第四章-颗粒技术及矿物分离特性

矿物的分离与加工是依据一定的物理和化学特性进行的，粒度、密度、形状及表面特性等对矿物加工有决定性的影响。因此，矿物加工必须研究矿物的分离特性参数，如分布特性、分离点及分选效果等，并据此采用不同的加工手段和方法。4．1颗粒特性及表示方法一、颗粒粒度的大小颗粒的大小是指颗粒在空间范围所占大小的线性尺度。常用粒径和粒度两个术语来述，其用法和含义有所不同。粒径是以单颗粒为对象，表示颗粒的大小；而粒度则以粒群为对象，表示所有颗粒大小的总体概念。颗粒大小的表示方法（演算直径）主要有以下几种：①三轴径；②球当量径；③当量圆径；④统计直径二、颗粒群的平均直径在矿物加工过程中，接触的不是单个颗粒，而是包含不同粒径的粒群。对其大小的描述，常用平均粒度的概念。粒群的平均粒度可用统计数学的方法来得。即将粒群划分为若干窄级别，任意一粒级的粒度为d，设该粒级的颗粒个数为n或占总粒群质量比为W，再用加权平均法计算得总粒群的平均粒度。第四章颗粒技术及矿物分离特性各种平均粒度的求法主要有：算术平均直径；几何平均直径；调和平均直径长度平均直径；面积平均直径；体积平均直径用图示法可直观表示各平均粒度的关系。图2-3是用电子显微镜测量铬黄粉的结果。算术平均直径＞几何平均直径＞调和平均直径三、粒度分布表征物料粒度分布常用的方法有列表法、作图法和函数法等。1．列表法将粒度分析得到的原始数据（粒度区间、各粒级质量、面积、颗粒数等）及由此计算的数据列成表格即可。这是最普通的方法。其优点是通过列表能表示出各粒级的分布情况，找出主导粒级、各级别和全体物料的平均粒度和指定位度的累计含量等。2．作图法作图法包括矩形图、密度函数图、分布函数图等。4.1颗粒特性粒群粒度的分布函数图以叫该粒群的粒度分布曲线图，它是以散物料粒度组成表为依据的，曲线的横坐标代表粒度，纵坐标代表（累积）产率。累积粒度特性曲线有许多用途。对于粒度范围很宽的物料，为了清楚表达粒度分布情况，可将曲线绘制在半对数坐标系或全对数坐标系中。把横坐标或纵座标取对数后，相邻粒度级之间在横轴上的间距，细粒级增长，粗粒级缩短。图4－l－4是全对数负累积粒度特性曲线，因纵坐标也采用了取对数处理，曲线已直线化了，这样便于求出该直线的斜率和截距，进而将曲线用数学方程式表示出来，借此确定颗粒粒度在物料中的分布规律。3．函数法函数法就是用数学方法将物料粒度分析数据归纳、整理并建立能反映物料粒度分布规律的数学模型—粒度特性方程。在矿物加工中常用的有以下2种：4.1颗粒特性（1）高登Gaudin一安德列耶夫一舒曼SHuzman公式对一定的物料k是常数，一般破碎产物的K值常介于0．7～1．0之间。（2）罗逊(Rosin)—拉姆勒(Rammler)公式四、粒度的形状颗粒形状与物性之间存在着密切的关系，它对颗粒群的许多性质产生影响。在矿物加工中，颗粒的形状是一个重要的几何特征。颗粒形状分析有定性和定量两个方面。（1）形状系数（shapecoefficient）它是根据颗粒的面积和体积两个特征导出的。表面积形状系数与某种粒度相联系的表面积形状系数φs：4.1颗粒特性kDDY)(100max=nbDeR−=1002dSs=Φ体积形状系数与某种粒度相联系的体积形状系数φv：比表面积形状系数设SV为单位体积颗粒的比表面积，则式中，φSV为比表面积系数。（2）形状指数（shapeindex）形状指数和形状系数不同，它和具体的物理现象无关，只用数学表达式来描述颗粒的外形。常见的形状指数有球形度、伸长度和扁平度等。球形度：ψS=(与颗粒等体积的圆球表面积/颗粒的实际表面积)=S球/S粒ψS一般小于1，对于球形ψS=1。伸长度n=长径/短径=l/b扁平度m=短径/厚度=b/h4.1颗粒特性3dVV=ΦdddVSSSVVsVΦ=ΦΦ==32VSSVΦΦ=Φ五、連生体及矿物的解离連生体：是指两种以上的矿物所组成的矿物集合体。矿物的单体解离情况可用解离度来表述。解离度系指矿石中呈单体的矿物占该矿物总量的百分数。