选矿实验方法

矿 物 加 工 实 验 技 术实 验 指 导 书武 汉 工 程 大 学环 境 与 城 市 建 设 学 院二00四年六月目 录实验守则一、 细粒物料粒度组成筛分分析二、 物料可磨度测定三、 松散物料密度组成测定及数据分析四、 异类粒群悬浮分层的规律研究五、 细粒物料螺旋分选六、 摇床分选七、 物料的静电分选八、 磁性物料的分选回收九、 散体物料磁性物含量测定十、 材料表面润湿接触角测定十一、最大泡压法测定液体的表面张力十二、小浮选实验十三、微细矿物油团分选十四、悬浮液絮凝沉降特性研究十五、悬浮液过滤特性试验十六、简振系统动力学试验（一） 细粒物料粒度组成筛分分析一、试验目的学习使用振筛机对松散细粒物料进行干法筛分的方法；学习筛分数据的处理及分析方法，研究、确定、分析物料的粒度组成及分布特性；学习、训练利用筛分试验结果数学分析及粒度特性曲线分析。二、基本原理松散物料的筛分过程主要包括两个阶段：1. 易于穿过筛孔的颗粒和不能穿过筛孔的颗粒所组成的物料层到达筛面；2. 易于穿过筛孔的颗粒透过筛孔。实现这两个阶段，物料在筛面上应具有适当的相对运动，一方面使筛面上的物料层处于松散状态，物料层将按粒度分层，大颗粒位于上层，小颗粒位于下层，易于到达筛面，并透过筛孔；另一方面，物料和筛子的运动都促使堵在筛孔上的颗粒脱离筛面，有利于其它颗粒透过筛孔。松散物料中粒度比筛孔尺寸小得多的颗粒在筛分开始后，很快透过筛孔落到筛下产物中，粒度与筛孔尺寸愈接近的颗粒（难筛粒），透过筛孔所需的振筛机 时间愈长。一般，筛孔尺寸与筛下产品最大粒度具有如下关系 （1-1）式中 d最大筛下产品最大粒度，mm； D筛孔尺寸，mm； K形状系数。K值表孔形圆形方形长方形K值0.70.91.21.7通常用筛分效率E来衡量筛分效果，其表示如下： （1-2）式中 E筛分效率，； a入料中小于规定粒度的细粒含量，；b筛下物中小于规定粒度的细粒含量，；q筛上物中小于规定粒度的细粒含量，。三、仪器设备及材料1. 振筛机一台，摇动次数221次/min，振动次数147次/min；振筛仪1台；2. 标准套筛，直径200mm，孔径0.5、0.25、0.125、0.075、0.045mm的筛子各一个，底、盖一套；3. 托盘天平一台，称量200500g，感量0.20.5g；4. 中号搪瓷盘6个，中号搪瓷盆6个；大盆2个；5. -0.5mm散体矿样若干（煤泥、石英沙、磁铁粉各400g）；6. 制样铲、毛刷、试样袋。四、实验步骤与操作技术（以煤泥干法筛分为例，湿法小筛分仅做演示）1. 学习设备操作规程，熟悉实验系统；2. 接通电源，打开振筛机电源开关，检查设备运行是否正常；确保实验过程的顺利进行及人机安全；3. 将烘干散体试样缩分并称取80g；4. 将所需筛孔的套筛组合好，将试样倒入套筛；5. 把套筛置于振筛机上，固定好；开动机器，每隔5min停下机器，用手筛检查一次。检查时，依次由上至下取下筛子放在搪瓷盘上用手筛，手筛1分钟，筛下物的重量不超过筛上物重量的1，即为筛净。筛下物倒入下一粒级中，各粒级都依次进行检查；6. 筛完后，逐级称重，将各粒级产物缩分制成化验样，装入试样袋送往化验室进行必要的分析；7. 关闭总电源，整理仪器及实验场所；8. 实验指导教师进行湿法筛分的过程演示及注意事项讲解。五、数据处理、实验报告1. 将试验数据和计算结果按规定填入散体物料筛分试验结果表中。2. 误差分析：3. 筛分前试样重量与筛分后各粒级产物重量之和的差值，不得超过筛分前煤样重量的2.5，否则试验应重新进行。4. 算各粒级产物的产率，%；5. 绘制粒度特性曲线： 直角坐标法（累积产率或各粒级产率为纵坐标，粒度为横坐标）、半对数坐标法（累积产率为纵坐标，粒度的对数为横坐标）、全对数法坐标法（累积产率的对数为纵坐标，粒度的对数为横坐标 ）；6. 分析试样的粒度分布特性；7. 编写实验报告。表1.1 松散物料筛分试验结果记录表试样名称_ 试样粒度_毫米 试样重量_克 试样来源_ 试样其它指标： 试验日期_粒度重量产率正累积负累积mm网目g%+0.50.50.250.250.1250.1250.0740.0740.045-0.045合计误差分析试验人员： 日期： 指导教师签字：六、思考题1. 影响筛分效果的因素有哪些？湿法与干法筛分的效率有何差别？2. 如何根据累积粒度特性曲线的几何形状对粒度组成特性进行大致的判断？3. 举出几种其它的微细物料粒度分析方法，并说明其基本原理和优缺点；4. 查阅文献，举出几种常用的超细粉体分级设备，简述其原理及特点；教学指导1. 引导学生对筛分效率公式中各指标实际意义的理解；介绍限上率和限下率的概念；2. 让学生讨论只进行细粒级的检查是否可以？此问题的讨论主要让学生进一步理解难筛粒的概念；3. 引导学生结合数理统计、及高等数学知识分析频率曲线和累积粒度曲线的数学关系、正负累积的数学关系；4. 适当介绍常用的粒度分布方程并分析各自的特点；5. 建议感兴趣的同学验证Rosin-Rammier方程，并确定所研究物料的均匀常数。