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1、第 1 章 資源加工學(xué)概述 習(xí)題解答 1．簡(jiǎn)述從選礦學(xué)、礦物加工學(xué)到資源加工學(xué)三者之間的發(fā)展關(guān)系。 【解】 資源加工學(xué)是由傳統(tǒng)的選礦學(xué)、礦物加工學(xué)發(fā)展演變形成的 新的學(xué)科體系。 研究手段 選礦學(xué)是用物理、化學(xué)的方法，對(duì)天然礦物資源（通常包括金屬 礦物、非金屬礦物、煤炭等）進(jìn)行選別、分離、富集其中的有用礦物的科 學(xué)技術(shù)，其目的是為冶金、化工等行業(yè)提供合格原料。 礦物加工學(xué)是在選礦學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是用物理、化學(xué)的 方法，對(duì)天然礦物資源進(jìn)行加工（包括分離、富集、提純、提取、深加工 等），以獲取有用物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。其目的已不單純是為其它行業(yè)提供合 格原料，也可直接得到金屬、礦物材料等。

2、 資源加工學(xué)是根據(jù)物理、化學(xué)原理，通過(guò)分離、富集、純化、提 取、改性等技術(shù)對(duì)礦物資源、非傳統(tǒng)礦物資源、二次資源及非礦物資源進(jìn) 行加工，獲得其中有用物質(zhì)的科學(xué)技術(shù) 研究對(duì)象 傳統(tǒng)選礦學(xué)、礦物加工學(xué)的研究對(duì)象均以天然礦物資源為主。 資源加工學(xué)的研究對(duì)象涉及以下幾方面： （1）礦物資源。包括金屬礦物、非金屬礦物、煤炭等； （2）非傳統(tǒng)礦物資源。包括： ① 工業(yè)固體廢棄物：冶煉化工、廢渣、尾礦、廢石。 ② 海洋礦產(chǎn)：錳結(jié)核、鉆結(jié)殼、海水中金屬、海底熱液硫化礦床。 ③ 鹽湖與湖泊中的金屬鹽、重金屬污泥。 （3）二次資源。包括： ① 廢舊電器：電視機(jī)、冰箱、音響等。 ② 廢舊金屬制品：電

3、纜、電線、易拉罐、電池等。 ③ 廢舊汽車。 （4）非礦物資源。城市垃圾、廢紙、廢塑料、油污水、油污土壤 等。 2．資源加工學(xué)學(xué)科包括那些領(lǐng)域？它的學(xué)科基礎(chǔ)及與相鄰學(xué)科的 關(guān)系如何？ 【解】學(xué)科領(lǐng)域 資源加工學(xué)包括四大學(xué)科領(lǐng)域： 礦物加工（ Mineral Processing ）；礦物材料加工（ Mineral Material Processing ）；二次資源加工（Secondary Material Processing ）； 金屬提取加工（Metal Metallurgical Processing ）?？珊?jiǎn)稱為 4-MF。礦 物加工是根據(jù)物理、化學(xué)原理對(duì)天然礦物資源進(jìn)行加

4、工，以分離、富集有 用礦物；礦物材料加工是根據(jù)物理、化學(xué)原理，對(duì)天然及非傳統(tǒng)礦物資源 進(jìn)行分離、純化、改性、復(fù)合等加工，制備功能礦物材料； 二次資源加工是根據(jù)物理、化學(xué)原理，對(duì)二次資源進(jìn)行加工，分 離回收各種有用物質(zhì)； 金屬提取加工是根據(jù)物理、化學(xué)原理，對(duì)各種資源進(jìn)行化學(xué)溶出、 生物提取、離子交換、溶劑萃取等加工，以獲取有價(jià)金屬。 學(xué)科基礎(chǔ) 資源加工過(guò)程中物料的碎解、分離、富集、純化、提取、超細(xì)、 改性、復(fù)合等過(guò)程，涉及礦物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)與化學(xué)工程、冶金工程、 材料科學(xué)與工程、生物工程、力學(xué)、采礦工程及計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域， 體現(xiàn)不同的學(xué)科基礎(chǔ)，形成不同的研究方向。 ① 工藝礦物

5、學(xué)。與礦物學(xué)、巖石學(xué)的交叉，研究資源物料組成的 分析、鑒別、表征，物料的基本物理、化學(xué)特性，為“加工”提供基本信 息； ② 粉碎工程。以巖石力學(xué)、斷裂力學(xué)、晶體化學(xué)為基礎(chǔ)，對(duì)所處 理資源進(jìn)行選擇性碎解，解離或進(jìn)行超細(xì)加工； ③ 重力場(chǎng)、流體力場(chǎng)中的分離。以流體力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)， 根據(jù)所處理的物料的密度、粒度及形狀差異，分離、富集不同物料。如黑 鎢礦與石英的分離，聚氯乙烯和聚乙烯的分離，城市垃圾中重物料與輕質(zhì) 物料的分離，銅線與橡膠的分離等。 ④ 電磁場(chǎng)中的分離。以電磁學(xué)、靜電學(xué)為基礎(chǔ)的磁力分選和靜電 分選，根據(jù)所處理物料的磁性質(zhì)或?qū)щ娦缘牟町?，分離不同物料。如磁性 礦物與非磁性礦物

6、的分離，導(dǎo)電礦物與非導(dǎo)電礦物的分離，磁性炭粉與廢 紙的分離，紅血球與白血球的分離，帶電塑料與不帶電塑料的分離，銅線 與鋁線的分離等。 ⑤ 浮選。是資源加工中最重要的技術(shù)，可加工處理各種礦物資源、 二次資源及非礦物資源，涉及無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、表面化學(xué)、電化學(xué)、 物理化學(xué)等幾乎整個(gè)化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域，形成了浮選電化學(xué)、浮選溶液化學(xué)、 浮選劑分子設(shè)計(jì)、浮選表面化學(xué)等交叉研究領(lǐng)域。如硫化礦及非硫化礦的 浮選、廢紙及廢塑料的浮選、廢水中的離子浮選、油污水及油污土壤處理 等。 ⑥ 生物提取。涉及生物工程、冶金反應(yīng)工程、礦物工程及米礦工 程等多個(gè)交叉學(xué)科，主要處理各種低品位礦物資源、難選難冶礦物資源、 海洋

7、礦物資源及非傳統(tǒng)礦物資源，直接從這些資源中提取有價(jià)金屬。如銅、 金礦的生物堆浸、地下溶浸，重金屬污泥、海洋錳結(jié)核的處理等。 ⑦ 化學(xué)分離。包括溶劑萃取、離子交換、膜分離、化學(xué)浸出等， 涉及化學(xué)與化學(xué)工程、冶金反應(yīng)工程等。處理復(fù)雜礦物資源、海洋礦物資 源、工業(yè)廢水等。 ⑧ 化學(xué)合成。涉及化學(xué)與化學(xué)工程、材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，包括 礦物材料的化學(xué)合成、礦物復(fù)合材料，礦物一一聚合物復(fù)合材料等。 ⑨ 表面改性。通過(guò)表面化學(xué)反應(yīng)、選擇性溶解、溶蝕、刻蝕、涂層 等對(duì)礦物表面進(jìn)行化學(xué)處理、制備功能礦物材料，涉及化學(xué)工程與材料科 學(xué)與工程領(lǐng)域。 ⑩ 聚集與分散。細(xì)顆粒的聚集與分散，礦物膠體體系的穩(wěn)定與分

8、 散，溶劑萃取，球團(tuán)、型煤、水煤漿制備等。涉及表面化學(xué)、顆粒學(xué)等領(lǐng) 域。 資源加工過(guò)程計(jì)算機(jī)技術(shù)。涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)控制等 領(lǐng)域。研究資源加工過(guò)程的數(shù)學(xué)模型、仿真、優(yōu)化與自動(dòng)控制。 3 ?資源加工學(xué)的研究對(duì)象及研究方向有那些？ 【解】資源加工學(xué)的研究對(duì)象涉及以下幾方面： (1) 礦物資源。包括金屬礦物、非金屬礦物、煤炭等； (2) 非傳統(tǒng)礦物資源。包括： ① 工業(yè)固體廢棄物：冶煉化工、廢渣、尾礦、廢石。 ② 海洋礦產(chǎn)：錳結(jié)核、鉆結(jié)殼、海水中金屬、海底熱液硫化礦床。 ③ 鹽湖與湖泊中的金屬鹽、重金屬污泥。 (3) 二次資源。包括： ① 廢舊電器：電視機(jī)、冰箱、

