選礦工程

選礦工程的研究內容是將低品位的礦物進行加工、提純，主要目的是提高礦物的品位，去除礦物的雜質，例如去除煤炭中的灰分、硫、磷等雜質。選礦工程的對象主要有金屬礦石、煤炭等，選礦的手段主要是物理方法和化學方法。

基本介紹

  • 中文名：選礦工程
  • 外文名：Mineral processing
  • 主要對象：金屬礦石、煤炭等
  • 選礦手段：物理方法和化學方法
  • 研究內容：提高礦物的品位去除礦物的雜質
簡介,物理分選,重力分選,磁力分選,浮選,

簡介

選礦工程的研究內容是將低品位的礦物進行加工、提純，主要目的是提高礦物的品位，去除礦物的雜質，例如去除煤炭中的灰分、硫、磷等雜質。選礦工程的對象主要有金屬礦石、煤炭等，選礦的手段主要是物理方法和化學方法。

物理分選

重力分選

利用不同礦物比重差異的物理性質，將礦物富集的方法，即為重力選礦法或比重選礦法。
水流選礦法
  • 絕對法--僅利用不同礦物自身比重的差異，使輕於重液的礦物上浮，重於重液的礦物反之，以達到分離。如此僅用重液浮力的選礦法稱之。
  • 相對法"(多種力量法)"
不僅以礦物的比重差異為主要分離依據，且就其礦粒大小與形狀之不同，在流體中之所受摩擦阻力所產生之影響為輔助因素，使其分離富集。此法運用多種力量。 此類選礦方法都在水流中進行，所以又稱為水流選礦法。依水流方向可分為：
  1. 垂直流選礦法--系利用昇或降流水流選礦
  2. 平流選礦法--利用與平行於分離面的水流選礦，如洗桌選礦法。
雖然在理論上分離之礦石粒度不受限制，但粒度過小，在重液中之沉降速度變小，或受重液黏滯影響，實際上無法達到目的。因此此種選礦法除受到礦物之比重差與重液之比重外，處理之礦石粒度與重液之黏性也是重要的因素。 一般重力方式處理之粒度下限為2-3mm，常用之上限為30-50mm，大者可達100mm以上，而離心式重液選礦則可處理下限0.5mm，上限為 20mm左右之礦粒。
礦石之比重大都大於水，因此選用重液密度都大於水，所以稱為重液選礦法[Heavy Medium Separation]。其產品為浮起或下 沉，故又稱為浮沉選礦法[Sink and Float Process]。 所使用之重液有兩種：
  • 真重液：為真正溶液，可為是各種可溶性大的鹽類所溶成的溶液，例如氯化鋅溶液，也可以是高比重之有機溶液，例 如四氯化碳、四溴乙烷等。此類重液可保持長時間的物理穩定性，價格較貴，有腐蝕性與毒性，因此很少 在大量生產操作中使用，僅用於實驗室之研究工作中。
  • 擬重液為一種懸浮液，由水與懸浮於其中之微細固粒為介質所構成，由於細微固粒懸浮之穩定性不易保持，須有適當之裝置使其保持，其作用殆與真重液無異。價格較便宜，且可回收再使用，無毒性與腐蝕性，實際套用於工業操作 上。
擬重液與均質真重液不同點在於，其比重和粘性可以隨加重質的性質和含量不同而變化。擬重液的比重、粘度和穩定性三方面性質是互有關聯的。其中比重是決定分離的關鍵因素，但是對實際的分離和穩 定性有影響的卻是擬重液的粘性。

磁力分選

在眾多的礦物中，有些礦物具有被磁鐵吸引的性質(即是具有磁性)，其被吸引之強度是受到礦物本身的性質、磁鐵的強度以及兩者相距之距離所支配。用礦物磁性之有無而分選礦物之方法稱為磁力選礦法。 磁選主要用來分選或精選磁鐵礦、磁硫鐵礦以及鈦鐵礦等強磁性礦物也可用強磁磁選機分選含鎳礦物、氧化錳礦等。工業礦物中所含少量 鐵礦物或含鐵礦物之去除也是磁選的主要套用之一。 另外由於強磁磁選機之不斷開發，將來有可能利用反磁性物之性質進行磁選分離。
礦物之磁性強度可由殘留磁與帶磁率來決定。礦物磁性愈強愈容易被磁極所吸引。同一磁性之礦物其粒度越大感應所生成之磁距也越大， 且越容易被吸引，但其粒度卻與重量有關。因此粒度也不能大過作用於它的磁力。在實際的操作上，以1-5mm 左右之礦粒大小為最適宜。
原理
  • 磁極強度是以磁束密度來表示，磁極愈強愈容易將礦粒吸引。磁選機所使用的磁極有永久磁鐵與電磁極兩種。
  • 礦粒被磁極吸引的作用力是依庫侖定律。若所使用的為兩平極，兩極間各處磁力強度均勻， 在兩磁極間之礦粒不易移動，因此要使礦粒吸引至磁極，必須考慮磁極之強度要產生差異，將其中一極之形狀改成尖狀極(V- Shaped Pole)， 則靠尖狀處之磁 力較強，成為一極集中磁場。另外也可在一極上夾入無磁性之材料，相間疊作成層狀極也能集中磁力，此型多用於轉輪磁極。
物質的感磁係數與導磁係數均可用實驗測定，或測定其一，並求出另一數值。此性質，對磁力選礦至關重要。
靜電選礦機主要有：
  1. 板式：帶電荷之礦物在分別帶正電荷及負電荷兩極板之間落下，由於同性電荷者相拒，異性電荷相吸，使帶不同電荷之礦物分開。
  2. 筒式：給礦接觸帶電轉筒[Electrified Roll]後，電導性礦物即由轉筒傳得相同的電荷，整個礦粒所帶的電荷與轉筒者相同，因此被排斥，乃落至導體礦物槽中。非電導性礦物則只與筒接觸的部分才帶與筒相同的電荷，其他部分由於誘導作，皆帶與筒相異的電荷，因 此非電導性礦物礦粒整體而言。不但無相拒作用，且有相吸之力，乃落入非導體礦物槽中。有在轉筒的前方另置一固定筒，並使帶與轉筒 相異的電荷，以吸引電導性礦物，增大其行程者，此為雙筒靜電選礦機。亦有在轉筒前置電極使轉筒生誘導電者。
  • 高壓電力選礦機：在帶電筒前方置放電電極，其電壓一般用16000~30000伏特。礦物接受放電而帶電荷，被帶異電荷之轉筒所吸引。電導性礦物接觸轉筒後電荷中和，隨又帶與轉筒之同性電，因此被排斥落下。
非電導性礦物則只有當接觸到轉筒，其電荷才被中和，並帶與轉筒相同電荷。大部分未接觸到轉筒的部分仍帶異性電荷，故被吸引，跟著轉筒旋轉，直至轉筒後方被刷子刷下。

