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1、非金属矿物加工技术基础武汉理工大学 袁继祖非金属矿物的选矿与提纯目的（1）将矿石中有用矿物和脉石矿物相分离，富集有用矿物；（2）除去矿石中有害杂质；（3）尽可能地回收伴生有用矿物，充分而经济合理地综合利用矿产资源。 目前非金属矿提纯常用的方法：浮选法、重选法、磁选法、电选法、化学选矿法、光电拣选法、摩擦洗矿以及近些年出现的超细颗粒的选矿方法等。非金属矿分选提纯特点（1）非金属矿选矿的目的通常是为了获得具有某些物理化学特性的产品，而不是为获得矿物中某一种或几种有用元素。（2）非金属矿选矿过程应尽可能保持有用矿物的晶体结构，以免影响它们的工业用途和使用价值。（3）非金属矿选矿指标的计算一般以有用矿
2、物的含量为依据，多以氧化物的形式表示其矿石的品位及有用矿物的回收率，而不是矿物中某种元素的含量。（4）非金属矿选矿提纯不仅仅富集有用矿物，除去有害杂质，同时也粉磨分级出不同规格的系列产品。1.拣选和摩擦洗矿 拣选 拣选是利用矿石的表面特征、光性、电性、磁性、放射性及矿石对射线的吸收和反射能力等物理特性，使有用矿物和脉石矿物分离的一种选矿方法。 拣选主要用于块状和粒状物料的分选，如除去大块废石或拣出大块富矿。其分选粒度上限可达250300mm，下限为10mm，对于个别贵重矿物（如金刚石），下限可至0.51mm。 非金属矿物的分选来说，拣选具有特殊作用，可用于预先富集或获得最终产品，如对原生金刚石
3、矿石，采用拣选可预先使金刚石和废石分离，对金刚石粗选和精选，采用拣选可获得金刚石成品。同样，对于大理右、石灰石、石膏、滑石、高岭土、石棉等非金属矿物，均可采用拣选获得纯度较高的最终成品。（1）人工拣选 根据矿石和废石之间的外观特征（颜色、光泽、形状等）用手拣出矿石和废石。分正手选（从物料中拣出有用矿物）和反手选（从物料中拣出废石）两种。主要用于机械方法不好拣选或保证不了质量的矿石，如拣选长纤维的石棉、片状云母，从煤系高岭石中拣出大块废石（石英、长石）等。手选是最简单的拣选方式，但劳动强度大、效率低。 人工拣选一般在手选场、固定格条筛、手选皮带机和手选台上进行。常用手选设备有手选皮带和手选台两种
4、。手选皮带要求平皮带，宽度不大于1.2m，速度为0.20.4m/s，倾角不大于15度，距地面高0.70.8m，照明距地面高2m。手选台一般按4人面积3.2m2计。（2）机械拣选 根据矿石外观特征及矿石受可见光、X射线、射线照射后反映的差异或矿石天然辐射能力的差别，借助仪器实现矿石和脉石分离的选矿方法。如放射性拣选射线；射线吸收拣选(吸收法、x射线吸收法，中子吸收法)；发光性拣选(荧光法、x荧光法、紫外荧光法、红外线法) ；光电拣选(表面光性拣选) ；电磁性拣选。 采用哪种拣选方式较为合理，主要由矿石特性所决定，矿石性质不同，拣选方式也不同。 （图略） 摩擦洗矿 摩擦洗矿是处理与粘土胶粘在一起或
5、含泥多的矿石的一种工艺，包括碎散和分离两项作业。 通常矿物以水介质浸泡，冲洗并辅以机械搅动（必要时须配加分散剂），借助于矿物本身相互之间的摩擦作用，将被矿泥粘附的矿物颗粒解离出来并与粘土杂质相分离，称之为摩擦洗矿。 擦洗（摩擦洗矿）既可作为其他提纯作业的前期准备，也可单独完成矿物的提纯。（图略）2.重力选矿 重力选矿简称重选。它是根据矿物间密度的差异，在一定的介质流中（通常为水、重液或重悬浮液），借助流体浮力、动力或其他机械力的推动而松散，在重力（或离心力）及粘滞阻力作用下，使不同密度（粒度）的矿物颗粒发生分层转移，从而达到有用矿物和脉石分离的提纯方法。采用重选，有用矿物和脉石间密度差值越大，