Rosin-Rammier方程R(X)为筛上累积；x、xa、 分别为颗粒大小及筛下累积百分率为63.2%时的颗粒尺寸；n为被测物料的特征常数，也称均匀性常数。（二） 物料可磨度测定试验一、实验目的了解实验室磨碎设备的基本原理和结构，学习物料可磨度的常用评价方法，掌握绝对可磨度的测定方法，训练磨矿数据的处理、分析能力。二、基本原理用所测出的磨矿设备单位容积生产能力或单位耗电量的绝对值来度量物料的可磨度，叫绝对可磨度。开路法是将一定数量的平行试样在所需的磨矿条件下，依次分别进行不同时间的磨矿，然后将每次的磨矿产物用套筛进行筛分，建立磨矿时间与磨矿产品各粒级累积产率的关系，从而找出将物料磨到目标细度（如按-75微米含量计算）所需要的磨矿时间T。磨机的单位生产能力即绝对可磨度，有两种表示方式：1）按给料量计算，可表示为： 其中 ：在指定的给料和产品粒度下，按给料量计算的单位容积生产能力（k.）；试样原始重量，k；V试验用磨矿机体积（L）；T磨到目标细度所需要的磨矿时间min；2）按单位容积新生的目标细度（如-75微米）产品计算应为： -75按新生-75微米产品量计算的单位容积生产能力,kg/1.h；g-75新生-75微米含量，（%）。三、仪器设备与材料1. 仪器：实验室磨机、标准套筛、振筛机、天平2. 工具：试样盘（盆）6，毛刷1、试样铲1、缩分器1、缩分板2、秒表3. 材料：30.5毫米无烟煤（磁铁矿、铜矿、石灰石、蒙脱石）2Kg、试样袋四、实验步骤与操作技术1. 学习设备的操作规程；检查所用磨矿设备是否运转正常，确保实验过程的顺利进行和人机安全。2. 缩制3份平行样（烘干样），每份100克待用；3. 依次将每份试样装入磨机进行磨碎，磨碎时间分别为T1、T2、T3分钟；4. 将磨矿产品全部清理收集，用标准套筛筛分；5. 对每一层筛上物进行称重，记录相关数据；6. 注意事项：实验过程应保证每次磨矿入料的性质、磨矿条件的平行；每次磨矿结束应将磨矿机清理干净，磨矿产品全部进行筛分；7. 清理实验设备，整理实验场所。五、数据处理及实验报告a. 将实验数据记录于下表；磨碎实验数据记录表样品名称： 样品粒度范围：序号123磨碎时间T（min）产率粒度级mm重量g产率%重量g产率%重量g产率%合计入料重量g误差实验人员： 日期： 指导教师签字：b. 计算目标产品的产率，分析物料粒度组成与磨矿时间的变化关系；c. 绘制-75微米的产率与磨矿时间的关系曲线；d. 计算-75；e. 编写实验报告。六、思考题1. 本实验过程中，如何保证各次磨矿结果的可比性？2. 参考相关文献，试列举几种其他的物料可磨度评价与测定方法。3. 解释闭路磨矿和开路磨矿的概念及两种磨矿方式的特点。4. 影响磨矿效果的因素有哪些。教学讨论：1. 向学生介绍磨介级配的概念及意义。2. 引导学生注意对磨碎理论的理解与认识。(三)粒群密度组成与重选可选性分析一、试验目的与意义学习粒群密度组成测定的基本原理与方法；了解浮沉液的配制方法；学习浮沉数据的处理与重选可选性曲线的绘制、分析方法。二、基本原理当散体物料置于一定密度的重液中时，根据阿基米德定律，密度大于重液密度的颗粒将下沉（沉物），密度小于重液的颗粒则上浮（浮物），密度与重液密度逼近或相同的颗粒处于悬浮状态。对重力选矿来说，矿石密度与矿石品位之间具有很强的相关性，这也是采用重力分选获得较高品位（质量）矿物产品的依据。根据上述原理，使用特制的工具在不同密度的重液中捞起不同密度物料的的试验即为浮沉试验。浮沉实验根据所处理的粒度范围分为小浮沉和大浮沉。对重力选矿来说，矿样可按下列密度分成不同密度级：1.30、1.40、1.50、1.60、1.70、1.80、2.00kg/L.。重液密度可依据下式计算（密度瓶法）： 式中G1空密度瓶重量，kg；G2注水后密度瓶与水的总重量，kg；G3注满待测重液时密度瓶和待测重液的总重量，kg；D待测重液的密度，kg/L；Dw水的密度（取1），kg/L。也可用密度计直接测量。三、仪器设备及材料1. 浮沉试验主要设备：密度计（1套）、台秤（1公斤）、大浮沉器具（1套）、小浮沉器具（1套）、天平（1套）；2. 63mm级浮沉试样4公斤；-0.5毫米煤泥60克；3. 中号试样盘（盆）若干；4. 氯化锌、四氯化碳、苯（或三溴甲烷）。密度计使用示例四、实验步骤与操作技术（以测定煤炭密度组成的大浮沉为例，小浮沉由实验员演示）1. 重液配置 煤炭浮沉试验常用氯化锌配制重液，其优点是易溶于水、易配制、价廉等，缺点是腐蚀性较大。配制各种密度的氯化锌重液可参考表3.1进行，并用密度计反复测量，使重液密度准确到0.003kg/L。2. 将已配制的重液装入重液桶并按密度大小顺序排列，桶中重液的液面不低于桶上缘350mm。最低密度重液分别装入两个重液桶，一个作浮沉试验用，另一个作为缓冲液（考虑为什么？）。表3.1 重液配制表药剂水、氯化锌四氯化碳、苯四氯化碳、三溴甲烷重液密度水溶液中氯化锌重量百分比四氯化碳和苯体积，%四氯化碳和三溴甲烷体积，%Kg/l%四氯化碳苯四氯化碳三溴甲烷1.33160401.43974261.54689119821.85279212.06359413. 