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选矿学第二篇筛分、破碎与磨矿贵州大学矿业学院庹必阳讲师绪论自然界蕴藏着极为丰富的矿产资源。选矿就是利用矿物的物理或物理化学性质的差异，借助各种选矿设备将矿石中的有用矿物与脉石矿物分离，并达到使有用矿物相对富集的过程。选矿学是研究矿物分选的学问，是一门分离、富集、综合利用矿产资源的技术科学。众所周知，地壳是由岩石组成的，而岩石是矿物的集合体。矿物就是在地壳中由于自然的物理化学作用或生物作用所生成的具有固定化学成分和物理性质的天然化合物或自然元素矿物的种类繁多，在众多的矿物中，能为人类利用的称有用矿物在当前的技术经济条件下，人们能够将含有一有用矿物的岩石中的某些组分加以富集并利用，这类岩石就称为矿石,在矿石中.除有用矿物外．还含有目前无法富集或尚不能利用的一些矿物．这些无用的矿物称为脉石。根据不同的矿石类型和对选矿产品的要求，在实践中可采用不同的选矿方法。常用的选矿方法有重选法、磁选法、电选法和浮选法其中浮选法应用最广。重选法广泛地应用于黑色、有色、稀有金属和煤的分选；磁选法多用于黑色金属和稀有金属的分选，也可用于从非金属矿物原料中除去含铁杂质，还可用于净化生产、生活用水以及重介质选煤中磁铁矿的回收；电选法用于有色金属矿石和稀有金属矿石、黑色金属(铁、锰、铬)矿石的分选，还用于非金属矿石(如煤粉、金刚石、石墨、石棉、高岭土和滑石等)的分选。除上述常用的四种选矿方法外，还有光电选矿法、化学选矿法及其他特殊选矿法。各种选矿方法有时单独使用，有时是几种方法的联合应用。矿石的选矿处理过程是在选矿厂(选煤厂)中完成的。不论选矿厂(选煤厂)的规模大小，一般都包括以下三个最基本的工艺过程：①矿石分选前的准备作业包括原矿(原煤)的破碎、筛分、磨矿、分级等工序本过程的目的是使有用矿物与脉石矿物单体分离，使各种有用矿物相互间单体解离，此外．这一过程还为下一步的选矿分离创造适宜的条件。②分选作业。借助于重选、磁选、电选、浮选和其他选矿方法将有用矿物同脉石分离，并使有用矿物相互分离获得最终选矿产品(精矿、尾矿、有时还产出中矿)。③加选后产品的处理作业。包括各种精矿、尾矿产品的脱水，细粒物料的沉淀浓缩、过滤、干燥和洗水澄清循环复用等。1．选矿常用的工艺指标①品位——是指产品中金属或有用成分的质量与该产品质量之比，常用百分数表示。通常用a表示原矿品位；β表示精矿品位；θ表示尾矿品位。②产率——产品质量与原矿质量之比，叫该产品的产率，通常以γ表示。③回收率——精矿中有用成分的质量与原矿中该有用成分质量之比，称为回收率，常用ε表示。回收率可用下式计算：式中：ε——回收率，%；a——原矿品位，%；β——精矿品位，%；γ——精矿产率，%。有用成分回收率是评定分选过程(或作业)效率的一个重要指标。回收率越高．表示选矿过程(或作业)回收的有用成分越多所以．选矿过程中应在保证精矿质量的前提下，力求提高有用成分回收率。④选矿比——原矿质量与精矿质量的比值用它可以确定获得1t精矿所需处理原矿石的吨数。常以K表示。⑤富矿比(或富集比)一一精矿品位与原矿品位的比值，常用E表示，E=β/a，它表示精矿中有用成分的含量比原矿中该有用成分含量增加的倍数，即选矿过程中有用成分的富集程度。第一章碎散物料的粒度组成与粒度分析1.1粒度及粒度分析1.1.1粒度及其表示方法破碎筛分、磨碎分级与分选加工的物料均是碎散物料群体，构成该群体的颗粒大小不一，形状各异．在技术丘通常引入“粒度”、“粒级”、“粒度组成”及“平均粒度”等概念来描述它们的特性——粒度特性.粒度--描述单一颗粒大小的尺寸称为粒度。球形或立方体颗粒的粒度即为直径或边长；对于外形不规则的颗粒，其粒度以三维尺寸(长a、宽b、厚c)的算术平均值d=(a十b＋c)/3或几何平均值表示。平均粒度——描述物料群的粒度称为平均粒度。