9、音響等。 ② 廢舊金屬制品：電纜、電線、易拉罐、電池等。 ③ 廢舊汽車。 (4) 非礦物資源。城市垃圾、廢紙、廢塑料、油污水、油污土壤 等。 研究方向 ① 工藝礦物學(xué)。與礦物學(xué)、巖石學(xué)的交叉，研究資源物料組成的 分析、鑒別、表征，物料的基本物理、化學(xué)特性，為“加工”提供基本信 息； ② 粉碎工程。以巖石力學(xué)、斷裂力學(xué)、晶體化學(xué)為基礎(chǔ)，對(duì)所處 理資源進(jìn)行選擇性碎解，解離或進(jìn)行超細(xì)加工； ③ 重力場(chǎng)、流體力場(chǎng)中的分離。以流體力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ), 根據(jù)所處理的物料的密度、粒度及形狀差異，分離、富集不同物料。如黑 鎢礦與石英的分離，聚氯乙烯和聚乙烯的分離，城市垃圾中重物料與輕質(zhì) 物料

10、的分離，銅線與橡膠的分離等。 ④ 電磁場(chǎng)中的分離。以電磁學(xué)、靜電學(xué)為基礎(chǔ)的磁力分選和靜電 分選，根據(jù)所處理物料的磁性質(zhì)或?qū)щ娦缘牟町?，分離不同物料。如磁性 礦物與非磁性礦物的分離，導(dǎo)電礦物與非導(dǎo)電礦物的分離，磁性炭粉與廢 紙的分離，紅血球與白血球的分離，帶電塑料與不帶電塑料的分離，銅線 與鋁線的分離等。 ⑤ 浮選。是資源加工中最重要的技術(shù)，可加工處理各種礦物資源、 二次資源及非礦物資源，涉及無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、表面化學(xué)、電化學(xué)、 物理化學(xué)等幾乎整個(gè)化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域，形成了浮選電化學(xué)、浮選溶液化學(xué)、 浮選劑分子設(shè)計(jì)、浮選表面化學(xué)等交叉研究領(lǐng)域。如硫化礦及非硫化礦的 浮選、廢紙及廢塑料的浮選、廢

11、水中的離子浮選、油污水及油污土壤處理 等。 ⑥ 生物提取。涉及生物工程、冶金反應(yīng)工程、礦物工程及采礦工 程等多個(gè)交叉學(xué)科，主要處理各種低品位礦物資源、難選難冶礦物資源、 海洋礦物資源及非傳統(tǒng)礦物資源，直接從這些資源中提取有價(jià)金屬。如銅、 金礦的生物堆浸、地下溶浸，重金屬污泥、海洋錳結(jié)核的處理等。 ⑦ 化學(xué)分離。包括溶劑萃取、離子交換、膜分離、化學(xué)浸出等， 涉及化學(xué)與化學(xué)工程、冶金反應(yīng)工程等。處理復(fù)雜礦物資源、海洋礦物資 源、工業(yè)廢水等。 ⑧ 化學(xué)合成。涉及化學(xué)與化學(xué)工程、材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，包括 礦物材料的化學(xué)合成、礦物復(fù)合材料，礦物——聚合物復(fù)合材料等。 ⑨ 表面改性。通過(guò)表面化

12、學(xué)反應(yīng)、選擇性溶解、溶蝕、刻蝕、涂 層等對(duì)礦物表面進(jìn)行化學(xué)處理、制備功能礦物材料，涉及化學(xué)工程與材料 科學(xué)與工程領(lǐng)域。 ⑩ 聚集與分散。細(xì)顆粒的聚集與分散，礦物膠體體系的穩(wěn)定與分 散，溶劑萃取，球團(tuán)、型煤、水煤漿制備等。涉及表面化學(xué)、顆粒學(xué)等領(lǐng) 域。 資源加工過(guò)程計(jì)算機(jī)技術(shù)。涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)控制等 領(lǐng)域。研究資源加工過(guò)程的數(shù)學(xué)模型、仿真、優(yōu)化與自動(dòng)控制。 4．資源加工學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位和作用如何？ 【解】礦物資源是人類社會(huì)發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)， 礦業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是人類社會(huì)發(fā)展的前提和動(dòng)力。從石器時(shí)代 到青銅器、鐵器時(shí)代，到煤、石油、天燃?xì)狻⒃幽艿睦?/p>

13、用，人類社會(huì)生 產(chǎn)的每一次巨大進(jìn)步，都伴隨著礦物資源利用水平的飛躍發(fā)展，礦物資源 是冶金、化工、航天、建材、電力、輕工、核工業(yè)等行業(yè)的主要原料來(lái)源。 雖然礦業(yè)在國(guó)生產(chǎn)總值(GDP中所占比重很小，但它作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)支撐著 其它行業(yè)生產(chǎn)對(duì)原料的需求。在世界上， 90%以上的能源、 80%以上的工業(yè) 原料和 70%以上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料來(lái)自礦產(chǎn)資源。 隨著天然礦物資源地不斷被開(kāi)發(fā)利用，天然礦物資源量逐步減少， 而人口增長(zhǎng)、社會(huì)發(fā)展，對(duì)資源的需求又不斷增大，因此，必須尋找開(kāi)發(fā) 利用新的資源。非傳統(tǒng)礦物資源、二次資源、非礦物資源必將成為未來(lái)人 類社會(huì)發(fā)展的重要資源，對(duì)這些資源的加工利用，不僅可以滿足人類社會(huì)

14、 發(fā)展對(duì)資源的需求量的增加，還可減少環(huán)境污染，促使國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快 速、健康發(fā)展。 第 2 章 物料的基本物理化學(xué)特性 習(xí)題解答 1．什么是礦石、礦物、巖石？三者關(guān)系如何？ 【解】礦物( Mineral )是指：由地質(zhì)作用所形成的結(jié)晶態(tài)的天然 化合物或單質(zhì)，他們具有均勻且相對(duì)固定的化學(xué)成分和確定的晶體結(jié)構(gòu)； 它們?cè)谝欢ǖ奈锢砘瘜W(xué)條件圍穩(wěn)定，是組成巖石和礦石的基本單元。 巖石（Rock）是天然產(chǎn)出的由一種或多種礦物（包括火山玻璃、 生物遺骸、膠體）組成的固體集合體。 礦石（Ore）指天然產(chǎn)出的由一種或多種能被利用的礦物組成的固 體集合體。一般由礦石礦物和脈石礦物兩部分組成。 2．

15、二次資源包含哪些物料？ 【解】二次資源是指人類社會(huì)活動(dòng)（生產(chǎn)和生活）產(chǎn)生的含有有 價(jià)成份并有回收再利用的經(jīng)濟(jì)或環(huán)保價(jià)值的廢棄物料，或稱可再生資源。 主要包括廢舊電器（如電視機(jī)、電冰箱、音響等）；廢舊金屬制品（如電 纜、電線、易拉罐和電池等）；廢舊機(jī)器、廢舊汽車；工廠“三廢”（廢 渣、廢液、廢氣）；生活廢物（如垃圾、廢紙）等。 3．工藝礦物學(xué)研究的容是什么？ 【解】（ 1）物料的物相組成； （ 2）物料中元素賦存狀態(tài)； （ 3）物料中物相嵌布特征； （ 4）工藝產(chǎn)品的研究。 4．物料的幾何特性包括那三項(xiàng)？ 【解】顆粒的幾何特征主要包括顆粒的大小、形狀、表面積等。 5．物質(zhì)的磁性可以分

