中南大学矿物加工工程期末试题参考答案.pdf

参考答案参考答案参考答案参考答案 一一一一、名词解释名词解释名词解释名词解释（每小题每小题每小题每小题 2 分分分分，共共共共 20 分分分分） 1. 矿物：由地质作用所形成的结晶态的天然化合物或单质，他们具有均匀且相对固定的化学成分和确定的晶体结 构；它们在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。 2. 接触角：通过三相平衡接触点,固水与水气两个界面所包之角（包含水相）称为接触角。 3. 富集比：精料品位对给料品位的比值。 4. 筛分分析：将物料样品通过一系列不同筛孔的标准筛，筛分成若干个粒级，求得以重量百分数表示的粒度分布。 5. 自由沉降：颗粒在广大空间内的沉降，或颗粒在沉降过程中，不受周围颗粒或容器壁影响的沉降。 6. 抑制剂：抑制非目的矿物可浮性的调整剂。 7. 等电点：当没有特性吸附， 电位等于零时，溶液中定位离子活度的负对数值。 8. 粉碎比：被粉碎物料粉碎前的粒度与粉碎产物粒度的比值，以 i 表示。 9. 回收率：精料中有价成分重量含量与给料中有价成分重量含量之比，总的回收率通常以 表示。 10. 梯度匹配：铁磁性钢毛半径 a 与给料颗粒半径 b 应有一合适的比值，在此合适比值下，介质丝 作用在邻近磁性颗粒上的磁力最大。 二二二二、填空填空填空填空（每空每空每空每空 1 分分分分，共共共共 20 分分分分） 1 资源加工学是根据物理、 化学原理， 通过 分离 、 富集 、 纯化 、 提取 、 改性 等技术对 矿物资源 、 非 传统矿物资源 、 二次资源 及非矿物资源进行加工，获得其中有用物质的科学技术。 2决定物料加工工艺的基本参数包括了 物料的物相组成 、 物料中元素赋存状态 、物料中物相嵌布特征 和工 艺产品的研究。 3在不同的行业中粉碎作业的目的是不同的，但在矿物加工行业中，被加工的物料的有用组分和非有用组分或有 用组分之间都是紧密连生在一起的，而用物理选矿方法要将有用组分和非有用组分分离成单独的精矿，首先必须使 连生在一起的有用组分和非有用组分解离；同时，由于各种矿物分选方法对物料的分离粒度上限、下限有一定范围， 因此矿物加工过程中，粉碎的物料粒度应尽可能的不低于选矿方法所能回收的粒度下限，不“过粉碎”。即既要求 单 体解离 ，又 不过粉碎 ，粒度适合分离要求。这是矿物加工中的重要因素。 4重选方法对物料进行分选的难易程度可简易地用待分离物料的密度差判定，即：。 5要在磁场中有效分选磁性较强同磁性较弱的颗粒物料，必要的(但不是充分的)条件是： FmF cFm* 。 6电选机使用的电场有 静电场 , 电晕电场 和 复合电场 。 7矿物溶解离子对捕收剂作用的影响包括： 竞争吸附 和 沉淀捕收剂 。 8水力分级中介质的三种运动形式为：垂直上升介质流、水平介质流、 旋转介质流 。 三三三三、简答题简答题简答题简答题（每小题每小题每小题每小题 5 分分分分，共共共共 40 分分分分） 1简述资源加工学学科体系包括的四大学科领域简述资源加工学学科体系包括的四大学科领域简述资源加工学学科体系包括的四大学科领域简述资源加工学学科体系包括的四大学科领域？ 【解】资源加工学包括四大学科领域： 矿物加工（Mineral Processing）； 矿物材料加工（Mineral Material Processing）； 二次资源加工（Secondary Material Processing）； 金属提取加工（Metal Metallurgical Processing），可简称为 4-MP。 