对d1/d2＜的粒级，即粒度范围较窄的物料群，其平均粒度d=(dl+d2)/2；对于粒度范围较宽的物料群，通常有数个粒级，要用统计学上求平均值的方法计算其加权算术平均粒度ds，或加权几何平均粒度dj，或加权调和平均粒度dt：式中，γi是平均粒度为di的粒级占物料总量的质量百分率。注:1.1.2粒度分析方法粒度分析是一种技术操作．它的任务是测定碎散物料的粒度特性。粒度分析方法有多种，选矿工程中常用的有以下三种：1)筛分分析法——此法是利用筛孔大小不同的一系列筛子对散料筛分，n层筛子可把物料分成(n+1)个粒级，各粒级的上、下限粒度通常就取相应筛子的筛孔尺寸。筛分分析法广泛用于测定0.04~100mm散粒的粒度组成，更大粒度的物料也可编制更大筛孔的筛子，但对于小粒度的物料，一是制作相应筛孔的筛子较困难，二是很难筛得充分。一般干筛的分级粒度最小至0.1mm。0.04~100mm物料须用湿筛。筛分分析法的特点是设备简单，易于操作，但筛析结果受颗粒形状和筛分时间的影响较大。2)水力沉降分析法——此法是利用水力分析装置，根据不同粒度的颗粒在水介质中沉降速度不同而分成若于粒级。该法适用于测定l~75μm细粒物料的粒度组成，其特点是不像筛分分析法那样严格按颗粒几何尺寸分级，而是按沉降速度分级。因水力沉降过程受颗粒密度和形状的影响，密度大的小颗粒与密度小的大颗粒有可能进入同一个粒级。3)显微镜分析法——此法是利用显微镜观察微细颗粒的大小和形状，适用于0.1-50μm的物料，可检查分选产品或校正水力沉降分析结果，也可研究矿石的结构其主要特点是直观。在选煤生产和选煤研究中，应用最广泛的是筛分分析法1.2筛分分析1.2.1筛分工具1.标准筛标准筛是一套筛孔尺寸大小有一定比例的、筛孔边长及筛丝直径均按有关标准制造的筛子使用时将各个筛子按筛孔大小从上至下顺序叠放，上层筛孔大，下层筛孔小各筛子所处的层位次序称为筛序。每两个相邻筛子筛孔尺寸的比值称为筛比。有的标准筛确定一系列筛子中的某个筛子作为基准筛，简称基筛标准筛都有筛底和筛盖，分另别用以收集筛下产品和防止物料溅失。2.非标准筛非标准筛并非是随意制作的筛子，对某些主要特征一般都作出规定。如煤炭工业规定筛孔尺寸依次为100mm、50mm、25mm、13mm、6mm、3mm、0.5mm，必要时可以增减筛孔尺寸。很显然，标准筛是用于细物料的筛分，而非标准筛是用于粗物料的筛分。另外，标准筛的筛框为较小的圆形金属框，筛面由铜、不锈钢、尼龙等丝线编织而成，非标准筛的筛框为较大的长方形木质框(也可用薄钢板焊接)，筛面由低碳钢丝编织而成或用薄钢板冲孔而成。非标准筛的操作通常由人工进行，从粗孔到细孔逐个使用筛子，当试料中粗粒不多时，宜先用中等筛孔的筛子，然后分别从中孔到粗孔和从中孔到细孔逐个使用筛子。1.2.2筛分试验筛分试验按筛分物料粒度的大小分为大筛分与小筛分，大筛分使用非标准筛，小筛分使用标准筛；按筛分时是否使用水介质促进筛分的进行又分为干筛与湿筛。因大粒度物料容易筛分，当试料水分与含泥量较大时，可以先晾晒，因此，大筛分一般采用干筛。对于小筛分，当试料水分与含泥量较小目要求不甚严格时，可采用干筛，否则宜采用湿筛。当然．湿筛需要辅以脱水及干燥作业对于湿筛，通常是将单个的标准筛固定在高频电磁振动器上，手持振动器将筛子置于水盆中筛分。1.3粒度特性曲线和粒度特性方程式1.3.1粒度特性曲线粒度分析的结果除用表格表示外，还可用曲线表示，称为粒度特性曲线，或粒度分析曲线，它是以散料粒度组成表为依据绘制的，曲线的横坐标代表粒度，纵坐标代表产率若纵坐标为粒级产率，则称为部分粒度特性曲线；若纵坐标为累积产率，则称为累积粒度特性曲线、如图1-1-1、图1-1-2所示。与部分粒度特性曲线相比，累积粒度特性曲线在生产考查和流程计算上获得了更为广泛的应用，它具有如下特点：1)正、负累积粒度特性曲线是互相对称的，若绘在一张图纸上，必交于物料产率为50％的点上。2)正累积粒度特性曲线必交于纵坐标轴上物料产率为100%的点；负累积粒度特性曲线必交于纵坐标轴上物料产率为0的点(坐标原点)。