16、為那幾類，其磁性強(qiáng)弱如何？ 【解】固體物質(zhì)的磁性可分為五類：逆磁性、順磁性、反鐵磁性、 鐵磁性和亞鐵磁性。 6．簡(jiǎn)述鐵磁質(zhì)物質(zhì)的磁化過(guò)程。 【解】在磁化磁場(chǎng)的作用下，鐵磁質(zhì)的磁化包括兩個(gè)過(guò)程：疇壁的移動(dòng) 和磁疇的轉(zhuǎn)動(dòng)。 疇壁移動(dòng)時(shí)， 與外磁場(chǎng)方向相近的磁疇的體積擴(kuò)大， 其他方向磁 疇的體積縮小，以致消失 這一過(guò)程，實(shí)質(zhì)上，是疇壁附近的原子磁矩在外磁場(chǎng)的影響下逐漸轉(zhuǎn)向， 由體積縮小的磁疇方向轉(zhuǎn)到體積擴(kuò)大的磁疇方向的結(jié)果， 壁移所需的外加磁場(chǎng)強(qiáng) 度較小，所以在低磁場(chǎng)中，磁化以壁移為主，磁化曲線的 OA段為疇壁的可逆位 移，即磁場(chǎng)強(qiáng)度減到零時(shí)，磁化強(qiáng)度可沿 OA曲線回降到零。AB段疇壁的位移

17、是 不連續(xù)的、跳躍式的、不可逆的。疇壁位移的不可逆性，是由于磁晶中的雜質(zhì)和 晶格缺陷阻礙疇壁的移動(dòng)， 這種阻力相當(dāng)于一種摩擦力， 當(dāng)疇壁越過(guò)這些障礙后， 退磁時(shí)， 它又妨礙疇壁回到原來(lái)的位置， 因而產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象。 磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)是磁疇逐 漸轉(zhuǎn)到與外磁場(chǎng)方向一致。疇轉(zhuǎn)所需的外磁場(chǎng)強(qiáng)度較高，因此，在較高磁場(chǎng)中， 磁化以疇轉(zhuǎn)為主。 當(dāng)所有磁疇都轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向時(shí)， 磁化即達(dá)到飽和狀態(tài)。 磁化 曲線的BC段是以疇轉(zhuǎn)為主的磁化過(guò)程。 7．簡(jiǎn)述礦物磁性的分類，及其分選特點(diǎn)。 【解】根據(jù)磁性，按比磁化率大小把所有礦物分成強(qiáng)磁性礦物、弱磁性 礦物和非磁性礦物。 強(qiáng)磁性礦物：這類礦物的物質(zhì)比磁化率 X>3.8X1

18、0-5m3/kg （或CGSM制 中X>3X 10-3m3/g），在磁場(chǎng)強(qiáng)度 H0達(dá)120kA/m （~1500奧）的弱磁場(chǎng)磁選機(jī)中 可以回收。屬于這類礦物的主要有磁鐵礦、磁赤鐵礦（丫 -赤鐵礦）、鈦磁鐵礦、 磁黃鐵礦和鋅鐵尖晶石等。這類礦物大都屬于亞鐵磁性物質(zhì)。 弱磁性礦物：這類礦物的物質(zhì)比磁化率 XV7.5X10-6 m3/kg? 1.26 X 10-7m3/kg （或 CGSM制中 X=6X 10-4 cm3/g ?10X 10-6cm3/g ），在磁場(chǎng) 強(qiáng)度H0800kA/m?1600kA/m( 10000奧~20000奧)的強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)中可以回收。 屬于這類礦物的最多，如大多數(shù)鐵

19、錳礦物—赤鐵礦、鏡鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、 水錳礦、硬錳礦、軟錳礦等； 一些含鈦、鉻、鎢礦物—鈦鐵礦、 金紅石、鉻鐵礦、 黑鎢礦等； 部分造巖礦物—黑云母、 角閃石、綠泥石、綠簾石、蛇紋石、橄欖石、 柘榴石、電氣石、輝石等。這類礦物大都屬于順磁性物質(zhì)，也有屬于反鐵磁性物 質(zhì)。 非磁性礦物：這類礦物的物質(zhì)比磁化率 X=1.26X10-7m3/kg (或CGSM 制中X<10X 10-6cm3/g )，在目前的技術(shù)條件下，不能用磁選法回收。屬于這類 礦物的很多，如部分金屬礦物—方鉛礦、閃鋅礦、輝銅礦、輝銻礦、紅砷鎳礦、 白鎢礦、錫石、金等；大部分非金屬礦物——自然硫、石墨、金剛石、石膏、螢 石、剛

20、玉、高嶺土、煤等；大部分造巖礦物—石英、長(zhǎng)石、方解石等。這類礦物 有些屬于順磁性物質(zhì)， 也有些屬于逆磁性物質(zhì) (方鉛礦、金、輝銻礦和自然硫等) 。 8. 物質(zhì)磁化率和物體磁化率兩者之間的關(guān)系如何？ 物質(zhì)體積磁化率為物質(zhì)磁化時(shí)單位體積和單位磁場(chǎng)強(qiáng)度具有的磁矩 退磁因子不為零的磁化試樣的磁化率叫做物體磁化率 物體體積磁化率小于物質(zhì)體積磁化率，即 ， 物體比磁化率小于物質(zhì)比磁化率，即 。 9．礦物的電性質(zhì)有那些？ 【解】礦物的電性質(zhì)是指礦物的電阻、介電常數(shù)、比導(dǎo)電度以及電整流 性等，它們是判斷能否采用電選的依據(jù)。 電導(dǎo)率是長(zhǎng)1cm,截面積為1cm2的直柱形物體沿軸線方向的導(dǎo)電能力 礦物的電阻是

21、指礦物的粒度d=1mm寸所測(cè)定出的歐姆數(shù)值石墨是良導(dǎo) 體，所需電壓最低，僅為2800V,以它作為標(biāo)準(zhǔn)，將各種礦物所需最低電壓與它 相比較，此比值即定義為比導(dǎo)電度 礦物表現(xiàn)出的這種與高壓電極極性相關(guān)的電性質(zhì)稱作整流性。 10．簡(jiǎn)述礦物的價(jià)鍵類型及解理面規(guī)律。 【解】礦物部結(jié)構(gòu)按鍵能可分為四大類： ( 1 )離子鍵或離子晶格。 ( 2)共價(jià)鍵或共價(jià)晶格。 ( 3)分子鍵或分子晶格。 ( 4)金屬鍵或金屬晶格。 破碎時(shí)，礦物沿脆弱面——裂縫、解理面、晶格間含雜質(zhì)區(qū)等處裂開(kāi)， 也會(huì)沿應(yīng)力集中地區(qū)斷裂。單純離子晶格斷裂時(shí)，常沿著離子界面斷裂。 其解理面的規(guī)律是 (1) 不會(huì)使基團(tuán)斷裂，

22、如不會(huì)使方解石中的 拆開(kāi)； ( 2)往往沿陰離子交界面斷裂，只有當(dāng)沒(méi)有陰離子交界層時(shí)，才可能 沿陽(yáng)離子交界層斷裂； (3)當(dāng)晶格中有不同的陰離子交界層或者各層間的距離不同時(shí)，常沿 較脆弱的交界層或距離較大的層面間斷裂。 共價(jià)晶格的可能斷裂面， 常是相鄰原 子距離較遠(yuǎn)的層面，或鍵能弱的層面。 11．簡(jiǎn)述非極性礦物與極性礦物的礦物部結(jié)構(gòu)與價(jià)鍵特性 【解】一般來(lái)說(shuō)，礦物部結(jié)構(gòu)與表面鍵性有如下關(guān)系： (1)由分子鍵構(gòu)成分子鍵晶體的礦物，沿較弱的分子鍵層面斷裂，其 表面是弱的分子鍵。這類表面對(duì)水分子引力弱。接觸角都在 60°? 90°之間， 劃分為非極性礦物（如石墨、輝鉬礦、煤、滑石等）。

23、（2）凡部結(jié)構(gòu)屬于共價(jià)鍵晶格和離子晶格的礦物，其破碎斷面往往呈現(xiàn) 原子鍵或離子鍵，這類表面有較強(qiáng)的偶極作用或靜電力。 因而親水，天然可浮性 小。具有強(qiáng)共價(jià)鍵或離子鍵合的表面的礦物稱為極性礦物。 12?礦物表面自由能的數(shù)值取決于晶體斷裂面的幾何形狀及表面原子 所處的位置在礦物顆粒表面不同的位置：晶面上，棱面上和尖角上的表面力的 關(guān)系如何？ 【解】表面自由能的數(shù)值取決于晶體斷裂面的幾何形狀及表面原子所處 的位置。棱邊及尖角處的原子的配位數(shù) K小于表面平臺(tái)處的原子配位數(shù)，故擁有 較大的表面自由能，表現(xiàn)出較強(qiáng)的活性。例如，立方晶格表面上不同位置處的離 子結(jié)合能［9］分別為： 晶面上 0.0662

