资源加工学答案

第1章资源加工学概述1．简述从选矿学、矿物加工学到资源加工学三者之间的发展关系。【解】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。研究手段选矿学是用物理、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原料。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原料，也可直接得到金属、矿物材料等。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传统选矿学、矿物加工学的研究对象均以天然矿物资源为主。资源加工学的研究对象涉及以下几方面：（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。包括：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。包括：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。2．资源加工学学科包括那些领域？它的学科基础及与相邻学科的关系如何？【解】学科领域资源加工学包括四大学科领域：矿物加工（MineralProcessing）；矿物材料加工（MineralMaterialProcessing）；二次资源加工（SecondaryMaterialProcessing）；金属提取加工（MetalMetallurgicalProcessing）。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，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。学科基础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。①工艺矿物学。与矿物学、岩石学的交叉，研究资源物料组成的分析、鉴别、表征，物料的基本物理、化学特性，为“加工”提供基本信息；②粉碎工程。以岩石力学、断裂力学、晶体化学为基础，对所处理资源进行选择性碎解，解离或进行超细加工；③重力场、流体力场中的分离。以流体力学、流体动力学为基础，根据所处理的物料的密度、粒度及形状差异，分离、富集不同物料。如黑钨矿与石英的分离，聚氯乙烯和聚乙烯的分离，城市垃圾中重物料与轻质物料的分离，铜线与橡胶的分离等。④电磁场中的分离。以电磁学、静电学为基础的磁力分选和静电分选，根据所处理物料的磁性质或导电性的差异，分离不同物料。如磁性矿物与非磁性矿物的分离，导电矿物与非导电矿物的分离，磁性炭粉与废纸的分离，红血球与白血球的分离，带电塑料与不带电塑料的分离，铜线与铝线的分离等。⑤浮选。是资源加工中最重要的技术，可加工处理各种矿物资源、二次资源及非矿物资源，涉及无机化学、有机化学、表面化学、电化学、物理化学等几乎整个化学学科领域，形成了浮选电化学、浮选溶液化学、浮选剂分子设计、浮选表面化学等交叉研究领域。如硫化矿及非硫化矿浮选、废纸及废塑料的浮选、废水中的离子浮选、油污水及油污土壤处理等。⑥生物提取。涉及生物工程、冶金反应工程、矿物工程及采矿工程等多个交叉学科，主要处理各种低品位矿物资源、难选难冶矿物资源、海洋矿物资源及非传统矿物资源，直接从这些资源中提取有价金属。如铜、金矿的生物堆浸、地下溶浸，重金属污泥、海洋锰结核的处理等。⑦化学分离。包括溶剂萃取、离子交换、膜分离、化学浸出等，涉及化学与化学工程、冶金反应工程等。处理复杂矿物资源、海洋矿物资源、工业废水等。⑧化学合成。涉及化学与化学工程、材料科学与工程领域，包括矿物材料的化学合成、矿物复合材料，矿物——聚合物复合材料等。⑨表面改性。通过表面化学反应、选择性溶解、溶蚀、刻蚀、涂层等对矿物表面进行化学处理、制备功能矿物材料，涉及化学工程与材料科学与工程领域。⑩聚集与分散。细颗粒的聚集与分散，矿物胶体体系的稳定与分散，溶剂萃取，球团、型煤、水煤浆制备等。涉及表面化学、颗粒学等领域。资源加工过程计算机技术。涉及计算机科学与技术、自动控制等领域。研究资源加工过程的数学模型、仿真、优化与自动控制。3．资源加工学的研究对象及研究方向有那些？【解】研究对象同题1研究方向同题24．资源加工学在国民经济建设中的地位和作用如何？【解】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。从石器时代到青铜器、铁器时代，到煤、石油、天燃气、原子能的利用，人类社会生产的每一次巨大进步，都伴随着矿物资源利用水平的飞跃发展，矿物资源是冶金、化工、航天、建材、电力、轻工、核工业等行业的主要原料来源。虽然矿业在国内生产总值（GDP）中所占比重很小，但它作为基础产业支撑着其它行业生产对原料的需求。