浮選

浮選，最重要的分選方法，其在西元 1906 年被申請專利。浮選主要根據礦物表面性質不同，以達到分選的目的。 最早被用來處理硫化 礦物，而近年來已廣為套用於氧化礦物、非金屬礦物、或廢水處理等方面。
原理
礦物的可浮性與其"對水的親和力大小"F有關。如F大，則礦物容易為水所潤濕，因此難附著在氣泡上。相反的，F小，亦即表面為疏水性，易與氣泡黏結而上浮。 此等因礦物表面性質而造成顆粒上浮的難易稱之為"可浮性" 。 大部分的礦物均為親水性，僅少部分的礦物如：石墨、硫磺輝鉬礦、金剛石、滑石、煤等為天然浮起性礦物。 浮選即為利用礦物表面性質與氣泡黏附之差異性而達到分 選的目的。
浮選方法建立在固體"(礦粒)"、液體"(溶液)"、氣體"(氣泡)"三相界面關係上。 首先在浮選槽中加入礦粒及水形成礦漿。礦粒的表面有效的陽離子格點在 水中遇水，水化產生水合物。這些水合物的多寡與主控的pH值有密切的關係。當捕集劑（見下文）加入後，捕集劑的極性基會吸附在礦粒表面水合物 上，而另一端疏水性的非極性基則朝向外側。吸附的種類有二：
  1. 物理性吸附-為正負離子以凡得瓦爾力吸引，
  2. 化學性吸附-以共價鍵形成化合物
礦粒表面如有足夠的格點並吸附有足夠的捕集劑，會使得礦粒表面形成疏水性。 礦粒因攪拌作用而遊走浮選槽內，須與氣泡碰撞而產生黏結。若未產生碰撞，則浮選不可能成功。當礦粒與氣泡相接近時，會將二者之間的液體排出而 形成一個液體薄膜。此薄膜若是穩定，則礦粒無法沾附在氣泡表面。形成疏水性之礦粒有助於造成薄膜的不穩定而破損，礦粒因而沾 附在氣泡上，並成穩定三相平衡。此時氣泡帶著礦粒上浮。 在上浮的過程中，如遇過大渦流所產生的離心力、減切力而劇烈的變形震動等，仍會造成礦粒脫離。
浮選的藥劑
浮選的藥劑依其功能可分為：
  1. 起泡劑：起泡劑通常為有機物，其功用在提高氣泡的穩定性與壽命，使氣泡升至礦漿表面時不會立即破滅。常用的起泡劑有松節油、戊醇、甲酚等。
  2. 捕集劑：通常亦為異極性之有機物，其分子有極性基與非極性基，極性基與礦物發生作用，非極性基則為疏水性，從而提高礦物表面疏水性。使欲上浮的礦粒易附著於氣泡上。一般常用者為化學捕集劑，如陰離子捕集劑包括脂肪酸、皂類、黃酸鹽等。陽離子捕集劑包括有胺類等。
  3. 調整劑：有促進或消除某捕集劑對某礦物的作用，其包括有活性劑、抑制劑、清潔劑等。
浮選的流程
浮選的過程可以分為以下四個步驟：
  1. 餵礦:
  2. 礦漿的餵入
  3. 氣泡的餵入
礦粒與氣泡的沾附（attachment）
  1. 礦粒與氣泡的碰撞（collision）
  2. 礦粒黏結（adhesion）至氣泡上
  3. 礦粒由氣泡上脫附（detachment）
礦漿與泡沫間的運搬作用
  1. 將負載有礦粒的氣泡運搬至氣泡層
  2. 直接夾帶礦粒進入氣泡層
  3. 部分礦粒因氣泡破裂返回礦漿中
移出浮選的產品
  1. 移出精礦
  2. 移出尾礦

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