选矿概论

第一章选矿概论

第一节选矿的基本常识

一、选矿的概念

选矿就是利用矿物某种性质的差异，将矿石中有用矿物和脉石分离开来的一种工艺方法。

例如钨矿选矿即是将矿石中的有用矿物黑钨矿同脉石矿物石英分离开来，也就是说将黑钨矿从矿石中选出来。

二、选矿的意义

宜昌磷矿资源的特点是富矿少贫矿多、富矿层少贫矿层多。现磷矿开采企业只采矿石品位28%以上的富矿直接出售，而将近80%的贫矿丢弃，造成了矿产资源的严重浪费。我国非金属矿工业属“朝阳工业”，磷资源属国家的紧缺资源之一，磷元素的生物化学循环是单向流动的，难以再生，也是难以替代的资源。所以，为了实现贫富兼采，节约不可再生的矿产资源，为子孙造富，磷矿开采企业必须走采选结合、矿肥结合、矿化结合之路。据《湖北磷矿资源开发利用研究》提供的数据，宜昌磷矿每采出1吨富矿，就损失、消耗储量9吨。而宜昌磷矿保有磷矿储量9.53亿吨，其中磷矿石P2O5品位＜30%的中、低品位矿占总量的88.26%。依照上面所述损失、消耗，再过5—10年，大部分矿山将因富矿耗竭而闭坑。我们选矿厂位于宜昌磷矿中部，附近有樟村坪、店子坪、树崆坪和殷家坪等矿区，保有磷矿资源约占1亿吨，其中贫矿0.75亿吨以上。可以说，我们不仅占有优越的地理位置，更有丰厚的入选原矿，有大量的“米”等着“巧妇”来“炊”，可见选矿的意义重大。一言以蔽之，选矿为实现贫富兼采创

造了条件，充分利用了贫矿层和开采矿层中的贫矿，延长了开采年限，达到了资源合理开发和保护并重的目的，提高了磷化工产业的可持续发展能力。

三、选矿的方法

重力选矿 (重选)、浮选（正、反）、磁选、电选等。

第二节重力选矿的基本常识

一、重力选矿的概念

重力选矿就是利用矿石中矿物比重的差异，将矿石中的矿物分离开来的一种工艺方法。也就是在一定的介质中，在重力、介质阻力和浮力的作用下，使比重不同的矿物颗粒产生不同的运动，藉助流体动力和各种机械力的作用，造成适宜的松散分层和分离条件，利用重选设备使其分离成为精矿和尾矿不同产品的过程。

现实生活中重力选矿实例很多，如将木屑同铁砂混合后倒入桶中，向桶内加水并不停搅动，这时木屑便漂浮于水面上，而铁砂则沉入桶底得到分离；家庭主妇做饭前用水淘出米中之砂；农村用风车借风力加工粮食等。而砂里淘金更是我国劳动人民早已掌握的重选方法之一。

二、重力选矿方法

重介质选矿、跳汰选矿、摇床选矿、溜槽选矿。

三、重力选矿的特点

1）介质具有重要作用。

2）重选设备具有重要作用—每当重选新设备的出现，都将导致重选技术与工艺的突破。

3）分级具有重要作用—筛分车间应有洗矿装置，冲去矿泥及细粒级矿石。

4）无环境污染—这与浮选相比是其突出优点。因为它在分选过程中不使用药剂，所以不产生环境污染。

四、用于重力选矿的介质

1）空气—以空气为介质即干式重选，如风选。

2）水—以水为介质即湿式重选。目前，重选绝大多数都在水介质中进行。

3）重液—即密度大于1的液体，如碘化钾。

4）重悬浮液—即密度大于1的悬浮体。

目前，选矿厂所用重介质为磁铁矿精矿（磁铁矿粉）。

五、介质在重选中的作用

1）传递能量的作用。2）松散矿石层的作用。3）搬运矿物的作用。4）强化分选的作用。

六、重选的条件

1）比重差—即欲分离的两种矿物之间必须具备足够大的比重差，最低限度要0.1以上。

2）分离介质—即重选的分离过程要在介质中进行。

重选过程，矿粒按密度分层是一个必然的趋势。矿粒间密度差别越大，这种趋势越大，重选过程越容易进行。

七、分离介质在重选中的必要性

在真空中，性质不同的物体，它们的运动状态完全相同，因此不可能依据重力的作用使它们彼此分开，必须要在空气中进行重选过程。前面讲到，空气也是一种介质。因为只有在介质中才能使不同比重的矿粒产生运动速度差异。假如矿粒的分离过程不是在介质中进行，而是在真空中进行，这时