在世界上，90%以上的能源、80%以上的工业原料和70%以上的农业生产资料来自矿产资源。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2章物料的基本物理化学特性1．什么是矿石、矿物、岩石？三者关系如何？【解】矿物（Mineral）是指：由地质作用所形成的结晶态的天然化合物或单质，他们具有均匀且相对固定的化学成分和确定的晶体结构；它们在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。岩石（Rock）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。矿石（Ore）指天然产出的由一种或多种能被利用的矿物组成的固体集合体。由矿石矿物和脉石矿物组成。2．二次资源包含哪些物料？【解】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。3．工艺矿物学研究的内容是什么？【解】（1）物料的物相组成（2）物料中元素赋存状态（3）物料中物相嵌布特征（4）工艺产品的研究。4．物料的几何特性包括那三项？【解】颗粒的几何特征主要包括颗粒的大小、形状、表面积等。5．物质的磁性可以分为那几类，其磁性强弱如何？【解】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。6．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。7．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X7.5×10-6m3/kg～1.26×10-7m3/kg（或CGSM制中X=6×10-4cm3/g～10×10-6cm3/g），在磁场强度H0800kA/m～1600kA/m（10000奥~20000奥）的强磁场磁选机中可以回收。属于这类矿物的最多，如大多数铁锰矿物—赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿、水锰矿、硬锰矿、软锰矿等；一些含钛、铬、钨矿物—钛铁矿、金红石、铬铁矿、黑钨矿等；部分造岩矿物—黑云母、角闪石、绿泥石、绿帘石、蛇纹石、橄榄石、柘榴石、电气石、辉石等。这类矿物大都属于顺磁性物质，也有属于反铁磁性物质。非磁性矿物：这类矿物的物质比磁化率X=1.26×10-7m3/kg（或CGSM制中X10×10-6cm3/g），在目前的技术条件下，不能用磁选法回收。属于这类矿物的很多，如部分金属矿物—方铅矿、闪锌矿、辉铜矿、辉锑矿、红砷镍矿、白钨矿、锡石、金等；大部分非金属矿物——自然硫、石墨、金刚石、石膏、萤石、刚玉、高岭土、煤等；大部分造岩矿物—石英、长石、方解石等。这类矿物有些属于顺磁性物质，也有些属于逆磁性物质（方铅矿、金、辉锑矿和自然硫等）。8.物质磁化率和物体磁化率两者之间的关系如何？物质体积磁化率为物质磁化时单位体积和单位磁场强度具有的磁矩。退磁因子不为零的磁化试样的磁化率叫做物体磁化率。物体体积磁化率小鱼物质体积磁化率，即XpX9．矿物的电性质有那些？【解】矿物的电性质是指矿物的电阻、介电常数、比导电度以及电整流性等，它们是判断能否采用电选的依据。电导率是长1cm,截面积为1cm2的直柱形物体沿轴线方向的导电能力矿物的电阻是指矿物的粒度d=1mm时所测定出的欧姆数值石墨是良导体，所需电压最低，仅为2800V，以它作为标准，将各种矿物所需最低电压与它相比较，此比值即定义为比导电度.矿物表现出的这种与高压电极极性相关的电性质称作整流性。10．简述矿物的价键类型及解理面规律。【解】矿物内部结构按键能可分为四大类：（1）离子键或离子晶格。（2）共价键或共价晶格。（3）分子键或分子晶格。（4）金属键或金属晶格。破碎时，矿物沿脆弱面——裂缝、解理面、晶格间含杂质区等处裂开，也会沿应力集中地区断裂。单纯离子晶格断裂时，常沿着离子界面断裂。其解理面的规律是：（1）不会使基团断裂，如不会使方解石中的CO2-拆开；（2）往往沿阴离子交界面断裂，只有当没有阴离子交界层时，才可能沿阳离子交界层断裂；（3）当晶格中有不同的阴离子交界层或者各层间的距离不同时，常沿较脆弱的交界层或距离较大的层面间断裂。共价晶格的可能断裂面，常是相邻原子距离较远的层面，或键能弱的层面。11．简述非极性矿物与极性矿物的矿物内部结构与价键特性【解】一般来说，矿物内部结构与表面键性有如下关系：（1）由分子键构成分子键晶体的矿物，沿较弱的分子键层面断裂，其表面是弱的分子键。这类表面对水分子引力弱。接触角都在60°～90°之间，划分为非极性矿物（如石墨、辉钼矿、煤、滑石等）。(2)凡内部结构属于共价键晶格和离子晶格的矿物，其破碎断面往往呈现原子键或离子键，这类表面