理工大16级硕士高等选矿学参考答案

高等选矿学试卷

工程硕士

1．矿可利用的的矿物性质有哪些？列举出依据这些性质的选矿方法（20分）2．简述颗粒粒度分布的表征方法及其粒度分布的数学模型。

3．煤中硫的赋存状态有哪几类?煤中硫铁矿分选回收的方法有哪些？4．对颗粒在复合场中的受力进行分析并给出公式。

5．对中国选煤工业发展现状进行述评。

1答: 矿物的基本物理、化学性质包括：粒度、密度（包括堆密度、）或比重、磁性、电性、表面吸附性、表面润湿性、光学性质、热力学性质（如熔点、溶解度、热容和比热）等。

依据粒度进行矿物分离的方法主要是筛分，包括湿式和干式两种。设备主要有固定筛、振动筛，其中振动筛常用湿式，尤其是筛孔较小的筛分作业。

依据密度（或比重）和粒度进行矿物分离的方法主要是重选和分级。重选包括跳汰选矿、摇床选矿、重介质选矿、溜槽选矿等。跳汰选矿是在交变介质流中进行的，主要设备是跳汰机，有活塞跳汰机、隔膜跳汰机、无活塞跳汰机、水力鼓动跳汰机以及动筛跳汰机。分级是根据颗粒在介质中沉降速度的不同，将宽级别粒群分成两个或多个窄级别粒群的作业。

依据磁性进行矿物分离的方法主要是磁选、磁流体分选、超导磁选等。磁选设备依据其磁场强度和磁场梯度大小可分为弱磁场磁选机、强磁场磁选机、高梯度磁选机等类型。矿物的磁性大小通常用磁化率或比磁化率来表征，比磁化率越小磁性越弱。根据比磁化率大小，矿物可分为强磁性、中等磁性和弱磁性三大类，其中，强磁性矿物可用弱磁场磁选机来分选，弱磁性矿物则须用强磁场磁选机来分选。

依据矿物电性的选矿方法是电选。矿物电性质主要指矿物的介电常数、电导率及相对电阻、电热性、比导电度及整流性等。此中最常用的是介电常数、相对电阻、比导电度及整流性。

依据矿物表面润湿性、表面电性及表面吸附特性等进行分选的方法主要是浮选。接触角大小决定着矿物可浮性的好坏，根据接触角大小，矿物分为亲水性和疏水性两大类。

矿物的光学性质目前还只用于矿物颗粒的粒度分析、分散体系如矿浆中矿物颗粒浓度的测定上。矿物的热力学性质在化学选矿中有所体现

需要指出的是：任何一种矿物分离方法都是以矿物的一种或几种物理、化学性质为主要依据的，但并不意味着只有这些性质对选矿过程有影响，实际上在任一种选矿方法中，其它性质也会对它有影响，只是比较次要而已。

还有热力学、动力学、夹带、其他随机因素

6． 简述颗粒粒度分布的表征方法及其粒度分布的数学模型。（20分）

答：颗粒粒度分布主要由粒度特性曲线来描述，即采用分组的方法，将全部颗粒按粒度的大小分成若干个小组，再研究各个组的某一性质（如颗粒个数，表面积，体积，质量等）占全体颗粒的比例构成。粒度分布可用粒度频率分布，粒度累计分布和粒度分布函数来描述。

粒度分布的数学模型有：

1. 高登-安德烈耶夫-舒曼分布函数： y=100（x/k ）a =100(x/x max )a

式中 y--筛下产物的负积累产率，%；

x —粒度或筛孔尺寸，mm 或μm ；

K —粒度模数，也为理论最大粒度（x max ）；

a —与物料性质有关的参数，破碎产物a 值介于0.7-1.0之间； 方程经线性化处理简化为 lg y=C+a lg x,式中，C=lg 100-a lg K

2. 罗逊-拉姆勒分布函数：R=100 exp(-bx k)

式中 R 为筛上产物的正累计产率，%；x 为粒度或筛孔尺寸，μm

b 为与产物粒度有关的系数；k 为与物料性质有关的系数。

方程线性简化后为：lg[lg(100/R)]=k lgx+C ，式中 C=lg(blg e)

3. 对数正态频率分布函数: f(D)=

式中，f(D)为粒度为D 的颗粒的分布频率；Dg 为几何平均粒径； g σ为几何平均偏差；

7． 煤中硫的赋存状态有哪几类?煤中硫铁矿分选回收的方法有哪些？（20

分）

答：硫在煤中有三种赋存状态：主要以无机硫和有机硫存在，有时还包括微量的元素硫。无机硫主要有硫化物硫（黄铁矿硫和白铁矿硫）与硫酸盐硫（石膏类矿物）。黄铁矿硫是煤炭中硫的主要组成部分。有机硫与无机硫不同，它是煤中有机质的组成部分，主要包括芳香和脂肪硫醇、芳香和脂肪硫醚、二硫醚、环硫醚以及噻吩类硫。