称4kg煤样放入网底桶内，用水洗净附着在煤块上的煤泥，滤去洗水 再进行浮沉试验。收集冲洗出的煤泥水，用澄清法或过滤法回收煤泥，然后干燥称重，此煤泥称为浮沉煤泥。4. 将网底桶（装有洗好的煤样）放入缓冲液中浸润一下，提起并斜放在桶边上滤尽重液，再放入做浮沉用的最低密度的重液桶内，用木棒轻轻搅动或将网底桶缓缓地上下移动，然后使其静止分层，分层时间不少于下列规定：A粒度大于25mm时，分层时间为12min；B最小粒度为3mm时，分层时间为23min；C最小粒度为10.5mm时，分层时间为35min。5. 小心地用捞勺按一定方向捞取浮物。捞取深度不得超过100mm。捞取时应注意勿使沉物搅起混入浮物中。待大部分浮物捞出后，再用木棒搅动沉物，然后仍按上述方法捞取浮物，反复操作直到捞尽为止。捞出的浮物倒入盘中，并做好标记。6. 把装有沉物的网底桶缓慢提起，斜放在桶边上滤尽重液，再放入下一个密度的重液桶中，用同样方法逐次按密度顺序进行。直到该煤样全部试验完为止，最后将沉物倒入盘中。7. 各密度级产物分别滤去重液，用水冲尽产物上残存的重液（最好用热水冲洗）。然后放入温度不高于100C的干燥箱内干燥，干燥后取出冷却，达到空气干燥状态再进行称重。注意事项:(1) 浮沉试验所用重液是具有腐蚀性的液体，在配制重液和进行试验过程中应避免与皮肤接触，要戴眼镜、穿胶鞋、围胶皮围裙等。(2) 在整个试验过程中应随时用密度计测量和调整重液的密度，保证重液密度值的准确。(3) 试验中注意回收氯化锌溶液。(4) 浮沉顺序一般是从低密度级向高密度级进行。如果煤样中含有易泥化的矸石或高密度物含量多时，可先在最高密度重液内浮沉。捞出的浮物仍按由低密度到高密度顺序进行浮沉。8. 小浮沉试验过程演示（实验员讲解、操作）。五、试验数据的记录及整理1. 各密度级产物和煤泥烘干后分别称重，将数据记入表中；2. 将各级产物和煤泥分别缩制成分析煤样，测定其灰分；当原煤硫分超过1.5时，各密度级产物应测定全硫。浮沉试验报告表浮沉试验编号： 试验日期： 年 月 日煤样粒级： mm 煤样灰分： 全硫：Sr.d 煤样重量： kg密度级重量产率质量累积+0.1含量Kg/lkg占本级占全样灰分%浮物，%沉物，%1.8合计浮沉煤泥总计1. 误差分析：1）数量误差分析：浮沉试验前空气干燥状态的煤样，重量与浮沉试验后各密度级产物的空气干燥状态重量之和的差值，不得超过浮沉试验前煤样重量的2，否则该试验应重新进行。2）质量指标误差分析（不同对象对应有不同的要求，具体请参考有关标准）。2. 绘制可选性曲线：说明每条曲线的物理意义及使用方法；3. 编写实验报告。 六、思考题1. 小浮沉使用离心机的目的是什么？举例说明离心分离在固液分离领域的其它应用。2. 浮沉试验在重选生产实践中有哪些作用？3. 查阅文献，加强对理论分选密度、实际分选密度、错配物、分配率、+0.1含量等概念的理解。4. 设计：设计一套考察某重选（重介旋流器、跳汰机等）设备分选效率的实验方案，绘制工作流程图，给出各环节的注意事项。教学讨论：1. 本实验的操作过程比较简单，强调注意事项后，将重点放在数据处理与分析上（手工绘制可选性曲线）。2. 对几种常用的可选性曲线类型进行介绍：亨利曲线、迈耶尔曲线、米特罗方诺夫曲线。3. 介绍重液、重悬浮液的特点及实际应用。常用的加重质及特性如下表：加重质比重可能达到的最大悬浮液比重莫氏硬度重晶石4.42.23.03.5磁黄铁矿4.62.33.54.5黄铁矿5.02.56.06.5磁铁矿5.02.55.56.5砷黄铁矿6.02.85.56.0细磨硅铁6.93.17.0方铅矿7.53.32.5.754. 指导有兴趣的学生探讨采用非浮沉法确定粒群密度组成的可能途径。（四）异类粒群悬浮分层的规律研究一、目的意义观察和研究异类粒群在上升水流中的悬浮分层现象和规律。验证异类粒群悬浮分层的临界水速公式，加深对干扰沉降基本规律的理解。二、基本原理异类粒群的悬浮分层有两种观点：即里亚申科的相对密度悬浮分层学说与张荣曾等提出的重介质分层学说。前者认为粒群所构成的悬浮体在密度方面具有与均质介质相同的性质，当两种悬浮体彼此混合时，与两种密度不同的均质介质混合一样，在上升水流作用下，始终是密度高的悬浮体集中于下层，密度低的悬浮体集中与上层。第二种观点则认为粒度比小于自由沉降比的异类粒群悬浮分层，遵循动力平衡原理，即在上升水流作用下，是按干扰沉降速度分层的，干扰沉降速度大者在下层，干扰沉降速度小者在上层。而粒度比大于自由沉降等沉比的粒群分层过程是按重介质作用分层的。即较轻颗粒的浮沉取决于重颗粒与水所组成的悬浮液的物理密度。若轻颗粒的密度小于重颗粒与水组成的悬浮液的密度，则轻颗粒在上层，否则在下层，若两者密度相等，则混杂。