24、e2/a 棱邊上 0.0903e2/a 尖角上 0.249e2/a 可以預(yù)料，不平整的破裂面上，棱邊及尖角較多，比平整的破裂面具有 更大的活性；再者，晶體破碎得愈細(xì)小，它的棱邊能、尖角能在表面能中所占的 比例亦逐步增大。 15.離子型礦物表面陰陽(yáng)離子的溶解規(guī)律是什么？ 【解】對(duì)于難溶的氧化物礦物和硅酸鹽礦物，表面因吸附 H+或 0H—而形成酸類化合物，然后部分電離而使表面荷電，或形成羥基化表面，吸附 或解離H+而荷電。石英（SiO2）在水中荷電過(guò)程可示意如下： —0—Sj — C3 —Si—Of ］ '1 0 ； O 石英破裂： ' H+和OH-吸附： — 電離： 因此

25、，石英在水中表面荷負(fù)電。 17.什么是接觸角、三相潤(rùn)濕周邊？ 【解】在一浸于水中的礦物表面上附著一個(gè)氣泡， 當(dāng)達(dá)平衡時(shí)氣泡在礦物 表面形成一定的接觸周邊，稱為三相潤(rùn)濕周邊。在一浸于水中的礦物表面上附著 一個(gè)氣泡，當(dāng)達(dá)平衡時(shí)氣泡在礦物表面形成一定的接觸周邊， 稱為三相潤(rùn)濕周邊。 通過(guò)三相平衡接觸點(diǎn)，固一水與水一氣兩個(gè)界面所包之角（包含水相）稱為接觸 角，以B表示。 18?如何通過(guò)接觸角鑒別顆粒表面的潤(rùn)濕性？ 【解】在不同礦物表面接觸角大小是不同的， 接觸角可以標(biāo)志礦物表面的 潤(rùn)濕性：如果礦物表面形成的9角很小，則稱其為親水性表面；反之，當(dāng) 9角 較大，則稱其疏水性表面。親水性與疏水性

26、的明確界限是不存在的，只是相對(duì)的。 9角越大說(shuō)明礦物表面疏水性越強(qiáng)；9 角越小，則礦物表面親水性越強(qiáng)。 19.簡(jiǎn)述潤(rùn)濕方程及其物理意義。 【解】 或 上式表明了平衡接觸角與三個(gè)相界面之間表面力的關(guān)系， 平衡接觸角是三 個(gè)相界面力的函數(shù)。 接觸角的大小不僅與礦物表面性質(zhì)有關(guān)， 而且與液相、 氣相 的界面性質(zhì)有關(guān)。凡能引起任何兩相界面力改變的因素都可能影響礦物表面的潤(rùn) 濕性。但上式只有在系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)才能使用。 20．接觸角的測(cè)量方法有那些？躺滴法測(cè)潤(rùn)濕角應(yīng)注意什么？ 【解】（ 1）躺滴或氣泡法； （ 2） 吊片法 （ 3）水平液體表面法 如果液滴很小， 重力作用引起液滴的變形可以

27、忽略， 這時(shí)的躺滴可認(rèn)為是 球形的一部分。 實(shí)際固體表面幾乎都是非理想的， 或大或小總是出現(xiàn)接觸角滯后 現(xiàn)象。因此需同時(shí)測(cè)定前進(jìn)角（B a）和后退角（9 r）。對(duì)于躺滴法，可用增減液 滴體積的辦法來(lái)測(cè)定，增加液滴體積時(shí)測(cè)出的是前進(jìn)角 , 減少液滴體積時(shí)測(cè)出的 為后退角。 為了避免增減液滴體積時(shí)可能引起液滴振動(dòng)或變形， 在測(cè)定時(shí)可將改 變液滴體積的毛細(xì)管尖端插入液滴中，尖端插入液滴不影響接觸角的數(shù)值 第 3 章 粉碎與分級(jí) 習(xí)題解答 1．粉碎作用在工業(yè)中的主要作用是什么？什么是粉碎比？部分粉碎比 和總粉碎比的關(guān)系如何？ 【解】粉碎作業(yè)在這些行業(yè)中應(yīng)用所起的主要作用是： 原料制備 如燒結(jié)、

28、制團(tuán)、陶瓷、玻璃、粉末冶金等部門，要求把原 料粉碎到一定粒度供下一步處理、加工之用。 共生物料中有用成分的解離 使共生的有價(jià)成分與非有價(jià)成分或多種 有價(jià)成分解離成相對(duì)獨(dú)立的單體， 然后選擇合適的分離方法分離成各自單獨(dú)的產(chǎn) 品。 增加物料的比表面 增大物料同周圍介質(zhì)的接觸面積，提高反應(yīng)速 度，如催化劑的接觸反應(yīng)、固體燃料的燃燒與氣化、物料的溶解、吸附與干燥以 及強(qiáng)化粉末顆粒流化床的大接觸面積傳質(zhì)與傳熱效率等。 粉體的改性 在新材料，如一些功能材料，復(fù)合材料的制造中，就利 用了粉碎過(guò)程中所產(chǎn)生的機(jī)械化學(xué)效應(yīng) , 引起的粉末材料的晶體變形和性變來(lái) 進(jìn)行表面改性。 便于貯存、運(yùn)輸和作用 如物料

29、需要采用風(fēng)力或水力輸送， 食品等以 粉狀使用。 用于環(huán)境保護(hù) 如城市垃圾的處理、二次資源的利用中要將它們預(yù)先 粉碎。 粉碎比：被粉碎物料粉碎前的粒度與粉碎產(chǎn)物粒度的比值。以 i 表示 i=i1 x i2 x i3 in=Dmax/dmax 2．粉碎為什么要分段進(jìn)行？其各段的產(chǎn)品特性如何？ 【解】礦石從開(kāi)采出來(lái)到達(dá)到選礦要求，其粉碎比在 3000?15000; 如果是由礦物原料制備超細(xì)粉體材料， 其粉碎比就更大。 由于目前采用的粉碎設(shè) 備結(jié)構(gòu)上的原因， 單靠一臺(tái)粉碎設(shè)備是不可能達(dá)到最終粉碎目的的。 因此，將原 料粉碎到最終產(chǎn)品粒度要通過(guò)不同的設(shè)備完成， 即通常都是分階段進(jìn)行的。 粉碎

30、 各階段產(chǎn)品粒度特征如表1所示。 表1 粉碎各階段產(chǎn)品粒度特征 階段 給料最大塊粒度m『 m產(chǎn)品最大塊粒度 mm 粉碎比 破碎 粗碎 1500?300 350?100 3?15 中碎 350?100 100 ?10 3?15 細(xì)碎 100 ?40 —30 ?5 1?20 磨礦 一段磨礦 30 ?10 1 ?0.3 1 ?100 二段磨礦 1 ?0.3 1 ?100 n 超細(xì)粉碎 0.1 ?0. 0.?0.0001 1 ?1000 超微粉碎 0.?0.0001 -0.0001 1 ?1000 3 ?什么是選擇性粉碎？它與

31、產(chǎn)品的粒度有何關(guān)系？它在礦物加工過(guò) 程中有什么意義？ 【解】力學(xué)性質(zhì)不均勻的物料在細(xì)磨過(guò)程中強(qiáng)度小的被磨細(xì)，強(qiáng)度大 的則殘留下來(lái)，這種現(xiàn)象稱選擇性粉碎。 隨磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)，礦物顆粒變細(xì)，軟硬兩種礦物的平均粒度差變小， 磨碎時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，二者粒度可達(dá)到相同；軟硬兩種礦物小于0.074mm產(chǎn)率差隨 磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)而減少，而且時(shí)間愈長(zhǎng)產(chǎn)率差值愈小，即粗磨下選擇性磨碎現(xiàn)象 顯著，而細(xì)磨下選擇性磨碎現(xiàn)象逐漸減弱。 4?什么是可碎系數(shù)？如何用可碎系數(shù)判斷顆粒的可碎性？ —該粉砕炎査回樣熒甘下破鬧鑿礦石閃生產(chǎn)率 【解】可碎性系數(shù) 一二二pi」 實(shí)踐中常以石英作為標(biāo)準(zhǔn)的中硬礦石，將其可碎性系數(shù)定為