回收方法：

1.物理脱硫法：

1.1 重力法脱硫 重力法是煤矿选煤厂广泛采用的一种脱硫、降灰技术。包括跳汰机、重介旋流器、摇床、水介质旋流器

1.2 浮选法脱硫 浮选脱硫是从细粒煤中脱硫的一种常用方法。它是利用煤粒与黄铁矿粒表面性质的差异，通过药剂作用实现煤粒与黄铁矿分离的方法。包括微生物—浮选脱硫、电化学法强化浮选脱硫、抑制剂强化浮选脱硫.

]lg 2)lg (lg exp[lg 2122

g Dg D g

σσπ--

1.3 磁电脱硫法 煤中的有机质是抗磁性的，而煤系黄铁矿及黏土、页岩等含铁矿物是顺磁性的。利用它们的磁性不同实现分离即是磁选法.

2 化学脱硫

2.1 碱处理脱硫技术 包括：MCL 法（熔融苛性碱浸提脱硫法）、F —L 法（即碱液浮沉—熔融浸提脱硫法）、微波加热苛性碱溶液脱硫法、超声波强化碱法、脱硫稀碱溶液浸提脱硫法

2.2 化学氧化脱硫法 包括：过氧化氢与冰醋酸混合物氧化法、MEYERS 法、次氯酸钠氧化脱硫法、氯氧化法（即氯解脱除法）和其它氧化脱硫法

3 溶剂萃取脱硫技术 包括PCE 法和超临界乙醇萃取脱硫

4生物脱硫 煤的生物脱硫技术大体可分为生物浸出法和生物表面法

5 加氢热解脱硫

8． 对颗粒在复合场中的受力进行分析并给出公式。（20分）

答：一，颗粒在介质中受力分析

1. 在介质中的重力 ()()g m g V G δρ-δ=ρ-δ=0

()g g δρ-δ=0在介质中的重力加速度，也叫作在介质中的重力初加速度。初加速度决定物体在介质中的运动方向：沉降、悬浮、上浮。

两种不同密度的矿物，010212,g g ?δ?δ，

g g g ???? ??δ-δρ=-21010211 初加速度差由两种矿物的密度差和介质密度决定。一般地，密度差和介质密度大，分选效果好。

2. 在介质中的阻力

物体在介质中运动时作用在物体上与运动方向相反的力，称为阻力。介质作用在物体上的力，介质阻力；物体间，物体与容器间相互摩擦、碰击而产生的阻力：机械阻力。

完全没有机械阻力：自由沉降；有机械阻力：干涉沉降或干扰沉降。

切向力(τ.ds)：由介质内部分子间的摩擦而引起，切向力差不多全部发生在边界层内。

切向力阻力或摩擦阻力。

阻力来源于介质作用在介质表面的力：法向压力（P.ds ）和切向力(τ.ds)

法向压力（P.ds ）,物体形状影响，发生边界层分离，在后部产生旋涡，后部压力小（用百努利方程解释），前后压力不同，有压力差，对物体产生阻力。另外，不同点流速不同，即使不发生边界层分离，也会产生压力差。但主要是形状引起，为形状阻力。

两种阻力一般同时发生：但不同情况下每重阻力所占比例不同。例如薄板取不同

方向在介质中运动

平行于水流，几乎只有切向力在起作用；垂直于水流方向，主要受形状阻力。 量纲分析，0,22=???? ??ρμρv d R dv f

μρ=dv Re 雷诺数；

ρ=ψ22v d R ；阻力通式为：ρψ=22v d R 在Re 和阻力系数间存在单值对应关系，关系为瑞列曲线。 在Re<0.1~0.2，在对数坐标上为直线关系，Re c

=

ψ 代表的阻力公式为：Stokes 公式v d R S μπ=3，c=3π

Re>1000, 水平关系，与Re 无关,常数。??? ??πππ=ψ20~168或

代表的阻力公式为：牛顿-雷廷智公式：

ρπ=-228v d R R N 或ρ??? ??ππ=-2220~16v d R R N 在中间，过渡区间，曲线。阿连公式：

Re 45π=

ψ，ρπ=22Re 45v d R A 3．球体的初加速度和末速

1）.运动微分方程

受力分析：介质中重力：()()g m g V G δρ-δ=ρ-δ=0

阻力：

ρψ=22v d R 根据牛顿第二定律，有：R G dt dv m -=0 δπ=63

d m

ρψ-ρ-δπ=δπ223366v d g d dt dv d

a g d v g dt dv -=δπρψ-δρ-δ=026

()g g δρ-δ=0

δπρψ=d v a 26 2）.分析

G0=R; ρψ=ρ-δπ223)(6v d g d ()ψρρ-δπ=60g d v

1. 特殊条件下的球体自由沉降末速公式

1）.N-R 公式

g d v d ρ-δπ=ρπ6

8322， ()()()()05.05.0042.542.531866???? ??μρ???? ??ρρ-δ=ρρ-δ=ρρ-δ=ψρπρ-δπ=ψρρ-δπ=d g d g d g d g d v 2)阿连公式 Re 54=ψ