实验过程的有关公式如下：，克/厘米3固体容积浓度， 管内断面流速为：，厘米/秒临界水速： 里亚申科公式：，厘米/秒；张荣曾公式：，厘米/秒； ，厘米/秒；其中：v01、 v02为煤及石英在水中的自由沉降末速，厘米/秒；d1d2分别为煤粒及石英颗粒的密度，克/厘米3；n为颗粒形状修正指数，近似取3.5；r为水的密度，取1克/厘米3。三、仪器设备与材料1. 直径为56毫米、长度1.5米有机玻璃干扰沉降管1套；2. 秒表、钢卷尺、天平、500毫升量筒各1个；3. 0.25！0.3毫米石英沙（密度2.65克/厘米3）200克；4. 密度1.351.4克/厘米3煤，其中22.5毫米40克，粒度0.50.6毫米30克。5. 0.010.02%的水玻璃溶液。四、实验步骤与操作技术1. 粒度为0.250.3毫米的石英沙50克和0.50.6毫米的煤30克，均匀混合后加入沉降管，颗粒全部沉积后，缓缓开大阀门，使物料悬浮，由小到大改变水速，观察、记录、分析分层现象；2. 将上述物料倒出，然后加入0.250.3毫米的石英沙150克、22.5毫米煤粒40克混匀后加入沉降管。待颗粒全部沉积后缓慢开水阀，观察、记录分层现象。水速较小时，煤粒在上层，但水速继续增大时，分层现象消失；进一步增大水速，煤粒反而处于下层。分层现象消失的水速即为临界水速ma临，用秒表及量筒测 定临界水速，并在临界水速左右改变水速4次。每一水速稳定后， 测定流量Q，记录分层情况并测定悬浮高度h1、h2，计算此时的上升水速ma及悬浮体的密度r悬1、r悬2。 沉降管 五、实验数据处理与实验报告1. 将实验数据及现象记录于下表；序号上升水流上升水速试样名称试样重量悬浮高度悬浮体密度分层现象123452. 根据异类粒群（粒度比大于自由沉降比）在上升水流中的悬浮分层结果。计算对应于每一水速的r悬1、r悬2，以及r悬2与d1之间的关系，并进行分析。3. 根据实验条件，计算临界水速理论值，并与实际比较并分析。4. 编写实验报告。六、思考题1. 研究沉降理论有何实际意义？举例说明沉降分离技术的应用。2. 何谓干扰沉降？何谓自由沉降？3. 离心沉降与重力沉降有何不同？举例说明离心沉降规律的实际应用。教学讨论：1. 实验过程应加强学生对等沉比概念的理解？让学生注意流体介质中按密度分选过程中粒度的影响或按粒度分级过程中密度的影响。2 引导有兴趣的同学探讨沉积法进行粉体粒度分析的原理与装置，分析影响分析精度的因素。（五）细粒物料螺旋分选试验一、 目的了解螺旋分选机的结构和工作原理，观察物料在螺旋分选机中的运动状态与分离过程。了解螺旋分选试验的基本操作过程，了解影响螺旋分选的主要因素。二、 基本原理螺旋分选过程主要涉及水流在螺旋槽面上的运动规律、物料颗粒在螺旋槽面上的运动规律及颗粒在运动过程的综合受力规律。在螺旋槽面的不同半径处，水层的厚度和平均流速不同。愈向外缘水层越厚、流速愈快。给入的水量增大，湿周向外扩展，但对靠近内缘的流动特性影响不大。随着流速的变化，水流在螺旋槽内表现为两种流态，即靠近内缘的层流和外缘的紊流。在流动过程中，水流具有两种不同方向的循环运动。其一是沿螺旋槽纵向的回转运动；其二是在螺旋槽内外缘之间的横向循环运动。两种流动的综合效应使上下水层的流动轨迹不同。由于横向循环运动的存在，在槽内圈水流表现有上升的分速度，而在外圈则具有下降的分速度。颗粒在槽面上的运动同时受重力、惯性离心力、水流的推动力及摩擦力的作用。水流的动压力推动颗粒沿槽的纵向运动，并在运动中发生分散和分层。由于水流速度沿深度的分布差异，悬浮于上层的细泥及分层后较轻的颗粒具有很大的纵向运动速度，因而也就具有很大的离心加速度。而位于下层的重颗粒沿纵向运动的分速度较小，相应的离心加速度也较小。由于上述差异而导致物料颗粒在螺旋槽的横向分层（分带）。重力的方向始终垂直向下。由于螺旋槽的空间倾斜，故重力分布除了推动颗粒沿纵向移动外，也促使颗粒向槽的内缘运动。颗粒的惯性离心力方向与其回转半径相一致，并大致与所处位置的螺旋线的曲率半径重合。直接与槽底接触的颗粒其所受的摩擦力更加明显。位于上层的颗粒受水介质的润滑作用摩擦力较小。微细颗粒呈悬浮态运动，不在有固体边界的摩擦力。上述各作用的综合结果导致物料颗粒在螺旋中的分选分离经过三个主要阶段：首先为分层阶段，在紊流作用下，重颗粒逐渐进入下层，轻颗粒逐渐进入上层。这一阶段在完成1次回转运动后初步完成；第二阶段是分层结束的轻重颗粒的横向展开、分带过程。离心加速度较小的底层重颗粒向内缘运动；上层的轻颗粒向中间偏外运动，而悬浮的细泥则被甩向最外缘。流体的横向循环和螺旋面的横向坡度对这种分布具有重要的影响。随着回转运动次数的增加，不同的颗粒逐渐达到稳定运动的过程；第三阶段即平衡阶段，不同性质的物料颗粒沿着各自的回转半径运动，分选过程完成，此后的运动将失去实际意义。研究表明，颗粒分层和分带作用区域主要在螺旋横断面的中部，该区域的主要特点是矿浆的浓度基本不变，颗粒与水层之间具有较大的速度梯度。因螺旋分选机具有工作无需动力，若有高差可实现无能耗工作，操作维护简单，且工作稳定，使用寿命长、基本无需检修等特点，其已广泛适用于铁矿、钛铁矿、海滨砂矿、锡矿、砂 金、钨矿等金属矿及煤等非金属矿的选别及脱泥。