兼含有用矿物和脉石矿物的颗粒称之为连生颗粒或中矿颗粒，矿物加工中遇到的许多困难均与此类颗粒的处理有关。破碎和磨矿作业用来使矿物聚合体碎裂（断裂），从而引起或增加解离。碎裂结果，可产生两种型式的解离。1．粒间解离粒间解离这一概念系指在晶粒边界上而非横穿晶粒碎裂。因此，解离大致发生在矿物晶粒周围，但因任一种矿物都有一个晶粒范围，碎磨仍需将颗粒粉碎至平均晶粒粒度以下。粒间解离的出现可由碎磨产品的频率筛析推断出；在筛析曲线上有两个峰值，其中第二个峰值表示晶粒边界上的优先碎裂。2．穿粒解高图中清楚地示出穿粒解离这一概念。高登和威杰尔都已用如下假设将解离的这种表示法扩展至三维体。4.1颗粒特性解离度G可以用晶粒粒度与颗粒粒度之比RL（dG／d）以及每种组分在原始集合体中的体积分数FV来表示。对于每一组分，当RL1.0时：但当RL1.0时：仍然呈A、B矿连生体的颗粒分数为下列之差：不充分解离不是降低品位就是降低回收率，这一情况应引起注意。解离对品位的影响如图所示。4.1颗粒特性384223)1(3)1(3)1(LVVLVLVLRFFRFRFRG+−+−+−=VLFRGlog)11(log3+=BAABGGF−−=1例：若晶粒粒度为500μm，试求某作业溢流产品的解离度。该矿含10%PbS(ρ=7600kg/m3),90%脉石（ρ=2650kg/m3）。解：基数100g矿石根据公式（2-7）、（2-8）计算出对于PbS对于粒级300~425μm，dA=362.5所以RL=500/362.5=1.38由公式（2-7）于是，粒级解离度=G/FV,PbS=0.001/0.037=0.027同理可求出脉石的解离度为0.86。对于每一粒级的解离度都可以用Gi/FV求得。最终可求得每一组分的总解离量。4.1颗粒特性037.02650/907600/107600/10,=+=PbSVF001.0)38.1()037.0()037.0)(138.1(3)037.0()138.1(3037.0)138.1(284223=+−+−+×−=PbSG4.1颗粒特性3．中矿颗粒的性质及行为不同矿物在中矿颗粒之中的接触状况，将是决定中矿在分选机中的行为的一个重要因素。在这方面，可以将中矿区分为四种基本类型（见图）。将中矿颗粒分成四类并非绝对的，分类在很大程度上应决定于颗粒和矿物晶粒的相对粒度，在此粒度下分选得以实行。当中矿颗粒含量较多时，应考查一下中矿颗粒在某些类型分选机中的行为。如在磁选情况下，颗粒内含任何导磁矿物（甚至矿物完全被包围）实际上都会使该颗粒得到回收。五、粒度的测量分析方法及选择现有的粒度测量方法很多，有直接测量法，简接测量法等等。归纳起来主要有以下几种。4.1颗粒特性方法大致粒度范围（μm）测量依据的性质或效应表达的粒度直接得的分布筛分析（微目筛）＞40（5－40）筛孔d筛质量（体积）光学显微镜电子显微镜全息照相0．25~2500．01—52~500通常是颗粒投影像的某种尺寸或某种相当尺寸da，dF，dST等个数激光：光散射、消光X光小角散射0.02~20000.005~0.1颗粒对光的散射或消光（因散射和吸收）,颗粒对X光的散射同效应的球直径质量（体积）或个数重力沉降离心沉降2~1000.01~10沉降效应：沉积量，悬浮液的浓度、密度或消光等随时间或位置的变化同沉降速度的球直径，在层流区即dst质量（体积）电传感法0.4~800颗粒在小孔电阻传感区引起的电阻变化体积直径dV，但常为同效应的球直径个数气体透过常压粘滞流常压滑动流气体吸附2~500.05~2＜10床层中颗粒表面对气流的阻力气体分子在颗粒表面的吸附dSV=6/SV／／／1.筛分法筛分分析法是让试样通过一系列不同筛孔的标准筛或非标准筛，将其分离成若干个粒级。分别称重，求得以质量百分数表示的粒度分布。筛分法适用于约100mm至20μm之间的粒度测量。由于各国采用的标准不同，所以有各种各样的标准筛。单位长度的筛面上所具有的筛孔数称为网目数，简称网目。