2说明矿物磁性的分类及其分选特点说明矿物磁性的分类及其分选特点说明矿物磁性的分类及其分选特点说明矿物磁性的分类及其分选特点。 【解】根据磁性，按比磁化率大小把所有矿物分成强磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物。 强磁性矿物：这类矿物的物质比磁化率 X3.810-5m3/kg（或 CGSM 制中 X310-3m3/g），在磁 场强度 H0 达 120kA/m（1500 奥）的弱磁场磁选机中可以回收。 弱磁性矿物：这类矿物的物质比磁化率 X0 时，矿物表面荷正电，应选择阴离子表面活性剂浮 选针铁矿；当 pH=9 时，pHPZC，0 Fc Fm* 。 6 电选机使用的电场有 静电场 , 电晕电场 和 复合电场 。 7 矿物溶解离子对捕收剂作用的影响包括： 竞争吸附 和 沉淀捕收剂 。 三三三三、简答题简答题简答题简答题（每小题每小题每小题每小题 5 分分分分，共共共共 40 分分分分) 1.简述选矿学简述选矿学简述选矿学简述选矿学、矿物加工学与资源加工学三者之间的关系矿物加工学与资源加工学三者之间的关系矿物加工学与资源加工学三者之间的关系矿物加工学与资源加工学三者之间的关系。 【解】资源加工学是由传统的选矿学、矿物加工学发展演变形成的新的学科体系。 研究手段 选 矿学是用物理、化学的方法，对天然矿物资源（通常包括金属矿物、非金属矿物、煤炭等）进行选别 、分离、富集其中的有用矿物的科学技术，其目的是为冶金、化工等行业提供合格原料。 矿物加工学 是在选矿学的基础上发展起来的，是用物理、化学的方法，对天然矿物资源进行加工（包括分离、富 集、提纯、提取、深加工等），以获取有用物质的科学技术。其目的已不单纯是为其它行业提供合格 原料，也可直接得到金属、矿物材料等。 资源加工学是根据物理、化学原理，通过分离、富集、纯化 、提取、改性等技术对矿物资源、非传统矿物资源、二次资源及非矿物资源进行加工，获得其中有用 物质的科学技术 研究对象 传统选矿学、矿物加工学的研究对象均以天然矿物资源为主。 资源加工学的研究对象涉及以下几方面： （1）矿物资源。包括金属矿物、非金属矿物、煤炭等； （2）非传统矿物资源。包括： 工业固体废弃物：冶炼化工、废渣、尾矿、废石。 海洋矿产：锰结核、钴结壳、海水中金属、海底热液硫化矿床。 盐湖与湖泊中的金属盐、重金属污泥。 （3）二次资源。包括： 废旧电器：电视机、冰箱、音响等。 废旧金属制品：电缆、电线、易拉罐、电池等。 废旧汽车。 （4）非矿物资源。城市垃圾、废纸、废塑料、油污水、油污土壤等。 2说明矿物磁性的分类说明矿物磁性的分类说明矿物磁性的分类说明矿物磁性的分类，及其分选特点及其分选特点及其分选特点及其分选特点。 【解】根据磁性，按比磁化率大小把所有矿物分成强磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物。 强磁性矿物：这类矿物的物质比磁化率 X3.810-5m3/kg（或 CGSM 制中 X310-3m3/g），在磁场 强度 H0 达 120kA/m（1500 奥）的弱磁场磁选机中可以回收。 弱磁 性矿物：这类矿物的物质比磁化率 X0 时，矿物表面荷正电，应选择阴离子表面活性剂浮选 锡石；当 pH=8 时，pHPZC，0 0 时，矿物表面荷负电，应选择阳离子表面活性剂浮选锡石 。 参考答案参考答案参考答案参考答案 一一一一、名词解释名词解释名词解释名词解释（每小题每小题每小题每小题 2 分分分分，共共共共 20 分分分分） 1. 透气性：固体散料层允许气体通过的难易程度，也是衡量混合料孔隙率的标志。 