32、 1，硬礦石 的可碎性系數(shù)都小于1,而軟礦石則大于1。 在礦物加工實(shí)踐中，通常按普氏硬度將巖石分為五個(gè)等級(jí)，以此來(lái)表示 巖石破碎的難易程度。詳見(jiàn)表2。 表2 巖石破碎難易程度分類 硬度等級(jí) (kg/cm2) 普氏硬度 系數(shù) 可碎性 系數(shù) 可磨性 系數(shù) 巖石實(shí)例 很軟 <200 <2 1.3 ?1.4 Q 2.00 二石膏、石板巖 軟 200?800 2?8 [1.1 ?1.2 1 .25 ?1.4 石灰石、泥灰?guī)r 中硬 800?1600 8?16 1.0 二 1.0 硫化礦、硬質(zhì)頁(yè)巖 硬 1600? 2000 16 ?20 0.

33、9 ?0.95 0.85 ?0.7 鐵礦、硬砂巖 很硬 >2000 >20 0.65 ? 0.75 0.5 硬化岡巖、含鐵石 英巖 5 .物料機(jī)械粉碎過(guò)程中粉碎機(jī)械對(duì)物料施力的方式有那些? 【解】物料粉碎是在機(jī)械力作用下進(jìn)行的，任何一種粉碎機(jī)械都不只用 一種力來(lái)完成粉碎過(guò)程。根據(jù)粉碎機(jī)械施力方式差異，粉碎施力種類有擠壓、彎 曲、剪切、劈碎、研磨、打擊或沖擊等，如圖。對(duì)于某一種粉碎設(shè)備，多數(shù)情況 下是以一種施力方式為主，若干種施力方式同時(shí)存在，這樣有利于提高粉碎效率。 6 ?簡(jiǎn)述三種粉碎模型的特征 【解】（1）體積粉碎模型 如圖（a）,整個(gè)顆粒均受到破壞，粉碎后

34、 生成物多為粒度大的中間顆粒。隨著粉碎過(guò)程的進(jìn)行，這些中間顆粒逐漸被粉碎 成細(xì)粒。沖擊粉碎和擠壓粉碎與此模型較為接近。 （2） 表面粉碎模型 如圖（b）,在粉碎的某一時(shí)刻，僅是顆粒的表面 產(chǎn)生破壞，被磨削下微粉成分，這一破壞作用基本不涉及顆粒部。 這種情形是典 型的研磨和磨削粉碎方式。 （3） 均一粉碎模型 如圖（c），施加于顆粒的作用力使顆粒產(chǎn)生均勻 的分散性破壞，直接粉碎成微粉成分。 7?簡(jiǎn)述三個(gè)粉碎功能理論的基本容。 【解】Ritt in ger的“表面積假說(shuō)”認(rèn)為“碎磨過(guò)程中所消耗的有用功與表面積 成正比，與產(chǎn)品粒度成反比”。這種假說(shuō)不太符合實(shí)際過(guò)程。 Kick提

35、出“體積假說(shuō)”認(rèn)為：“外力作用于物體時(shí)，物體首先發(fā)生彈 性變形，當(dāng)外力超過(guò)該物體的強(qiáng)度極限時(shí)該物體就發(fā)生破裂， 故破碎物料所需的 功與它的體積大小有關(guān)”。這種假說(shuō)適合于解釋物料的粗碎過(guò)程。 綜合以上兩種假說(shuō) Bond 推出了“裂紋假說(shuō)“，他認(rèn)為：“物料在破碎 時(shí)外力首先使其在局部發(fā)生變形， 一旦局部變形超過(guò)臨界點(diǎn)時(shí)則產(chǎn)生裂口， 裂口 的形成釋放了物料的變形能， 使裂紋擴(kuò)展為新的表面。 輸入的能量一部分轉(zhuǎn)化為 新生表面積的表面能， 與表面積成正比； 另一部分變形能因分子摩擦轉(zhuǎn)化為熱能 而耗散，與體積成正比。 兩者綜合起來(lái)， 將物料粉碎所需要的有效能量設(shè)定為與 體積和表面積的幾何平均值成正比”。

36、 該假說(shuō)接近于符合一般的粉碎過(guò)程， 長(zhǎng)期 以來(lái)用于指導(dǎo)粉磨工藝和設(shè)備的研究， 但至今沒(méi)有從粉體特性和能量輸入方面作 出合理的科學(xué)解釋。 8．什么是功指數(shù)？ 【解】 （1） 式中， F、P —— 給料及產(chǎn)品中 80%通過(guò)的方形篩孔的寬度（微米） W—— 將一短噸（ 907.185kg ）給料粒度為 F 的物料粉碎到產(chǎn)品粒度為 P時(shí)所消耗的功； Wi —— 功指數(shù)， 即將“理論上無(wú)限大的粒度”粉碎到 80%通過(guò) 0.01mm 篩孔寬（或65%通過(guò)0.075mm篩孔寬）時(shí)所需的功。 9．什么是助磨劑？對(duì)助磨劑有什么要求？簡(jiǎn)述助磨劑的助磨機(jī)理。 【解】在粉碎作業(yè)中， 能夠顯著提高粉碎效

37、率或降低能耗的化學(xué)物質(zhì)稱 為助磨劑。 從化學(xué)結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)， 助磨劑應(yīng)具有良好的選擇性分散作用； 能夠調(diào)節(jié)料 漿的粘度；具有較強(qiáng)的抗Ca+ 2、Mg+2的能力；受pH的影響較小等等。也即助磨 劑的分子結(jié)構(gòu)要與磨礦系統(tǒng)復(fù)雜的物理化學(xué)環(huán)境相適應(yīng)。 對(duì)于助磨劑的助磨作用機(jī)理， 主要提出了兩種學(xué)說(shuō)。 一是“吸附降低硬 度”學(xué)說(shuō)：助磨劑分子在顆粒上的吸附降低了顆粒的表面能或者引起近表面層晶 格的位錯(cuò)遷移， 產(chǎn)生點(diǎn)或線的缺陷， 從而降低顆粒的強(qiáng)度和硬度， 促進(jìn)裂紋的產(chǎn) 生和擴(kuò)展：二是“料漿流變學(xué)調(diào)節(jié)”學(xué)說(shuō)： 助磨劑通過(guò)調(diào)節(jié)漿料的流變學(xué)性質(zhì)和 顆粒的表面電性等，降低漿料（如礦漿）的粘度，促進(jìn)顆粒的分散，從而

38、提高漿 料的可流動(dòng)性，阻止顆粒在研磨介質(zhì)及磨機(jī)襯板上的粘附以及顆粒之間的團(tuán)聚。 10．什么叫分級(jí)？分級(jí)的方式有那些？ 【解】分級(jí)是將粒度不同的混合物料按粒度或按在介質(zhì)中沉降速度不同 分成若干粒度級(jí)別的過(guò)程。 因此分級(jí)是物料按粒度分離的一種形式。 根據(jù)分級(jí)的 原理、設(shè)備及分級(jí)介質(zhì)的不同，分級(jí)的方式有篩分分級(jí)、水力分級(jí)和氣流分級(jí)。 11. 篩分作業(yè)的形式或作用有那些？ 獨(dú)立篩分——當(dāng)篩分產(chǎn)品作為最終產(chǎn)品供給用戶使用時(shí)； 準(zhǔn)備篩分——當(dāng)篩分作業(yè)是為下一道工序提供不同粒級(jí)的原料時(shí)； 輔助篩分——當(dāng)篩分與粉碎設(shè)備配合使用時(shí)； 預(yù)先篩分——當(dāng)篩分作業(yè)用于粉碎前將粒度合格的物料預(yù)先分出時(shí)； 檢查篩分—