三、 仪器设备与材料1. 仪器设备：螺旋分选机、天平（台秤）；2. 工具：20L接料桶3个、样品盘5个、小盆10个；3. 材料：6毫米以下物料（原煤或其它矿样与物料）20公斤。四、 实验步骤和操作技术1. 学习设备操作规程，检查设备，对动力部分进行试转；2. 缩制两份重量分别为2.5和5公斤的试样。4. 入料桶中加入试样并加水至所需浓度，同时搅拌保证料浆悬浮；5. 准备好接样，将入料桶中的悬浮混合物料加入螺旋分选机；6. 料浆排完后，适量用水冲洗沾附在槽壁上的物料，并入接料桶；7. 彻底冲洗给料桶和分选机，将各产品脱水、烘干、称重；8. 根据需要，制取入料及产品的分析、化验样，进行分析化验。五、 数据处理与实验报告1. 实验数据记录于下表；序号入料粒度入料浓度入料品位产品1产品2产品3计算入料重量产率品位重量产率品位重量产率品位重量产率品位2. 编制实验报告。六、 思考题1. 影响螺旋分选效果的主要结构因素有哪些，如何影响？2. 简述螺旋分选技术的特点、适用范围及应用领域；教学讨论：1 本实验主要验证螺旋分选的基本原理，操作简单，因此建议作为演示实验进行；2 让学生讨论给料量稳定性对分选效果会产生怎样的影响。3 如果条件允许，可以鼓励部分同学开展一些条件探索实验。（六）细粒物料摇床分选实验一、 目的了解摇床的结构和工作原理，验证摇床分选的基本理论，观察分选过程中物料在床面上的扇形分布，了解影响摇床分选效果的主要因素与调节方法。二、 基本原理摇床分选过程主要包括以下几个环节：1. 物料在床面上的松散分层在摇床分选过程中，水流沿床面横向流动，不断跨越床面隔条，流动变化的大小是交替的。每经过一个隔条即发生一次水跃。水跃产生的涡流在靠近下游隔条的边沿形成上升流，而在沟槽中间形成下降流。水流的上升和下降是矿石松散、悬浮的动力，而松散悬浮又是发生颗粒分层使得重颗粒转入底层的前提。由于底层颗粒密集且相对密度较大，水跃对底层的影响很小，因此在底层形成稳定的重产物层。而较轻的颗粒由于局部静压强较小，不能再进入底层，于是在横向水流的推动下越过隔条向下运动。沉降速度很小的颗粒始终保持悬浮，随横向水流排出。2. 物料在床面上的分带1） 横向水流包括入料悬浮液中的水和冲洗水两部分。由于横向水流的作用，位于同一高度层的颗粒，粒度大的要比粒度小的运动快，密度小的又比密度大的运动快。这种运动差异又由于分层后不同密度和颗粒占据了不同的床层高度而愈加明显：水流对于那些接近隔条高度的颗粒冲洗力最强，因而粗粒的低密度首先被冲下，即横向运动速度最大；沿着床层的纵向运动方向，隔条的高度逐渐降低，原来占据中间层的颗粒不断地暴露到上层，于是细粒轻产物和粗粒重产物相继被冲洗下来，沿床面的纵向产生分布梯度。2） 由于床面前冲及回撤的加速度及作用时间不同导致的床面差动运动，引起颗粒沿床面纵向的运动速度不同。特别是颗粒群分层以后更加剧了不同密度和粒度的颗粒沿床面的纵向运动差异。既底层的密度较高的颗粒由于与床面间的摩擦系数较大，因而具有随床面一起运动的倾向。而位于上层的颗粒由于水的润滑及所具有的相对松散的状态摩擦力较小，因而随床面一起运动的趋势较弱。所以低密度颗粒尽管与床面间具有较大横向运动速度，但综合的结果是低密度颗粒沿床面的纵向距离较短；而高密度不但沿床面的横向运动速度较小，且由于每次负加速度的作用，可以获得一段有效的前进距离。进一步导致了轻重颗粒的运动差距离差异。颗粒在床面上的实际运动是横向运动与纵向运动的合成。运动方向是横向与纵向运动方向的向量和。定义颗粒的实际方向和床面纵轴的夹角称为偏离角q，则有：由此可见，横向速度越大，q越大。 摇 床（1、床面；2、给料槽；3、接料斗；4、传动机构；5、支撑；6、护罩；7、电机）不同颗粒每一瞬时沿横向和纵向的运动速度并不一样。受隔条的阻挡，颗粒的实际轨迹是阶梯状的，颗粒的最终运动方向只能由两个方向的平均速度决定。根据前面分析，低密度、粗颗粒具有最大偏离角，高密度细颗粒具有最小偏离角。其它颗粒界于两者之间。最终导致轻重产物的扇形分布。扇形分带愈宽，分离精度越高。而分带的宽窄由颗粒间的运动速度差异决定。摇床分选技术已广泛用于钨、锡、钽、铌及其它稀有金属和贵金属矿石的分选，也可以用于选别铁、锰、铬、钛、铅等矿石及煤等非金属矿，可用于粗选、精选、扫选等作业。三、 仪器设备与材料1. 实验室用摇床一台；天平（1公斤）一架；2. 物料桶5个，瓷盆若干，量筒1个（1000毫升）；3. 毛刷1把，秒表1块，测角仪把，转速表1块，钢尺1把。4. 30.5毫米物料（最好轻重产物之间有较大的视觉差异）混合试料；四、 实验过程与操作技术1. 学习操作规程，熟悉设备结构，了解调节参数与调节方法；试运转检查，确保实验过程的顺利进行与人机安全；称取试样两份，重量1公斤；2. 选定工作参数，清扫床面，调节好冲水后确定横冲水流量；将润湿好的矿样在2分钟内均匀的加入给料槽，调整冲水及床面倾角，使物料床面上呈扇形分布，同时调整接料装置，分别接取各产品。待分选过程结束后，停机，继续保持冲水，清洗床面，将床面剩余颗粒归入重产物；3. 