累积粒度特性曲线有如下用途：①可确定任何指定粒度的相应累积产率；或由指定的累积产率查得相应的粒度。②可求出仟粒级(d1-d2)的产率，它等于粒度dl及d2所对应的纵坐标的差值。③由曲线的形状可大致判断物料的粒度组成情况。对于正累积的粒度特性曲线，若曲线向左下角凹进，表明物料中细粒级含量多；若曲线向右上角凸起，说明粗粒级含量多；若曲线近似直线，则表示粗、细粒度分布均匀。图1-1-3是根据表1-1-3绘制的半对数累积粒度特性曲线，因处，故曲线的左端不能画到粒度为零处。图1-1-4是根据表1-1-3绘制的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。1.3.2粒度特性方程式粒度特性方程式是研究表述物料群粒度特性的另一种方法，它是由筛分试验所得数据，经数学方法推理得到的经验公式。1．高登一安德列耶夫舒曼公式(1-1-1)式中Y——负累积产率；X——与产率Y对应的物料粒度；Xmax一一最大物料粒度，对一定的物料，Xmax是常数；K——与物料性质有关的参数，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。式(1-1-l)表明了物料粒度X与负累积产率Y的函数关系，在X的定义域(0，Xmax)内，给定一个X便可求出对应的Y值。颚式破碎机和圆锥破碎机的产物，其粒度在0至破碎机排料口宽度(Xmax)的范围内，相应的产率Xmax基本卜符合式(1-1-1)。第2章筛分及筛分机械2.1概述2.1.1筛分的基本概念碎散物料通过一层或数层筛面被分成不同粒级的过程称为筛分。在实验室或试验场地为完成粒度分析而进行的筛分称为试验筛分，在工厂或矿场为完成生产任务而进行的筛分称为工业筛分，本章的筛分是指工业筛分。筛分过程一般是连续的，筛分原料给到筛分机械(简称筛子)上以后，小于筛孔尺寸的物料透过筛孔，称为筛下产物；大于筛孔尺寸的物料从筛面上不断排出，称为筛上产物。在一定条件下，筛上产物中的最小粒度与筛下产物中的最大粒度，都近似等于筛面的筛孔尺寸，筛孔尺寸可简单地认为是筛分粒度。在单位时间内给到筛面上的原料的质量称为生产率，单位是t/h。但在选矿或选煤生产中，更习惯称之为处理量、处理能力或筛子负荷。若在筛分时使用了n个筛子(确切讲是n层筛面)，一般就可得到(n十l)个产物。在这种情况下，下一层筛分的筛下物就是下一层筛子的原料。有关筛序、筛面和粒级等概念已在第1章定义过，不再赘述。2.1.2筛分作业的任务与分类筛分作业广泛用于选矿厂、选煤厂、筛选厂等，同时也广泛用于建筑、化工、轻工业部门。按照应用目的和使用场合的不同，以及筛分作业在生产工艺中担负的任务不同。筛分作业可分为以下几种。1.独立筛分当筛分产品作为最终产品供给用户使用时，称为独立筛分，如煤、铁矿石和建筑石料的筛分。对于煤炭工业，独立筛分主要是指筛选厂生产不同粒级商．结煤的筛分。商品煤的粒级要根据煤质、煤的粒度组成和用户要求，按国家有关煤炭粒度分级的规定来确定，供动力用煤的粒级见表1-2-1，•2.准备筛分•当筛分是为分选作业提供不同粒级的入选矿物时，称为准备筛分，如重选及磁选前的矿物筛分。对于煤炭工业，各种选煤设备都应供给适宜粒级的原煤。过粗的大块不能分选，过细的微粒难以回收。另外，原煤粒度对分选效果也有很大影响，各种选煤方法的分选粒度范围见表l-2-2。3.预先筛分与检查筛分当筛分作业和破碎作业配合进行时称为辅助筛分。若用在破碎前把合格粒级预先筛出叫预先筛分：若用在破碎后以控制破碎产品的粒度则叫检查筛分。预先筛分有时也称为准备筛分。许多情况下，一个筛分作业能同时起预先筛分和检查筛分的作用，如图1-2-1所示4.脱水筛分将伴有大量水的碎散物料(如渣浆、泥浆、矿浆等)作为筛分原料，以脱除其中液相为目的的筛分称为脱水筛分。例如湿法选矿或选煤生产，都需要在水介质中进行，精、尾矿(煤)中含有大量的水，脱水筛分一方面可以提高产品质量，便于贮存和运输，减少运输量及解决高寒地区冬季装、卸车的困难，