39、—篩分作業(yè)用于控制粉碎產(chǎn)品粒度時(shí)。 篩分作業(yè)還可用于物料的脫水或分離礦漿， 如選煤和洗礦的脫水及重介 質(zhì)選礦產(chǎn)物脫除介質(zhì)等。 在某些情況下， 由于篩分物料的性質(zhì)差別， 篩分還可起 到分選某些有用成分的作用，這種篩分稱為選擇篩分。 12．什么是篩分分析、標(biāo)準(zhǔn)篩、基篩、篩比篩序 ? 【解】篩分分析是將物料樣品通過(guò)一系列不同篩孔的標(biāo)準(zhǔn)篩， 篩分成若 干個(gè)粒級(jí)， 求得以重量百分?jǐn)?shù)表示的粒度分布。 標(biāo)準(zhǔn)篩是由一套篩孔大小有一定 比例的、篩孔孔徑和篩絲直徑都按標(biāo)準(zhǔn)制作的篩子。 標(biāo)準(zhǔn)篩篩孔尺寸有規(guī)律按一 定比例逐漸變化構(gòu)成篩序。 各國(guó)都制定了不同的標(biāo)準(zhǔn)篩系列， 常用的是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 篩和泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩。 標(biāo)準(zhǔn)

40、篩由“基篩”和“篩比”兩個(gè)參數(shù)決定， 基篩是指作為基 準(zhǔn)的篩子， 13. 工業(yè)用篩的種類有那些？各有和特點(diǎn)？ 工業(yè)用篩大致上分振動(dòng)篩和擺動(dòng)篩兩類。 前者篩面有垂直振動(dòng)運(yùn)動(dòng)， 振 動(dòng)數(shù)在 600r/min 以上。后者的擺動(dòng)方向沿篩面，擺動(dòng)數(shù)在 400r/min 以下。圖 3-6 為典型的振動(dòng)形式。通常，附著性較差的毫米級(jí)粗料用振動(dòng)篩，附著性較強(qiáng) 0.5m 以下的物料用擺動(dòng)篩。 14．何謂難篩粒，易篩粒？他們?cè)诤Y分過(guò)程中的行為如何？ 【解】物料粒度小于篩孔的 3/4 的顆粒容易透過(guò)篩孔，被稱為易篩粒； 而大于篩孔 3/4 的顆粒，因透篩困難，稱為難篩粒。 在松散物料的篩分過(guò)程中， 篩分開(kāi)始后

41、， 易篩粒很快通過(guò)篩孔， 此時(shí)篩分效率很 高；隨著篩分時(shí)間的延長(zhǎng)，篩面上的易篩粒愈來(lái)愈少，以至只有難篩粒存在時(shí)， 篩分效率就愈來(lái)愈低了 15．什么是總篩分效率、部分篩分效率？如某一單層篩按原料計(jì)的生 產(chǎn)能力為8噸/小時(shí)，該原料的粒度-15m葉+Omm其中-6m葉+Omn粒級(jí)含量為 68%, -2mm^ +Omn粒級(jí)含量為38%，當(dāng)用篩孔為6mmS勺篩網(wǎng)篩分后，篩上產(chǎn)品 中-6mm粒級(jí)含量為4%, -2mm粒級(jí)含量為0.3 %，求這兩個(gè)粒級(jí)的篩分效率。 【解】用小于篩孔的所有物料來(lái)計(jì)算篩分效率,其結(jié)果稱總篩分效率； 只用小于篩孔物料的個(gè)別粒級(jí)或幾個(gè)粒級(jí)計(jì)算,則稱為部分篩分效率。 由篩分效

42、率計(jì)算式： 對(duì)于-6mm- +0mn粒級(jí)的篩分效率： a 1 = 68、B 1 — 100、1 = 4 代入計(jì)算式，可求得：E1= 98.03% 對(duì)于-2mm- +0mn粒級(jí)的篩分效率： a 2= 38、B 2=未知、2= 0.3 由篩分過(guò)程篩下產(chǎn)物產(chǎn)率不變之關(guān)系，即 可求得：B 2= 56.85 代入計(jì)算式，可求得： E2= 99.73%。 16．什么是水力分級(jí)，它有哪幾種形式？ 【解】水力分級(jí)中分級(jí)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有三種形式： （1） 介質(zhì)的流動(dòng)方向與顆粒沉降方向相反的垂直上升介質(zhì)流； （2） 水平介質(zhì)流； （ 3）旋轉(zhuǎn)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)流。 17．什么是粒度分布曲線？如何用粒

43、度分布曲線確定分級(jí)粒度和評(píng)判 分級(jí)效果？ 【解】以粒度為橫坐標(biāo)， 各粒級(jí)在粗粒級(jí)或細(xì)粒級(jí)中的分配率為縱坐標(biāo)， 繪出的表示分級(jí)效果的曲線稱為分配曲線。 分配率50%所對(duì)應(yīng)的粒度即為分級(jí)粒度，稱為 d50。曲線越陡表示分級(jí)效率越高 利用分離曲線確定分離粒度是國(guó)外廣泛使用的方法，并可用偏差 EP表 示分級(jí)效率 （1） 式中d75, d25——分別為分配率75唏口 25%所對(duì)應(yīng)的粒度 顯然，EP值越小，表明分級(jí)效率越高。 18. 簡(jiǎn)述分級(jí)效率及其意義。 【解】綜合分級(jí)效率nf反映了產(chǎn)物在質(zhì)（純度）、量（回收率）兩方 面提高的幅度。nf被定義為：實(shí)際被有效分級(jí)的細(xì)顆粒量 P與理想條件下被分

44、 a 100 - b 100 - a 離的細(xì)顆粒量P0之比，用百分?jǐn)?shù)表示。 P y（R— 彷=—K100'%=——X100% 7 嶺 a （100 - a） 式中第一項(xiàng)是細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品中細(xì)粒的回收率， 第二項(xiàng)是粗粒在細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品 中的回收率。可見(jiàn)，綜合分級(jí)效率nf也可以說(shuō)是細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品中細(xì)粒的回收率與 細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品中粗粒回收率的差值。 細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品中粗粒的回收率表示粗顆粒的混入對(duì)溢流產(chǎn)物質(zhì)量降低的影響。 19. 粉碎產(chǎn)品粒度特性主要有那些容？ 【解】粉碎產(chǎn)品的粒度大小及其分布是粉碎產(chǎn)品的重要性能指標(biāo)； 所謂 粒度分布即粉體中各粒度區(qū)間的顆粒含量占總量的比例。 20. 描述產(chǎn)品粒度

45、分布有那些方式？ 【解】累積分布和分布密度。 ①列表法；②圖示法；（3）特性函數(shù)法 21. 在相同條件下用同一磨機(jī)分別磨細(xì)同樣重量的標(biāo)準(zhǔn)礦石和待測(cè)礦 物，已知待測(cè)礦石的F1 = 1000微米，P1= 120微米，標(biāo)準(zhǔn)礦石為：F2= 1130微 米，P2= 133微米，Wi2= 19.5kWh/st，試求待測(cè)礦石的功指數(shù)。 【解】根據(jù)BON［磨礦能耗模型： 式中，F(xiàn)、P ――給料及產(chǎn)品中80%通過(guò)的方形篩孔的寬度（微米） W將一短噸（907.185kg ）給料粒度為F的物料粉碎到產(chǎn)品粒度為 P時(shí)所消耗的功； Wi 功指數(shù)，即將“理論上無(wú)限大的粒度”粉碎到 80%通過(guò)0.1mm 篩

46、孔寬（或65%通過(guò)0.075mm篩孔寬）時(shí)所需的功。 在相同條件下用同一磨機(jī)分別磨細(xì)同樣重量的標(biāo)準(zhǔn)礦石和待測(cè)礦物時(shí)， 消耗的總能量相同，即 W仁W2 已知：待測(cè)礦石的F1 = 1000微米，P1= 120微米，標(biāo)準(zhǔn)礦石為：F2= 1130 微米，P2= 133 微米，Wi2= 19.5kWh/st， 將以上數(shù)據(jù)代入上式，可求待測(cè)礦石的功指數(shù) Wi仁 18.6 kWh/st。 22. 試根據(jù)某礦石可碎礦產(chǎn)品的篩析結(jié)果（如下表），繪制正累積和 負(fù)累積粒度曲線，并根據(jù)所繪曲線查出：-5m m的重量百分含量，+3mm勺重量百 分含量，-7 mm?+5mn粒級(jí)的重量百分率，產(chǎn)品的最大粒度。