按照上述参数，用备用样做正式实验，接取3个产物；4. 实验结束后清理实验设备、整理实验场所。五、 数据处理与实验报告a) 将实验条件与分选结果数据记录于下表；b) 分析实验条件与分选结果间的关系；c) 编写实验报告摇床分选实验数据记录表单元试验条件入料粒度mm处理量kg/h横向倾角冲水量L/min冲次/min冲程mm单元试验结果产品重量，g产率，%品位分析接料点距床尾距离mm12产品1产品2产品3合计六、 思考题1. 设想隔条的高度沿纵向不变会发生什么现象，为什么？2. 摇床分选过程中那些颗粒容易发生错配？3. 影响摇床分选的主要因素有哪些？如何影响？教学讨论：1. 实验过程主要验证扇形分带规律，因此在选择试样时最好能从视觉上充分体现粒度、密度的分布规律差异。2. 实验操作比较简单，建议安排为演示实验，如果有小型的摇床，可鼓励部分同学进行条件探索实验。3. 介绍一些摇床的实际应用举例。（七）物料的静电分选试验（电选实验）一、目的、意义了解电选设备的基本结构和原理，观察电选分选过程的现象，加深对电选原理的理解。了解电选设备的基本调节与操作方法，熟悉电选实验的基本操作过程。二、基本原理电性质差异是实现物料分选的重要物理性质之一。待分选物料一般根据电导率的大小可以分为导体（电导率g106107s/m）、半导体（电导率g=10510-7s/m）、非导体（电导率g10-10s/m）。以矿物加工为例，其涉及的对象大部分为半导体和非导体，前者如金属氧化矿、硫化矿等，而后者主要为硅酸盐矿物、碳酸盐矿物。电选是依靠不同物料间的电性差异，借助于高压电场作用实现分选、分离的一种物料分选方法。在静电选过程中，由于高压电场的作用，不同电导率的物料携带不同性质和大小的电荷，从而受不同的电场力作用而实现分选、分离。在高压静电场中，物料颗粒受电场的感应而带电。导电性好的颗粒在靠近电极的一端产生和电极极性相反的电荷，而另一端产生与电极电荷极性相同的电荷。颗粒所带有的这种感应电荷在一定的条件下是可以转移的。如果移走的电荷与电极电荷相同，则剩下的电荷与电极相反，此时颗粒将被吸向电极一边；而导电性差的颗粒虽然处于同样感应电场，但只能被电场极化，此时颗粒两端虽然也表现出相反的电荷，但电荷不能被移走，因此不能表现出明显的电性而被吸向电极一边。这样导电性不同的颗粒就出现了明显的分布差异，在其它外力的综合作用下，居于不同的区域，实现分选、分离。实践中使用的电选机多采用电晕电场实现物料的分选。该电场通常由一对辊式电极构成，其中直径较小的为电晕电极。当电场电压达到一定的数值时，通常作为负电极的电晕电极放出大量的电子，在其附近电离气体分子形成气体负电荷，发生电晕放电。在电场的作用下，两电极间的气体不断的被电离形成气体电荷，同时飞向正极，形成所谓的电晕电场。物料颗粒进入分选电场以后，不断与气体电荷碰撞获得负电荷。但由于导电性的不同，不同的物料颗粒表现出不同的行为。导电性好的颗粒迅速将负电荷传递给正极，本身不显示电性，因而不受电场力的作用；而导电性差的物料颗粒电荷传递速度很慢，不同程度的显示出负电性而受到正极 的吸引作用，这样就实现了不同电性物料颗粒的分离。入料性质、设备性能、给料方式等是影响电选性质的主要因素。三、仪器设备和材料1. 仪器设备：分选实验用电选机、天平（1公斤）、秒表；2. 材料：粉煤灰（20.074毫米）2公斤、金属矿粉末（31毫米）2公斤3. 工具：毛刷、万用表、制样工具、常用机修工具四、实验步骤和操作技术1. 熟悉设备的结构及操作规程；2. 设备检查、试运转及其它准备工作；3. 选择设定运转参数并记录；4. 开机，选择电压至所需要的值，进行不同电压条件下的分选实验。每一次分选实验要求持续一段时间，在前一段时间可以根据直接观察的分选情况适当调整有关操作参数，特别是分隔板的位置，正式接料。5. 将接取的各产物称重，制样并进行相应的分析，详细记录原始数据。五、数据处理与实验报告1. 实验原始数据记录于下表；同时注意记录观察到的各种现象。电压V1（ ）伏V2（ ）伏V3（ ）伏 项目产品重量产率品位产率品位品位重量产率品位g%g%产品1产品2产品3合计实验现象2. 分析分选指标（产率、品位等）与电压指标之间的关系。3. 编写实验报告。六、思考题1. 物料颗粒的导电性差异是如何影响其电选分选行为的？2. 影响电选的主要因素有哪些？3. 电选入料为什么要保持干燥？为什么要去除入料中的微细级物料？4. 查阅文献，概述电选分选技术的应用领域及现状。教学讨论：1. 对于高压带电作业，应注意向学生强调操作安全；2. 对本科生而言，本实验最好安排为集体演示实验，但应注意对实验现象的突出,如选用产品视觉差异较大的物料等。3. 部分兴趣较高的同学，可以在实验员指导下开展一些条件实验。（八）磁性物料的分选回收（弱磁分选实验）一、目的、意义了解实验用磁选机的结构、工作原理及其操作方法；了解影响磁选效果的主要因素。掌握评价磁选效果的方法和指标。二、基本原理物料颗粒之间的磁性差异是实现物料分选、回收的重要物理性质之一。