2. CMC：表面活性剂溶液的某些性质在某一浓度范围内会发生突变，这一浓度范围称为表面活性剂的临界胶团区 域。在这一范围内，通常选取一个浓度作为临界胶团浓度，以 CMC 表示。 3. 表面活性剂：能明显降低溶剂的表面张力，而且在某一浓度下表面张力曲线出现水平线的这类物质称为表面活 性剂。 4. 活化剂：矿物加工中将不具有捕收活性但能改善捕收剂的性能增加其对矿物的捕收活性的一些无机盐类化合物 叫活化剂，如 Pb(NO3)3、FeCl3等。 5. 温度波：把料层中未加燃料而外加热源的传热试验的温度变化曲线，或称热波。 6. 萃取：当两相接触时，水相料液中被分离的物质部分或几乎全部转移到有机相的过程。 7. 浊点：因非离子表面活性剂溶解度下降而使溶液突然变浊时的温度，即 C.P. 值。 8. 滚动成型：属于半干法成型，是将粉状物料加水润湿，在不断滚动的过程中，由于机械力和毛细力共同作用而 成型，常用于冶金过程的原料预处理，制品为对尺寸要求不很严格的球状物料。 9. HBL 值：称为亲水亲油平衡值，它既与表面活性剂的亲水亲油性有关，又与表面活性剂的表面（界面）张力、 界面上的吸附性、乳化性及乳状液稳定性、分散性、溶解性、去污性等基本性能有关，还与表面活性剂的应用性能 有关。 10. 燃烧波：料层中配加燃料的烧结试验的温度变化曲线，或称为火焰波。 二二二二、填空填空填空填空（每空每空每空每空 1 分分分分，共共共共 25 分分分分） 1. 粉体物料成型中水分的存在形式有 吸附水 、 薄膜水 、 毛细水 和 重力水 。 2. 影响离子交换树脂选择性的因素主要有： 离子价数 、 溶液浓度 、离子水化半径和树脂物理结构、有机溶剂以 及树脂与交换离子间的辅助力等。 3. 表面活性剂分子结构具有的共同特征：一是为 “双亲结构”分子 ；二是 亲油基团与亲水基团的强度达到平衡 。 4. 使纳米颗粒呈现出许多奇异的物理、化学性质，甚至出现一些“反常现象”基本特性有 表面 效应 、 体积效应 、 小尺寸效应 、量子尺寸效应及 量子隧道效应 等五个效应。 5. 微生物的生长繁殖过程， 按其 繁殖速度 的快慢和活性大小， 可以分成四个时期， 即生长缓慢期、 对数生长期 、 稳 定生长期 和衰亡期。 6. 多数研究者所认可的细菌浸出反应机理主要有： 直接作用说 、间接作用说和 复合作用说 。 7. 根据絮凝剂所带极性基性质不同分为阳离子型、阴离子型及非离子型。 8. 两种主要铁矿石造块产品中，烧结矿以 液相固结 为主；而球团矿以 固相固结 为主。 9. 在连续造球过程中，第一阶段成核阶段，具有决定意义的作用是润湿；第二阶段为 球核长大阶段 ，此时除润湿 作用外， 机械作用 也起着重大的影响；第三阶段为 生球紧密阶段 ，机械作用成为决定的因素。 三三三三、简答题简答题简答题简答题（每小题每小题每小题每小题 5 分分分分，共共共共 30 分分分分) 1. 试述铁矿石烧结过程中液试述铁矿石烧结过程中液试述铁矿石烧结过程中液试述铁矿石烧结过程中液相的形成过程相的形成过程相的形成过程相的形成过程。 【解】由于烧结原料粒度较粗，微观结构不均匀，而且反应时间短，从 500加热到 1500通常不 大于 3min。因此，反应体系为不均匀体系，液相反应达不到平衡状态，液相形成过程如下： （1）初生液相：在固相反应所生成的原先不存在的新生的低熔点化合物处，随着温度升高而首先 出现初期液相。 （2）低熔点化合物加速形成：这是由于温度升高和初期液相的促进作用，在熔化时部分分解成 简单化合物，部分熔化成液相。 （3）液相扩展：使物料中高熔点矿物熔点降低，大颗粒矿粉周边被熔融，形成低共熔混合物液相。 （4）液相反应：液相中的成分在高温下进行置换、氧化还原反应，液相产生气泡，推动碳粒到气 流中燃烧。 （5）液相同化：通过液相的粘性和塑性流动传热，使温度和成分均匀化，趋近于相图上稳定的成 分位置。 2. 试比较增溶与一般溶解试比较增溶与一般溶解试比较增溶与一般溶解试比较增溶与一般溶解、水溶助长间的异同水溶助长间的异同水溶助长间的异同水溶助长间的异同。 【解】增溶作用是指在溶剂中完全不溶或者微溶的物质（可以是固体、液体或者是气体），借助 于添加表面活性剂而得到溶解，并成为热力学上稳定的、各向同性的均一溶液。 增溶与一般溶解相同处是：它们都是热力学上稳定的透明溶液，都是各向同性的；其区别在于： 前者是由于胶团内部有着与液烃相同的状态，难溶于水的有机物进入与它本身性质相同的胶团核中， 成为热力学稳定体系；而后者是以单分子分散于溶剂中，成为热力学稳定体系。 而水溶助长是指某些物质大量加到水溶液中而使非水溶性物质增加其溶解度的现象。 3. 毛细水是怎样形成的毛细水是怎样形成的毛细水是怎样形成的毛细水是怎样形成的？具有什么特性具有什么特性具有什么特性具有什么特性？对粉体成型的作用如何对粉体成型的作用如何对粉体成型的作用如何对粉体成型的作用如何。 【解】当细磨物料被润湿并超过最大分子结合水时，物料层中就出现毛细水。它是颗粒表面引力 作用范围以外的水分。毛细水的形成是靠表面张力的作用。毛细水是在直径为 0.0011mrn 的毛细管中 ，受毛细管引力作用保持的一种水分。它所受到的引力在 0.98l042.45104Pa 之间。 当颗粒被水润湿超过薄膜水时，在颗粒之间出现了毛细水，开始出现的毛细水叫做触点态毛细水 ，它使颗粒连系起来。继续增加水，以及毛细水表面张力或外力作用，使颗粒靠拢，于是在它们之间 形成了蜂窝状毛细水，这时毛细水在颗粒之间开始连接起来，可以迁移。进一步润湿，则出现了饱和 毛细水，这时达到了最大毛细水含量。 毛细水能够在毛细压和能引起毛细管形状和尺寸改变的外力作用下发生迁移。物料的成球速度就 决定于毛细水的迁移速度。 在造球过程中，毛细水起着主导作用。当物料润湿到毛细水阶段，物料的成球过程才获得应有的 发展。 4. 试比较粉体物料滚动成型和压制成型过程中团块强度的形成机理试比较粉体物料滚动成型和压制成型过程中团块强度的形成机理试比较粉体物料滚动成型和压制成型过程中团块强度的形成机理试比较粉体物料滚动成型和压制成型过程中团块强度的形成机理。 【解】滚动成型中生球依靠自然力把颗粒粘结在起，并具有一定的强度。自然力中对颗粒粘结 起主导作用的是界面力和毛细力。当物料颗粒之间孔隙中液体充满率较小时颗粒之间存在界面力和毛 细力。如果孔隙完全被液体充满，并且液体表面呈弧形时，颗粒之间的粘结力主要为毛细力。 在正常压制压力条件下，压制成型中压块强度皆是由于颗粒间的机械啮合和分子力的相互联结两 种机理共同作用的结果。 5. 烧结过程中液相冷凝的结晶形式主要有哪些烧结过程中液相冷凝的结晶形式主要有哪些烧结过程中液相冷凝的结晶形式主要有哪些烧结过程中液相冷凝的结晶形式主要有哪些？ 【解】主要有三种形式： （1）结晶。液相冷却降温至某矿物的熔点时，其成分达到过饱和，质点相互靠近吸引形成线晶 ；线晶靠近成为面晶，面晶重叠成为晶芽，以晶芽为中心，该矿的质点呈有序排列，晶体逐渐长大形 成。这是液相结晶析出过程。 （2）再结晶。在原有矿物晶体的基础上，细小晶粒聚合成粗大晶粒，这是固相晶粒的聚合长大过 程； （3）重结晶。温度和液相浓度变化使已结晶的固相物质部分熔入液相中以后，再重新结晶出新的 固相物质，这是旧固相通过固液转变后形成新固相的过程。 