次资源、非传统矿物资源和非矿物资源固体物料。二次资源是指人类社会活动（生产和生活）产生的含有有价成份并有回收再利用的经济或环保价值的废弃物料，或称可再生资源。主要包括废旧电器（如电视机、电冰箱、音响等）；废旧金属制品（如电缆、电线、易拉罐和电池等）；废旧机器、废旧汽车；工厂“三废”（废渣、废液、废气）；生活废物（如垃圾、废纸）等非传统矿物固体物料是指主要由工艺矿物和矿物组成的固体废弃物。非矿物资源固体物料是指与有机化学物质组成有关的固体物料。非固体物料主要是指与烟尘、气、液等有关的物料2决定物料加工工艺的基本参数或工艺矿物学研究的内容（物料的物相组成；物料中元素赋存状态；物料中物相嵌布特征；工艺产品的研究）物料的物相组成：查明物料中的物相（如有用矿物和脉石矿物）组成和含量，是决定物料加工工艺的基本参数之一伴生有益组分：物料中除主要有用组份以外，在加工过程中可以回收或对产品质量有益的成分称为伴生有益组份；物料中的有益组份和有害组份的含量是评价物料质量和利用性能的重要标志之一。在矿石中有用元素主要存在形式：1.形成独立矿物2.呈类质同象混入物形式存在于其他矿物中3.呈固溶体分离状态4.呈包裹物形式存在5.呈吸附状态物料中物相的嵌布特征、磨碎或破碎时的单体解离度，是决定物料加工工艺的基本参数之一2.2物料的物理性质密度物质密度：单位体积的物质的质量叫做密度，用ρ表示，其单位按国际单位制为kg/m3，按厘米·克·秒制为g/cm3。矿石真密度：矿石是矿物加工的主要对象，矿石是多种有用矿物和脉石矿物的混合体，其单位体积矿石的质量叫做矿石的真密度，单位kg/m3。矿石堆密度：堆积的矿石存在孔隙，一定粒度组成的矿石自然堆积时，其单位体积的质量称为矿石的堆密度，单位kg/m3。矿物间的密度差异是其能否重选分离的主要因素颗粒的几何特征（颗粒的大小、形状、表面积）1.颗粒的形状：颗粒的轮廓边界或表面上各点的图像形状系数：表面形状系数；体积形状系数；比表面形状系数形状指数：球形度；粗糙度2粒径与粒度：粒径是单个颗粒大小的度量，而粒度是描述颗粒群大小的总体概念。3颗粒的表面积：表面积包括内表面积和外表面积两部分。外表面积是指颗粒轮廓所包络的表面积，它由颗粒的尺寸、外部形貌等因素所决定。内表面积是指颗粒内部孔隙、裂纹等的表面积。比表面积：单位体积（或单位质量）物体的表面积，称为该物体的比表面积或比表面常用的比表面分析方法有：(1)BET吸附法(2)气体透过法吸附法是在试样颗粒的表面上吸附截面积已知的吸附剂分子，根据吸附剂的单分子层吸附量计算出试样的比表面积，然后换算成颗粒的平均粒径。2.4磁性原子是组成宏观物质的基本单元，原子由原子核和电子组成，电子运动使原子具有磁性，因此，原子磁性是物质磁性的基础。2.2.4.1磁化现象与物质磁化率所谓磁化现象是指物质在磁场中显示出磁性。物质的磁化程度可用磁化强度表示，磁化强度为单位体积物质的磁矩2.2.4.2物质磁性的类型固体物质的磁性可分为五类：逆磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性简述铁磁质物质的磁化过程。【解】在磁化磁场的作用下，铁磁质的磁化包括两个过程：畴壁的移动和磁畴的转动。畴壁移动时，与外磁场方向相近的磁畴的体积扩大，其他方向磁畴的体积缩小，以致消失。这一过程，实质上，是畴壁附近的原子磁矩在外磁场的影响下逐渐转向，由体积缩小的磁畴方向转到体积扩大的磁畴方向的结果，壁移所需的外加磁场强度较小，所以在低磁场中，磁化以壁移为主，磁化曲线的OA段为畴壁的可逆位移，即磁场强度减到零时，磁化强度可沿OA曲线回降到零。AB段畴壁的位移是不连续的、跳跃式的、不可逆的。畴壁位移的不可逆性，是由于磁晶中的杂质和晶格缺陷阻碍畴壁的移动，这种阻力相当于一种摩擦力，当畴壁越过这些障碍后，退磁时，它又妨碍畴壁回到原来的位置，因而产生磁滞现象。磁畴转动是磁畴逐渐转到与外磁场方向一致。畴转所需的外磁场强度较高，因此，在较高磁场中，磁化以畴转为主。当所有磁畴都转到外磁场方向时，磁化即达到饱和状态。磁化曲线的BC段是以畴转为主的磁化过程。简述矿物磁性的分类，及其分选特点。【解】根据磁性，按比磁化率大小把所有矿物分成强磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物。强磁性矿物：这类矿物的物质比磁化率X3.8×10-5m3/kg（或CGSM制中X3×10-3m3/g），在磁场强度H0达120kA/m（~1500奥）的弱磁场磁选机中可以回收。属于这类矿物的主要有磁铁矿、磁赤铁矿（γ-赤铁矿）、钛磁铁矿、磁黄铁矿和锌铁尖晶石等。这类矿物大都属于亚铁磁性物质。弱磁性矿物：这类矿物的物质比磁化率X7.5