无论两个不同矿物颗粒的比重差有多大，都不会产生运动速度差异的。可以说，没有分离介质，就没有重选的进行。

实践表明：重选过程不仅必须在介质中进行，而且还必须在运动的介质中进行。因为只有在运动的介质中，紧密的矿粒层才能得到松散，分层才能得以进行，同时藉助运动的介质流，将已经分选的产品及时地输送出去，这样，选矿过程才能连续地进行。

八、重选难易程度判别指标

A＝（δ2－△）／（δ1－△）

式中：A—重选难易度判别指标

Δ—分选介质的密度

δ2—重矿物密度

δ1—轻矿物密度

由公式看出，欲分离的轻、重矿物的密度差越大，或分选介质密度越大，则A 值越大，越易选。A值为1.5～1.75为中等易选程度，1.75～2.5为容易选程度，＞ 2.5为很容易选程度。

九、密度的概念

密度是指单位体积物体内所具有的质量，用δ表示。

δ＝m/v 密度的单位：克/厘米 3

式中：m—物体的质量； v—物体的体积。

矿石平均密度为2.92克/厘米3

十、介质密度及分类

介质密度是指单位体积介质内所具有的质量。

根据介质性质不同分为：

1）均质介质密度—液体在全部介质体积内是均匀的、

单一的、无物理相界面。如水和重液。

2）非均质介质密度—液体在全部介质体积内是不均匀的，并存在有物理相界面。如重悬浮液。

十一、介质粘度及分类

介质粘度是指介质对其质点移动表现出阻滞的性质，这种性质是由介质质点之间的内聚力而引起的。

根据介质性质不同分为：均质介质粘度、非均质介质粘度。

介质粘度越大，对矿物运动阻力越大，分选越不易进行。所以说，介质粘度对分选效果影响很大。

十二、矿石运动阻力的分类

1）机械阻力—是来自介质之外的阻力，即不是由介质本身引起的。

A、矿石与矿石在介质中相互碰撞所产生的阻力。

B、矿石与矿石在介质中相互摩擦所产生的阻力。

C、矿石与器壁（管道壁）在介质中相互碰撞所产生的阻力。

D、矿石与器壁（管道壁）在介质中相互摩擦所产生的阻力。

上述这种与器壁（管道壁）相碰撞或摩擦所产生的阻力，对于重选设备而言，称之为“边壁效应”。

2）介质阻力—来自于介质，是由于介质的存在而引起的。

由于介质具有内聚力，所以当矿石在介质中运动时必将产生阻力。

十三、矿浆浓度概念及表示法

矿浆浓度是表示矿浆稀稠的物理量。有两种表示方法：重量百分比浓度和容积浓度。

第三节重介质选矿

一、重介质的概念

比水重的介质即为重介质，也就是密度大于1的介质。

重介质包括重液和重悬浮液。

二、重介质选矿的概念

在重介质中进行的选矿称为重介质选矿，包括重液选矿和重悬浮液选矿。我矿选矿厂实施的就是重介质选矿，具体来说就是重悬浮液选矿。

三、重介质选矿的原理

重介质选矿的原理就是阿基米德原理—任何物体在介质中都要受到介质的浮力，浮力的大小等于物体排出同体积介质的重量。

当δ＞Δ时，物体进行下沉；

当δ＜Δ时，物体进行上浮；

当δ＝Δ时，物体进行悬浮。

上述δ为矿石密度，Δ为介质密度。如分离δ1和δ2两不同密度的矿物，δ1＜δ2，选择一种重介质密度介于两者之间，即δ1＜Δ＜δ2。在此种密度的重介质中，δ1矿物必上浮，δ2矿物必下沉。利用重介质选别设备分别收集上浮与下沉的矿物即达到重介质选矿目的。另一方面，当分离矿物密度一定时，人们可以通过介质密度的调整，使矿物在介质中随意进行上浮、下沉或悬浮，这即是重介质选矿的原理。

当分离矿物密度一定时，增大介质密度，选分效果增高。

当介质密度一定时，欲分离矿物之间的密度差越大，选分效果增高。

我矿选矿厂使用的重介质选别设备为无压三产品旋流器。

三、如何按选分要求配制重悬浮液密度

重悬浮液密度取决于欲分离矿物的密度，所配制的重悬浮液密度必须介于轻矿物密度（δ1）与重矿物密度（δ2）之间，即δ1＜Δc＜δ2

Δc＝λ（δ－1）＋1

式中：Δc—重悬浮液的密度；

δ—悬浮质的密度；

λ—重悬浮液的容积浓度。

重悬浮液的密度主要取决于悬浮质的密度和所配制的重悬浮液的容积浓度。当悬浮质选定后，悬浮质密度即固定，这时重悬浮液的密度则主要取决于重悬浮液的容积浓度。实践证明，重悬浮液的容积浓度不是可以随意提高的，它受粘度的限制。当容积浓度超过一定值时，则重悬浮液的粘度骤然上升。经验证明，重悬浮液的容积浓度一般不得超过25%～33%。由此可见，配制高密度的重悬浮液是比较困难的，主要取决于悬浮质的密度。