6、越有利分选，越小分选则越困难。判断矿石重选难易程度可依下列准则： E=（2）/（1） 式中1、2、分别为轻矿物、重矿物和介质的密度。依E值可将矿石的重选难易度分作五级。重选提纯是处理粗粒、中粒和细粒（大致界限为大于25mm、252mm、20.1mm）矿石分选的有效方法之一。 E值 2.5（极容易）； =2.51.75（容易）； =1.751.5（中等）； =1.51.25（困难）； f机f磁 f磁作用在强磁性矿物上的磁力； f机与磁力相反方向的所有机械力的合力； f磁作用在弱磁性矿物颗粒上的磁力；（图略） 高梯度磁选和超导磁选高梯度磁选高梯度磁选机也是湿式强磁选机，它通过两个途径来获得大的磁场
7、力，是磁场强度H，二是磁场梯度。梯度定是由于采用了特殊的聚磁介质钢毛，而大大提高其磁场作用力。超导磁选超导磁选机是把其磁性材料由铁磁体改为超导体。结构可分为三个系统：超导磁系、制冷系统和分选系统。（图略） 卧式串罐往复式高梯度超导磁选机由螺线管式超导磁系、分选罐列、铁磁屏、液压往复运动装置和机座组成。卧式串罐往复式高梯度超导磁选机分选过程：工作时，超导磁体激磁，一个分选罐位于磁场空腔内，给人矿浆，捕获磁性粒子，洗涤磁介质。另一个分选罐位于相应的磁屏腔内等待工作。当往复罐借往复传动装置退出磁场时，到达相应的磁屏腔内，冲出介质上的磁性粒子。原停在磁屏腔内的另一分选罐进人磁场，依次往复重复前一个分选
8、罐进行的程序。这种方法允许超导磁体像永磁体一样工作而不消耗能量，可使制冷系统的能耗降到最低限度。电选是在电选机的电场中进行。矿物颗粒给入电场后，由于导电性质的不同，使得矿粒在电场中以某方式带不同性质的电荷或带不同数量的电荷。从而受到不同的电场力的作用，以实现分离。矿物颗粒在电场中除电场力的作用外，还受离心力、重力的联合作用。矿粒的电场力表现为库仑力f1、非均匀电场力f2、界面吸引力f3（荷电矿粒的剩余电荷和圆筒表面相应位置的感应电荷之间产生吸引力）。重力为mg，离心力为f离。（图略）5.非金属矿加工实例5.1.硅质原料的选矿提纯硅质原料中除了主要矿物石英外，通常伴生有长石、云母、粘土和铁质等杂
9、质矿物。选矿提纯的目的就是根据产品对粒度、杂质含量要求的不同，采用适当的选矿方法和工艺流程提高产品纯度、降低杂质含量。石英砂的选矿提纯视其中杂质A1203、Fe203和Ti、Cr等含量、赋存状态以及对产品粒度要求来进行的。常用的提纯方法和工艺流程有：碎磨、筛分、擦洗、重、磁、浮和电选、酸处理等。一般认为有害物质就是其中的铁杂质和铝杂质，所以硅质原料提纯方法和工艺流程的进步和发展也主要体现在铁质和铝质的有效脱除上。(1)铁质的脱除铁在硅质原料中主要以五种形式存在：以细微粒状态赋存在粘土或高岭土化的长石中；以氧化铁薄膜形式附着于石英颗粒表面；铁矿物或含铁矿物；以扩散状态赋存于石英颗粒内部；以固溶体状态存在于石英晶体内部。筛分、分级为了使产品到达相应的粒度指标，必需对硅质原料进行筛分和分级。筛分和分级还可以起到脱泥以降低铁杂质的作用。擦洗、重选擦洗是借助机械力和砂粒间的磨剥力来除去石英砂表面的薄膜铁、粘结及泥性杂质矿物的选矿方法。主要有棒磨擦洗、机械擦洗和超声波擦洗等方法。重选主要利用杂质矿物和石英密度相差较大的特点而除去它们的一种选矿方法，重选包括水洗脱泥、水力分级和摇床选矿等三种，常采用的设备主要是螺旋选矿机、溜槽和摇床等。磁选磁选的目的主要是除去硅质原料中的铁质及具有磁性的杂质矿物，有湿式和干式磁选两种方式。酸处理酸处理是利用石英不溶于酸(HF除外)，其它杂