47、 粒級(jí) /mm 重量 /g 頻率分布 /% 累積分布 累積篩余％ 累積篩下％ -10+8 30 15.0 15 85 -8+6 40 20.0 35 65 -6+4 60 30.0 65 35 -4+2 30 15.0 80 20 -2+0 40 20.0 100 0 合計(jì) 200 100 / / 【解】將計(jì)算結(jié)果填入表中，并以粒度為橫坐標(biāo)，累積產(chǎn)率為縱坐標(biāo), 可得該物料的累積粒度分布曲線，如圖 累枳分布曲銭 —第積篩余 ■黑積篩下 根據(jù)累積粒度分布曲線，可求得各粒度或粒級(jí)下的分布率： -5m

48、m的重量百分含量為50% +3mn的重量百分含量75% -7 mm?+5mn粒級(jí)的重量百分率=75%- 50%= 25% 產(chǎn)品的最大粒度為累積篩下分布95%寸所對(duì)應(yīng)的粒度，從圖中可以看 出，此物料的最大粒度為9.2mm 第4章 顆粒在流體中的運(yùn)動(dòng) 習(xí)題解答 1什么是體積分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)？?jī)烧叩年P(guān)系如何？已知石英與水的密 度分別為2650kg/m3和1000kg/m3,將相同質(zhì)量的石英砂和水配置成懸浮液， 求 懸浮液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)、物理密度和黏度？ 【解】懸浮體的體積分?jǐn)?shù) ①B （舊稱容積濃度 入）是指懸浮 體中固體顆粒（或氣泡、液滴）的體積占有率，它是無(wú)量綱數(shù)，數(shù)值上等于單

49、位 體積的懸浮體中固體顆粒（或氣泡、液滴）占有的體積。懸浮體的質(zhì)量分?jǐn)?shù) wB （舊稱重量濃度C）是指懸浮體中固體顆粒的質(zhì)量占有率，它也是無(wú)量綱數(shù)。若 顆粒和流體的密度分別用 S和p表示，體積分?jǐn)?shù)①B與質(zhì)量分?jǐn)?shù)wB有下面的 關(guān)系： = 0.2740 列左 1000 ^0.5000 ^(1- w￡)+ = 2650>:(l-iJ.500a)+ lCOO xO.iOOO 口二 Q + ①啟(占一Q 二 1000 + 0 2740 X(2650-1000) = 145230 滬) 「2.型+27 ①/ .1-(1609 ①占 <2.5xQ,2740+2.7x0.27403 1-0

50、.609x0.2740 =2 2?02^ 故質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)、物理密度和黏度分別為 0.5000、0.2740、 1452kg/m3 和 2.2902 卩。 2 ?牛頓流體和非牛頓流體的有效黏度和微分黏度有何特點(diǎn)？什么叫 屈服切應(yīng)力？哪些非牛頓流體的流變特性可用幕律模型描述？幕律模型中的參 數(shù)K和n有何物理意義？ 【解】有效粘度是流變曲線上指定點(diǎn)到原點(diǎn)的直線斜率；微分粘度是 流變曲線上指定點(diǎn)的切線斜率。牛頓流體的有效黏度等于微分黏度，并且都是常 數(shù)；賓漢流體，微分粘度為常數(shù)，但有效黏度不為常數(shù)，并且有效黏度大于微分 黏度，當(dāng)剪切速率趣近于零時(shí)有效黏度變?yōu)闊o(wú)窮大； 假塑性流體的有

51、效黏度大于 微分黏度；脹塑性流體的有效黏度小于微分黏度； 屈服假塑性流體與賓漢流體有 些類似，只是微分黏度不是常數(shù)。 賓漢認(rèn)為，當(dāng)懸浮液的濃度大到其中的顆?；ハ嘟佑|之后， 就 有塑性現(xiàn)象發(fā)生， 欲使系統(tǒng)開(kāi)始流動(dòng)，施加的剪切力必須足以破壞使顆粒形成 的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這個(gè)剛好能夠破壞顆粒網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的切應(yīng)力就是屈服切應(yīng)力。 假塑性流體（包括脹塑性流體）的流變特性可用如下幕律模型 描述： 幕律模型中的參數(shù)K也是流體黏性的量度，它不同于黏度，流體越黏, K值越大；指數(shù)n是液體非牛頓性的量度，n值與1相差越大，則非牛頓性越顯 著；對(duì)于假塑性流體的n<1 （對(duì)于脹塑性流體n>1 ）。 3?什么是自由沉降

52、？什么是干涉沉降？ 【解】顆粒在流體中沉降時(shí)，若不受周圍顆粒或容器壁干擾，稱為自 由沉降。顆粒在有限空間中的沉降稱之為干涉沉降。 礦物加工中粒群在礦漿中的 沉降就是典型的干涉沉降，球體在窄管中的沉降也是干涉沉降。 4.已知石英與水的密度分別為 2650kg/m3和1000kg/m3,水的運(yùn)動(dòng)黏 度為1.007x10-6 m2/s,求直徑為0.2mm的球形石英顆粒在水中的自由沉降速度、 雷諾數(shù)和阻力系數(shù)？ 【解】已知 S =2650kg/m3p =1000kg/m3v =1.007x10-6 m2/s 和 d=0.0002m,則 口 = 1000x1.007x10^ = 1.007

53、r = 2 3.142xf2650-1000}x?.8 1000x0 00023 “ “ k — - 66.80 6 (1.Q07 >d0_:)2 先試用通用公式計(jì)算: 廠 叭 1000x0.0002x0.02415 Re = = 5 = 4.796 n 1.007 X1Q-5 雷諾數(shù)小于5000,符合通用公式的要求，可進(jìn)一步計(jì)算阻力系數(shù): 答：直徑為 0.2m m的球形石英顆粒在水中的自由沉降速度、雷諾數(shù)和 阻力系數(shù)分別為0.02415m/s、4.796和2.904。 5.已知煤與水的密度分別為1350kg/m3和1000kg/m3,水

54、的運(yùn)動(dòng)黏度 為1.007x10-6 m2/s,測(cè)得某個(gè)球形煤粒在水中的自由沉降速度為 0.02415m/s , 求煤粒的直徑？ v =1.007x10-6 m2/s 和 【解】已知 S =1350kg/m3p =1000kg/m3 V0=0.02415m/s,則 p = pv = 1000x1.007x10^ = 1.007x IO-3 =0.1284 3 142x(1350-1000)x9.Sv 1 007x10 止 6 K100b3^0?02415 張I Re Jui09.3xVOJ2B4-1 0.02415 1000 XI = 4805xlO-4(

55、w) = 04 805(^) 計(jì)算雷諾數(shù)： 廠 pdV. 1000x4.2C5xlClJ x0.02415 廠“ Ke = = ； = 11.*2 雷諾數(shù)小于5000,處于通用公式適用圍，求出的結(jié)果可用。 答：煤粒的直徑為0.4805mm (比較4、5題可知，沉降速度相等的煤與石英顆粒的直徑比為 0.4805/0.2=2.4025倍，這個(gè)比值就是自由沉降的等降比) 6 .已知球形石英顆粒的直徑為 0.2mm密度為2650kg/m3,某液體的 密度為980kg/m3,用落球法測(cè)量該液體的粘度時(shí)，測(cè)得球形石英顆粒的自由沉 降速度為0.01 m/s，請(qǐng)運(yùn)用（4-23 ）和（4-

56、31 ）式推導(dǎo)出求粘度的計(jì)算公式， 并計(jì)算該液體的動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度。 【解】已知 S =2650kg/m3p =980kg/m3 d=0.0002m和 V0=0.01m/s, 由： 可推導(dǎo)出 x? R/ 6 兀 即 I _ - 6）亙、 百 一—6— _ 3.142x（2550-930（）x9.8^ 6 由（4-31） 式 IOOOxO.OI2 16.94 可推導(dǎo)出 因Re=p dV0/卩,進(jìn)一步可推導(dǎo)出 即 1000x0 0002x0.01 4x4.53 16.M 丫 一 1 0.11 答：該液體的動(dòng)力黏度和運(yùn)動(dòng)黏度分別為 3.172X10-3