磁选是利用磁性颗粒和非磁性颗粒在分选空间的运动行为差异进行分选的过程。混合物料进入磁选机的分选空间后，颗粒受到磁力和机械力（重力、离心力、惯性力、流体动力等）的作用。磁性不同的物料颗粒受到的磁力大小不同，因此其运动的路径（轨迹）不同。当作用于颗粒的磁性力大于作用于其上的机械力的合力时，颗粒将被吸附于分选滚筒上，脱离分选区进入卸料区，从精矿排料槽排出；而当作用于颗粒的磁性力小于作用于其入卸料区，从精矿排料槽排出。当作用在颗粒的磁力小于作用在颗粒上的机械力的合力时，颗粒继续处于分选箱内，与大部分分散介质一起排入尾矿管。磁选过程的基本条件是：f1f2f3，其中F1为作用于颗粒上的磁作用力，F2为作用于颗粒上的与磁作用力相反的机械力的合力，F3为作用于弱磁性颗粒上的磁作用力。三、仪器设备与材料1. 仪器设备：实验室用鼓形湿式磁选机、天平（1公斤）；2. 0.5毫米磁铁粉与煤泥的混合样10公斤；3. 500毫升烧杯2个，洗瓶1个；接料桶（20升）3个。四、实验步骤与操作技术1. 学习操作规程，设备检查、试运转，确保实验过程顺利进行和人机安全；2. 在给料桶中配置浓度为100克/升的悬浮液20升；3. 调整磁极位置，启动磁选机，调压使输出电流为20A。4. 将悬浮液缓慢放入磁选机中，同时开启喷水管和反冲水管适量给水；5. 接收精矿和尾矿；6. 给矿1分钟后，将运转按钮切断，转鼓停止转动；关闭冲水管；7. 清洗精矿槽和尾矿槽，并入各自产品槽中；8. 过滤、烘干（105110C）、称重；9. 制备磁性物含量分析试样各50克，进行产品的磁性物含量分析。五、数据处理与实验报告1. 将实验条件与数据记录于下表；2. 分析实验条件对磁选效果的影响。3. 编制实验报告。实验数据表序号条件入料精矿尾矿磁场强度A/m磁偏角磁选时间min磁性物含量%浓度g/l重量g产率%磁性物含量%重量g产率磁性物含量%12六、思考题1. 何谓磁偏角？影响磁选效果的其它因素还有哪些？如何影响？ 2. 顺流式、逆流式和半逆流式的工作方式各有什么特点？3. 简述磁性分离技术在选矿、选煤厂等的其它应用。4. 设计：设计一套评价磁选机工作效果的单机检查实验方案，绘制操作流程，叙述主要操作步骤与注意事项。教学讨论：1. 该实验主要让学生了鼓式磁分选设备磁场的产生及分布特点、磁选选矿的主要操作与调节因素。试验操作过程比较简单，因此可与词性物含量实验结合，此部分可全过程演示。2. 介绍磁性分离技术与设备的工业应用实例。3. 结合“211”高硫煤脱硫降灰系统介绍磁选设备在介质回收中的应用以及磁选工艺的相关知识。（九）散体物料磁性物含量测定（磁选设备性能评价）一、试验目的1. 了解磁选管的结构、工作原理及操作方法；2. 学会散体物料磁性物含量的测定方法，掌握试验的操作步骤。二、试验原理具有不同磁性的矿物粒子，通过磁选管形成的磁场，必然要受到磁力和机械力（重力及流体作用）的作用。由于磁性较强和磁性较弱的矿粒所受的磁力不同，便产生了不同的运动轨迹。磁性较强的颗粒富集在两磁极中间，而磁性弱的颗粒则在水流的作用下排出，由于磁选管与磁极间的相对往复运动，使得磁极间的物料产生“漂洗作用”，将夹杂在磁性颗粒间的非磁性颗粒冲洗出来。于是物料颗粒按其磁性不同分选为两种单独的产物。三、仪器设备及材料1. 磁选管一台；2. 500mL烧杯2个，塑料洗瓶1个，50mL烧杯1个；3. 秒表1块；4. 托盘天平1台，称量100g，感量0.1g；5. 磁铁矿重介质粉100g，粒度要求小于0.2mm；6. 酒精适量。四、实验过程与操作技术1. 检查设备，并接设备与控制器、控制器与电源间连线。2. 用软胶管将玻璃管和自来水管相连接，注水进玻璃管，调节尾矿管上的夹 子，使玻璃管内水的流量保持稳定，水面高于磁极30mm左右；3. 按动电钮，电源接通。电机通过传动装置使玻璃管作往复上下移动和转动。调整手柄使激磁电流为2.5A，至此仪器处于待使用状态；4. 称取20g磁铁矿量介质粉放入500mL的烧杯中，滴入56滴酒精，并加入适量清水，用玻璃棒搅拌；5. 将仪器调至待用状态。此时尾矿管有水流出，应用桶接水并收集尾矿；6. 缓慢将矿浆从给料漏斗中给入磁选管，边给料边搅拌。给料完毕，用清水将杯及玻璃棒上的矿粒冲洗入磁选管。此时，磁性物附在磁极相对应的玻璃管上，非磁性物随水一起从尾矿管排出。7. 矿样给入磁选管后，继续给水，直至玻璃管内水清晰不混时，夹住尾矿管的夹子，同时停水。8. 切断电源，打开尾矿管的夹子，用500mL烧杯接取磁性物，用水将管壁的磁性物洗净。9. 将激磁调整手柄回至零位。10. 精矿和尾矿过滤脱水，滤并送入105C干燥箱内烘干，干燥后冷却至室温称重。11. 注意事项： (1) 磁选管的磁场强度大于磁选机，所以试验时手中不得拿铁器，以免打碎玻璃管；勿将手表等物接近磁极，以免磁化受损。(2) 分选时一定要冲洗至水清晰不混浊为止。五、试验数据处理与分析1. 将试验所获数据和计算的数据填入表中。