3

1323320)(58.2152???? ??μρρρ-δ=μρ???? ??ρρ-δ=d g d v 3）Stokes g d v d ρ-δπ=μπ633

μρρρ-δ=μρ-δ=2201818d g d g v 二．颗粒在磁场中的受力分析

根据力学定律，作用在颗粒上的力可用颗粒位能的负梯度值来表示，即

F 磁=-gradU=grad ?V dV H 22

0κμ

当颗粒粒度不大时，可假定颗粒的体积磁化率在所占的体积范围内是个常数，其所占的体积内HgradH 也近似为常数，则磁力F 磁将等于

F 磁=VHgradH κμ0

式中，V-颗粒体积

在磁选研究中常用比磁力的概念，它是作用在单位质量颗粒上的磁力。运用比磁力的概念可消除矿物颗粒中实际存在的空隙对磁力计算的影响。

f 磁=F 磁/m=HgradH V VHgradH χμδκμ00=（3-1-6）

式中，m-颗粒的质量，kg; δ-颗粒的密度，kg/m3

χ-颗粒的比磁化率，m3/kg 。

5. 对中国选煤工业发展现状进行述评。（20分）

答：1 煤炭洗选加工产业发展迅速

国内采用高效的重介质选煤技术、入选能力大于1000万t/a 的洗煤厂已超过20个。单厂入选能力，最大的炼焦煤选煤厂达到1250万吨/年，动力煤选煤厂能力达到3100万吨/年。

采用CAD计算机设计软件和模块化建筑结构，大大提高了选煤厂设计和建设速度，节省投资，减少用地。

2 入洗比例迅速提高

我国是煤炭生产第一大国，入选总量稳居世界第一位。2010年全年原煤入选能力17.8亿吨，入选量达到16.5亿吨，其中炼焦煤入选量达到8.6亿吨,动力煤入选量约7.9亿吨。原煤入选率由2005年的31.9%提高到2010年的50.9%

我国炼焦用煤、化工用煤、冶炼喷吹用煤已经全部为洗选精煤，入选比例100%。动力煤也在大规模洗选调质，但是动力煤入选比例还很低，约为33%。这样的发展速度是前所未有的，平均每年增加入选能力1.8亿吨，超过过去55年建设的选煤厂能力，现在我国每年增加的选煤厂数量和入选能力比世界上其他国家的总和还多。

3选煤工艺日趋完善

按洗选能力计，2010年国有重点和地方煤矿选煤方法比例为跳汰30.5%、重介55%、浮选9.5%、其他5%。高效的重介质选煤在中国选煤技术中所占比例已从28%上升至55%，成为最主要的选煤方法。国内采用高效的重介质选煤技术、入选能力大于1000万t/a的洗煤厂已超过20个。单厂入选能力，最大的炼焦煤选煤厂达到1250万吨/年，动力煤选煤厂能力达到3100万吨/年。

4．选煤关键设备与技术发展迅速

研发成功具有自主知识产权的三产品重介质选煤工艺及主选设备、多供介三产品重介质旋流器、大型全自动快速隔膜压滤机、干法选煤成套技术等达到国际领先水平，已经得到大规模推广应用并开始出口；

5. 选煤厂生产管理自动化程度提高

选煤厂广泛采用在线灰分检测装备、重介质密度自动控制系统、计算机控制和辅助管理系统快速装车自动化等设备。使选煤厂产品的质量得到有效控制，提高了劳动效率，减少了管理和操作人员。目前，全国有61座选煤厂达到优质高效选煤厂标准。

6.存在的不足

①入选比重仍然较低

②选煤技术水平发展不平衡

③设备、仪表的可靠性较差、制造水平亟待提高

④动力煤尤其是优质电煤产品市场机制还没有形成

⑤各行业用煤标准已经不适应要求，需要制定新的用煤标准

⑥用户对洗选煤的认识不够是限制原煤入选比例提高的一重要因素

⑦环保意识差，副产品利用率低

⑧法规不完善，政策欠配套