57、Pa.s和 3.237X10-6m2/s。 7 ?干涉沉降實(shí)驗(yàn)測(cè)得懸浮體的體積分?jǐn)?shù)為 0.4時(shí)，上升水流速度為 0.0065 m/s ,體積分?jǐn)?shù)為0.2時(shí)，上升水流速度為0.0205 m/s,求干涉沉降速度 公式中V0與n的值。 【解】已知 ① B仁0.4、Vh1=0.0065 m/s、① B2=0.2 和 Vh2=0.0205m/s, 將（4-50）式兩邊取對(duì)數(shù)并代入已知 條件，得到下面的二元一次聯(lián)立方程組： 兩式相減可解出n為 =3,993 1強(qiáng)叫]一log 乙 _ log0.0065-log0.0205 再?gòu)穆?lián)立方程組中的任何一個(gè)方程可解出 V0, 即 卩 0.0499

58、8（m/s） 噸（1 -軸）-1站（1 -軽廠 1哂1 ■ 0.4）-畑（1 -02） % - ] a10? % 廠'10叩一加）-[0 logo DMAS』95（5gd04） _ 答：干涉沉降速度公式中 V0與n的值分別為0.04998m/s與3.993。 8 ?假定某種物料的n值服從（4-52 ）式，當(dāng)雷諾數(shù)為10時(shí)，干涉沉 降的n值為3.46 ;當(dāng)雷諾數(shù)為100時(shí),干涉沉降的n值為2.89 ;當(dāng)雷諾數(shù)為50 時(shí)，干涉沉降的n值為多少？（取k=4.53） 【解】已知 Re1=10 n仁3.45、Re2=100 n2=2.89 和 Re3=5Q 從（4-53）式計(jì)算斜率ml、m2

59、和m3即 2k 2x4.53 護(hù)6 + 2A 2Jc ■/W + 2x453_ 2x4.53 -Jke a + 2上 VW0^2x4.53 2x4.53 Jr% + 2k 750 + 2x4.53 - = -0.4753 -0.5616 -0.7413 將（4-52）式改寫并代入已知條件，得到下面的二兀一次聯(lián)立方程組: 兩式相減可解出b為 ? 場(chǎng)魁-令他 3.45 a (-0.7415 - 2.89x (-0.4753) 「一 & = = = 2.114 2.89-3.45 再?gòu)穆?lián)立方程組中的任何一個(gè)方程可解出 a，即 山二％ 伽1 心）=3.

60、45 x （-0.7413+ 2 114） = 4736 從（4-52）式可求出n3,即 答：當(dāng)雷諾數(shù)為50時(shí),干涉沉降的n值為3.。 9 .已知石英與水的密度分別為 2650kg/m3和1000kg/m3,水的運(yùn)動(dòng)黏 度為1.007x10-6 m2/s,用直徑為0.0005m的球形石英粒群與水配制成容積濃度 為0.4的懸浮液，請(qǐng)估算球形石英粒群的干涉沉降速度（取 k=4.53，書t=0.11 , nS=4.65）。 【解】已知 S =2650kg/m3p =1000kg/m3v =1.007x10-6 m2/s、 d=0.0005m ① B=0.4，貝U # = ^^1000x1.0

61、07x10^ = 1.007 x 10-3 —齊”氏a劉孑-加" 衍—r = 7 n & a _ 3 142x （2650 - WOO） 9 8 1000x 0 00053 “腫 — K z一= — 1 LHn 6 C1.QQ7X10-3）3 先試用（4-37 ）通用公式計(jì)算: 20 52 — dp \ jl+01469 =20.52^ 1 007x10^ y 0 0005k1000" * J" 0.143 J1(M4 -1 =0.08068(^/5) pdV. 1000x0.0005x0.08068 Re == 二 =40.06 M 1.007 ＞：

62、10^ 雷諾數(shù)小于5000,符合通用公式的要求。 用（4-53）式計(jì)算瑞利曲線的斜率: 2k -戶4.刃 --0 58S7 ^0.06+2x4.53 用（4-51）式計(jì)算n值: 則 % 二％（1-％『=0.08086x（1-Ol4）j<01 = 0.01423（m/s） 答：球形石英粒群的干涉沉降速度為 0.01423m/s。 10 ?在20C的水中，空氣氣泡非常慢地形成，試求在下列條件下，當(dāng) 形成的氣泡分離出來(lái)時(shí)的直徑： （1） 氣泡是在不潤(rùn)濕的孔口的上表面生成的，孔口半徑分別 為 0.1mm 0.5mm 1mnO 2mm （2） 氣泡在孔口潤(rùn)濕表面的孔中形成，

63、接觸角分別為 30o、 60o、90o、及 120o。 【解】水的表面力取為（T =0.07N/m，水的密度取為p =1000kg/m3o （1） 已知孔口直徑 D1=0.2mm D2=1m、D3=2mm口 D4=4mm,由于 20°C 的 水表面力（T =72.75mN/m 水的密 度 p= kg/m3，氣泡的密度 3= 2 kg/m3，g= 9.8m/s2，則用（4-64） 式計(jì)算d值： 1 L 人 'Db 下 r0 2xl0-3x72 75x!0-3> “ 1 Q d}-2 - 2 7―；——T—— =1.8x10 m - 1 8mtn 1 乜￡ 9 _ 已）2x9,

64、Sx（103-2^ 同理算得 d2=3.1mm d3=3.9mm和 D4=4.9mm （2） 已知 1= 30o，2 = 60o，3 = 90o 和 4= 120o，在孔口潤(rùn)濕表面 中，結(jié)合 （1）中已知，用（4-68）式計(jì)算d值： 72.75xl0-3 9.8x(103-2) '=1.7xl0-3tn = 1.7rrm _ 1 _ _ 1 =0 0208x30x 右二 0 02C85 ―-— 同理算得 d2=3.4mm d3=5.1mm和 D4=6.8mm 答：（1）孔口半徑分別為0.1mm 0.5mm 1mm和2mni時(shí)，形成的氣泡 分離出來(lái)時(shí)的直徑分別為d1=1.8

65、mm d2=3.1mm d3=3.9mm和 D4=4.9mm （2）接觸角分別為30o、60o、90o、及120o時(shí)，形成的氣泡分 離出來(lái)時(shí)的直徑分別為d1=1.7mm d2=3.4mm d3=5.1mm和 D4=6.8mm 11 . 一個(gè)盛有0.01m3水的攪拌桶，電機(jī)攪拌功率為1kw,求水中平衡 氣泡的直徑。 【解】已知功率P=1000w和水的體積V=0.01 m3,表面力受水中的藥劑 與雜質(zhì)的影響很大，參考12題提供的水 的數(shù)據(jù)，計(jì)算取水的表面力（T =0.07N/m,水的密度取p =1000kg/m3, 貝U 用欣茲(HinZe)公式(4-69)估算氣泡的尺寸，即 答：水

66、中平衡氣泡的直徑為 0.3693mm 12 .已知水的表面力為0.07N/m,密度為1000kg/m3,動(dòng)力黏度為0.001 Pa - s,試估算等價(jià)半徑 為2mm 5mm和20mm空氣氣泡在水中的上升速度。 【解】已知(T =0.07N/m、p =1000kg/m3、卩=0.001 Pa - s、Rb1=0.002m Rb2=0.005m和 Rb3=0.020m,根據(jù) (4-79)式、(4-80)式和表4-3中的氣泡上升速度公式，有 則 由(4-81)式得 1 ) (cr 卡 (0 07 、弓 d >4 一 = 4 x — = 0 d 2 0.01069 =0.00535(w) 先試用表4-3中川區(qū)的公式計(jì)算Rb1=0.002m的氣泡上升速度 1.35x = 0.2526(m/a) =如郵= 0.001 (0.07 J 000x0^002 6 二 CT3 9.8x0.002*x0.2526*xlQQJ3 . =l.c61 0.0寧 Reb和G2都滿足川區(qū)的條件，結(jié)果正確。 再用表4-3中W區(qū)的公式計(jì)算Rb2=