四、如何选择悬浮质

最理想的悬浮质应符合如下条件：

1）确保所配制的重悬浮液的密度既要大，但粘度还要小。

2）使其介质既容易回收，又容易再生。

3）悬浮质本身既不容易泥化，又不容易氧化。

4）原料来源既便宜，又广泛。

如现使用的磁铁矿粉符合上述要求。

五、重悬浮液概念

重悬浮液是由大密度的固体微粒与水混合组成的非均质两相介质。悬浮质颗粒的粒度大部分小于0.074mm，最大也不超过0.1～0.2mm，均匀分散于水中，增大了介质的密度。被选的矿石进入其中，所受到的浮力作用，密度大于重悬浮液密度的重矿物下沉，密度小于重悬浮液密度的轻矿物上浮。因此，目前所说的重介质选矿，实际上是重悬浮液选矿。

六、关于悬浮液的稳定性

悬浮液的稳定性是指维持上下各处密度恒定不变的性质。

由于悬浮液系固液两相介质，悬浮质颗粒受自身的重力作用，在静置时将要发生沉降，悬浮液各层固体含量将不断发生变化，上层固体含量减小，密度降低，下层固体含量增多，密度增高。上下层密度的差别将影响选别过程的正常进行。

七、影响重介质选分过程的悬浮液性质：密度、粘度和稳定性

悬浮液的密度大小，决定入选矿石在其中的运动方向，因而影响选别产物的质量；而悬浮液的粘度，影响矿粒的运动速度，因而直接影响选别过程的生产率和按密度选分的精确性；悬浮液的稳定性则是保证选别过程能够连续顺利进行不可缺少的条件。

八、悬浮液粘度增大的原因

1）悬浮质的机械阻碍作用：

当悬浮质发生流动时，此时分散介质（水）须绕过矿石颗粒表面而流动，故水的摩擦表面积增大；由于水要通过颗粒间隙而流动，故水流的速度梯度也增大，因此水的实际内摩擦力增大。同时悬浮质在流动中的相互摩擦、碰撞等也将阻碍着悬浮液的流动，因此使悬浮液流动的内部抵抗力也相对增大。

2）悬浮质水化膜的影响：

在悬浮液中，由于固体颗粒很细（－200目占65%）且浓度较高，因此存在着很大的液—固相界面。又由于水分子与固体表面存在引力，故在每个固体颗粒表面附着一层水化膜。在水化膜内压力很大，粘度也大于普通水中几十倍，从而使悬浮液在流动时粘性阻力增大。

3）悬浮液结构化的影响：

细小的悬浮质颗粒比表面是很大的，因而存在着巨大的界面自由能。按照热力学第二定律，任何体系均有力图缩小相界面的趋势。因此两个悬浮颗粒一旦彼此接触，若不受到外来的阻力，它们就能自发地团聚，而结合成为较大的结构物。因而，导致悬浮液粘度增大。

九、影响悬浮液密度、粘度及稳定性的因素

1）悬浮液容积浓度的影响：

悬浮液中固体颗粒的容积浓度是影响粘度的主要因素。试验表明，悬浮液的粘度随容积浓度增加而增加。在粘度较低时，粘度增加的比较缓慢，当浓度超过某个界限值时，粘度突然急剧增加，称该界限值为临界容积浓度。临界容积浓度因悬浮质的种类和性质不同而异，一般在25%～33%之间。

随着悬浮液的容积浓度增加，悬浮液的密度和稳定性增大。

2）悬浮质的密度、粘度和形状的影响：

在前面我们讲到该式：Δc＝λ（δ－1）＋1

由式可以看出，在同样容积浓度下，要求悬浮液密度高时，所需悬浮质的密度也应大。当配制的悬浮液密度一定时，悬浮质的密度越高，其容积浓度越低，这样将降低悬浮液粘度，但稳定性同时亦会降低（选矿厂现已摸索出了投料密度）。悬浮质颗粒的粒度和形状影响悬浮液流动时的内摩擦力。粒度愈小、形状愈不规则，由于颗粒表面积的增大，使流动时的内摩擦力增大，因而悬浮液粘度增加；粒度愈小、形状愈不规则，亦愈容易形成结构化，故其临界容积浓度值亦愈低。但粒度愈小、形状愈不规则，悬浮液的稳定性愈高。

3）泥质的影响：

由于入选矿石中含泥及悬浮液循环使用中悬浮质颗粒产生泥化，将大大增加悬浮液的粘度，提高悬浮液的稳定性。

由上可知，悬浮液的粘度和稳定性常常是矛盾的。粘度大则稳定性高，粘度低则稳定性小。而工艺生产要求悬浮液具有粘度小、稳定性高的性能。对此，须在实践中慢慢摸索。