磁性物含量测定结果表试验编号试料重量g精矿重量g尾矿重量g磁性物含量%磁选时间min激磁电流A2. 磁性物含量按式计算：式中 b磁性物含量，；Gj磁性物（磁选出的精矿）重量，g；G试料计算重量，g。3. 编写实验报告六、思考题1. 磁性物含量与磁选回收率是一个概念吗？ 2. 试样调制成浆过程为什么要加几滴酒精？3. 重介质选矿生产过程中，哪些场合需要测定磁性物含量？有何意义。教学讨论：1. 让学生讨论加料前的予湿有何意义？如果将磁铁矿粉直接加入磁选管可以吗？让学生知道一般情况下，干粉试样的湿法处理实验都应当预先用待试液体润湿。2. 讨论予搅拌时加入适量酒精的目的何在？（十）接触角测定（材料表面润湿性测定）一、目的和意义了解接触角测定装置的基本结构和工作原理，学会测定物料接触角的基本操作，结合物理化学知识了解表面活性剂对物料接触角的影响及实际应用。二、基本原理润湿接触角是指液滴在物体表面扩展并达到平衡状态后，三相周边上某一点引气液界面的切线，则该切线与固液界面的夹角称为润湿接触角。应用特定的仪器可以准确测得该角。物体表面润湿接触角的大小与物体表面被该液体润湿的难易程度有关。对于矿物加工来说，矿粒表面的润湿接触角的大小直接反映其可浮性的好坏。矿物的可浮性=1-cosq，q为润湿接触角。利用特定的装置和手段即可测得该角。本实验以JY-82型润湿接触角测量仪为基础，目前市场上已有借助显微摄象和计算机多媒体技术测定接触角的设备，更易操作、人为误差小、精度较高。矿物表面润湿性分类类型表面不饱和键性质表面同水的作用能E接触角界面水结构代表性矿物强亲水性离子键共价键金属键1无直接水化层石英、云母、锡石、刚玉、菱铁矿、高岭石、方解石弱亲水弱疏水离子-共价键（部分自身闭合）1左右无或很小直接水化层为主方铅矿、辉铜矿、闪锌矿疏水分子键为主（层面间），离子、共价键为辅（层端、断面）1中等（4090度）次生水化层为主滑石、石墨、辉钼矿、叶腊石强疏水色散力为主的分子键1大（90110度）次生水化层自然硫、石蜡三、仪器设备和材料1. 仪器设备：接触角测定仪；2. 烧杯、量筒、竹镊子、注射器；3. 丁基黄药、煤油等表面改性药剂、水玻璃4. 磨料：400号、600号5. 矿物磨片：方铅矿、黄铁矿、煤、石英、石蜡、聚胺脂抛光片或其他材料（规格：4厘米X2厘米X0.5厘米。四、实验步骤和操作技术1. 学习了解所用仪器设备的操作说明书和操作规程。2. 检查设备，使之处于待测状态；3. 净化物料磨片（抛光片）：将待测磨片置于干净的玻璃板上，用磨料轻轻磨去表面的污染物，用蒸馏水洗净；然后用潮湿的昵粘打光，并用蒸馏水清洗；4. 用绒布擦干，用镜头纸包好待测；5. 将待测磨片置于样品盒上，用微量注射器给上一滴水滴，然后调整焦距，使影像清晰的出现与目镜中，按照所用仪器的测试原理测定润湿接触角，重复两次取平均值；6. 将待测磨片置于药剂溶液中，浸泡3分钟后用镜头纸擦干，再次测定润湿接触角；7. 注意：每次测量时间越短越好，水滴直径不能太大，最好保持在12毫米。测试过程必须注意保持磨片的洁净度。8. 整理仪器、清理实验现场，报请指导教师验收和数据记录签字。五、数据处理与实验报告1. 实验条件及测试结果记录于下表序号测试对象表面改性措施或条件润湿接触角12342. 分析药剂作用前后接触角的变化及原因分析，结合界面化学和表面活性剂知识分析表面改性剂的作用机理与实际应用。3. 编写实验报告六、思考题1. 测试时间太长、液滴直径过大等对测量结果有何影响？2. 选矿用捕收剂和抑制剂的作用机理是什么？举例介绍其实际应用。教学讨论：1. 介绍材料特别是矿物材料表面改性技术及应用情况。2. 鼓励学生根据物理化学的知识设想一些其它的接触角测定思路。（十一）液体的表面张力测定一、实验目的和意义表面活性剂都能显著降低液体的表面张力，测定表面张力是研究表面活性剂作用的重要手段之一。由于表面活性剂在润湿、起泡、乳化和促溶等方面的重要作用，其给轻工、选矿等工农业生产及日常生活带来莫大的利益。用鼓泡法测定正丁醇溶液的表面张力，掌握最大泡压法测定溶液表面张力的基本原理和操作过程，提高对起泡剂作用原理和效果的理解和认识。二、基本原理在定温定压条件下，纯溶剂的表面张力为定值。当其中加入可以降低溶剂表面张力的溶质后，根据能量最低原理，表面层中溶质的浓度比溶液内部大；反之若溶质能使溶剂表面张力提高时，则溶质在表面层中的浓度低于溶液内部，上述溶液内部与表面层溶质浓度不同的现象叫表面吸附。表面张力和表面吸附量之间的关系通常用吉普斯方程表示：其中G为吸附量（mol.m2）,s为表面张力（N/m）,C为溶液的浓度（mol/m3），T为绝对温度（K），R为气体常数（8.314N.m.mol-1.K-1）。根据上述关系，确定吸附量首先得测定表面张力和浓度之间的关系。本实验旨在用最大泡压法测定表面张力。其原理如下：从浸入液面下的毛细管端鼓出空气泡时，需要高于外部大气压的附加压力来克服气泡的表面张力，该附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成