有的标准筛的网目是指每英寸长度上的筛孔数。我国主要应用上海标准筛和美国泰勒筛。2．显微镜法显微镜是唯一可以观察和测量单个颗粒的方法。而且，经常用显微镜法来标定其他方法。根据光学仪器的分辨距离，光学显微镜测量粒度的范围大致以0.3－200μm为宜；透射电子显微镜测量范围为1nm－5μm；扫描电子显微镜的分辨能力比透射电子显微镜低，测量的最小粒度约为10nm。3．光散射法和消光法光散射法通过测量颗粒的散射光强度或偏振情况、散射光通量或透过光的强度来确定粒度。图为Malvern激光测粒仪的光路系统。它采用He－Ne激光，利用衍射散射的角分布随粒径改变的原理来求颗粒群粒度分布。测量范围为0.5~1800μm。4.1颗粒特性4．电传感法—库尔特计数器电传感法是将被测颗粒分散在导电的电解质溶液中，在该导电液中置一开有小孔的隔板，并将两个电极分别于小孔两侧插人导电液中。在压差作用下，颗粒随导电液逐个地通过小孔。每个颗粒通过小孔时产生的电阻变化表现为一个与颗粒体积或直径成正比的电压脉冲。仪器对脉冲按其大小归档（颗粒体积或粒度的间隔），进行计数，因此可以给出颗粒体积或粒度（体积直径）的个数分布。通常测量范围约为0.5－1000μm。4.1颗粒特性选矿的任务主要是根据矿物粒度或组成的不同对矿物颗粒进行分选。将矿物颗粒在置于特定环境之中，并通过分选装置实现矿物的有效分离的目的。在分选机中，向矿物颗粒施加适当的力，受该力作用的物料产生正响应，不受该力作用的物料产生负响应。分选过程主要取决于三个因素：矿物的特性，分选机的性能，以及生产对品位和回收率的要求。可利用的矿物特性主要包括粒度、形状、密度、磁化率、导电率以及表面特性。这些特性和利用这些特性的特殊过程将在其它章节中详细讨论，在此主要讨论矿物特性与分选效率的关系问题。4.2.1分布特性及分选特性值的确定一、分布特性曲线与特性值在一组对施加力显示正响应的颗粒之中，被利用的特性值通常有一个范围。其原因是颗粒粒度的变化，解离度的不同，或是化学特性和物理特性的细微变化。如图3.2所示，一组颗粒的特性值范围可表示为频率曲线或累计曲线。这类曲线大多用于重选过程，我们称作可选性曲线。粒度是可被考虑利用的一种最简单特性，图3．3为一组颗粒的粒度特性分布。根据此粒度特性，可大致地估计其分离效果。4．2矿物分离过程分析4．2矿物分离过程分析除考虑粒度的一些特性外，引起特性波动的最常见原因之一是解离不充分，但解离不足的影响程度取决于被利用的特性。解离度的变化将导致可选性曲的变化。颗粒和颗粒之间的变异对分选的影响，可用图3.4所示的曲线来描述。A组中全部颗粒的β值均小于D组中之值，因此这两组颗粒可用β3将和β4之间的某一分选机给定值加以分选。B组和D组也可用分选机给定β值来加以分离，但这种情况比较困难，因两者几乎重叠。图3.4中A、B、C三组之中两组的分选，在选矿作业中是典型的。采用β2和β3之间的某一分选机给定值，有可能使A、B分选良好，但不完全，实际的给定值取决于产品要求。例如，可能需要采用给定值β3，以获得高品位B或高回收率的A。A、C的分选程度不太令人满意，因为得不到纯净的A，而可获得的纯净C的量又取决于两条曲线的相对扩展。因此，由可选性曲线预测得到的分离率。代表着应用该种特定特性对所处理物料能够获得的最高分离率。二、设备的局限性在实践中，工业分选设备很少能达到分选特性曲线所指出的最佳分选值，其原因有分选机给定值的固有变化，相平衡的各种力，以及时间的不足。虽然一台设备有一给定点，但存在一个数值范围，因为给定点会随机波动，如流量、压力、设备摩损、分选环境等等原因所致。任何一种设备都有一个分选精度的范围，都适合于特定的条件，而并非是万能的。4．2矿物分离过程分析所有选矿过程都是在连续分选机中进行的，这意味着任何颗粒对分选力都有一个有限的响应时间。其结果是，分选特性曲线指明的最高分选率很少能达到。尽管选矿过程复杂，但大多数过程都遵循第一级速率定律，因此对于特性相