6. 粉体的表面改性的目的是什么粉体的表面改性的目的是什么粉体的表面改性的目的是什么粉体的表面改性的目的是什么？ 【解】粉体表面改性的目的因应用领域的不同而异，但总的目的是改善或提高粉体原料的应用性 能以满足新材料、新技术发展或新产品开发的需要。具体有三人方面： （1）表面改性是无机矿物填料由一般增量填料变为功能性填料所必需的加工手段之一；同时也为 高分子材料及复合材料的发展提供了新的技术方法。 （2）提高涂料或油漆中颜料的分散性并改善涂料的光泽、着色力、遮盖力和耐候性、耐热性、保 光性、保色性等。 （3）提高了产品的价值。 四四四四、计算与分析题计算与分析题计算与分析题计算与分析题（每小题 10 分，共 20 分） 1. 分析烧结料层中固体燃料燃烧的热力学和动力学分析烧结料层中固体燃料燃烧的热力学和动力学分析烧结料层中固体燃料燃烧的热力学和动力学分析烧结料层中固体燃料燃烧的热力学和动力学，分析烧结生产中怎样才能使分析烧结生产中怎样才能使分析烧结生产中怎样才能使分析烧结生产中怎样才能使“燃烧燃烧燃烧燃烧 前沿前沿前沿前沿”与与与与“传热前沿传热前沿传热前沿传热前沿”的移动速度达到同步的移动速度达到同步的移动速度达到同步的移动速度达到同步。(10 分分分分) 【解】烧结料中的固体炭在温度达 700C 以上即着火燃烧，发生如下反应： 2CO22CO 223426175.31T J （1） CO2CO2 3941330.84T J （2） 2COO22CO2 564840173.64T J （3） CO2C2CO 170707174.47T J （4） 在烧结料层中反应（1）和（2）都有可能进行。在高温区有利于反应（1）进行，但由于燃烧带较 薄，废气经过预热层时温度很快下降，反应（1）受到限制。但在配碳过多且偏析较大时，此反应仍有 一定程度的发展。反应（2）是烧结料层中炭燃烧的基本反应，易发生，受温度的影响较少。反应（ 3）和反应（4）的逆反应在较低温度时有可能发生。 在烧结过程中，固体燃料呈分散状分布在料层中，其燃烧规律性介于单体焦粒燃烧与焦粒层燃烧 之间，固体碳的燃烧属非均相反应。燃烧反应的总阻力为扩散和化学反应阻力之和。烧结过程在点火 后不到一分钟，料层温度升高到 12001350，故其燃烧反应基本上是在扩散区内进行。 燃料燃烧速度要落后下于传热前沿速度，因此，一切能够影响扩散速度的因素都可提高燃料燃烧 速度。具体有： （1）增加空气中含氧量，提高燃烧前沿速度； （2）提高固体燃料的反应性，可燃性越好，燃烧前沿速度； （3）适当减小固体燃料粒度，粒度越小，燃烧前沿速度越大； （4）调整燃料用量，固体燃料用量与燃烧前沿速度间的关系有极大值； （5）增加风量会使燃烧前沿速度加快。 2. 高铁低硅烧结高铁低硅烧结高铁低硅烧结高铁低硅烧结(TFe=5859%，SiO24.5%)是实现高炉增产降耗的主要技术措施之一是实现高炉增产降耗的主要技术措施之一是实现高炉增产降耗的主要技术措施之一是实现高炉增产降耗的主要技术措施之一。 但生产实践表明但生产实践表明但生产实践表明但生产实践表明，高铁低硅过程中存在烧结矿强度差高铁低硅过程中存在烧结矿强度差高铁低硅过程中存在烧结矿强度差高铁低硅过程中存在烧结矿强度差、粒度偏细等问题粒度偏细等问题粒度偏细等问题粒度偏细等问题。请结合烧结过程液相请结合烧结过程液相请结合烧结过程液相请结合烧结过程液相 生成的特点及影响液相生成的因素生成的特点及影响液相生成的因素生成的特点及影响液相生成的因素生成的特点及影响液相生成的因素，分析改善高铁低硅烧结矿质量的主要措施有哪些分析改善高铁低硅烧结矿质量的主要措施