选矿

选矿工程的研究内容是将低品位的矿物进行加工、提纯，主要目的是提高矿物的品位，去除矿物的杂质，例如去除煤炭中的灰分、硫、磷等杂质。选矿工程的对象主要有金属矿石、煤炭等，选矿的手段主要是物理方法和化学方法。利用不同矿物比重差异的物理性质，将矿物富集的方法，即为重力选矿法或比重选矿法。水流选矿法不仅以矿物的比重差异为主要分离依据，且就其矿粒大小与形状之不同，在流体中之所受摩擦阻力所产生之影响为辅助因素，使其分离富集。此法运用多种力量。 此类选矿方法都在水流中进行，所以又称为水流选矿法。依水流方向可分为：虽然在理论上分离之矿石粒度不受限制，但粒度过小，在重液中之沉降速度变小，或受重液黏滞影响，实际上无法达到目的。因此此种选矿法除受到矿物之比重差与重液之比重外，处理之矿石粒度与重液之黏性也是重要的因素。 一般重力方式处理之粒度下限为2-3mm，常用之上限为30-50mm，大者可达100mm以上，而离心式重液选矿则可处理下限0.5mm，上限为 20mm左右之矿粒。矿石之比重大都大于水，因此选用重液密度都大于水，所以称为重液选矿法。其产品为浮起或下 沉，故又称为浮沉选矿法。 所使用之重液有两种：拟重液与均质真重液不同点在于，其比重和粘性可以随加重质的性质和含量不同而变化。拟重液的比重、粘度和稳定性三方面性质是互有关联的。其中比重是决定分离的关键因素，但是对实际的分离和稳 定性有影响的却是拟重液的粘性。在众多的矿物中，有些矿物具有被磁铁吸引的性质(即是具有磁性)，其被吸引之强度是受到矿物本身的性质、磁铁的强度以及两者相距之距离所支配。用矿物磁性之有无而分选矿物之方法称为磁力选矿法。 磁选主要用来分选或精选磁铁矿、磁硫铁矿以及钛铁矿等强磁性矿物也可用强磁磁选机分选含镍矿物、氧化锰矿等。工业矿物中所含少量 铁矿物或含铁矿物之去除也是磁选的主要应用之一。 另外由于强磁磁选机之不断开发，将来有可能利用反磁性物之性质进行磁选分离。矿物之磁性强度可由残留磁 J {displaystyle J} 与带磁率 K {displaystyle K} 来决定。矿物磁性愈强愈容易被磁极所吸引。同一磁性之矿物其粒度越大感应所生成之磁距 M {displaystyle M} 也越大( M = J V {displaystyle M=JV} )， 且越容易被吸引，但其粒度却与重量有关。因此粒度也不能大过作用于它的磁力。在实际的操作上，以 1-5mm 左右之矿粒大小为最适宜。物质的感磁系数与导磁系数均可用实验测定，或测定其一，并求出另一数值。此性质，对磁力选矿至关重要。静电选矿机主要有：非电导性矿物则只有当接触到转筒，其电荷才被中和，并带与转筒相同电荷。大部分未接触到转筒的部分仍带异性电荷，故被吸引，跟着转筒旋转，直至转筒后方被刷子刷下。浮选，最重要的分选方法，其在西元 1906 年被申请专利。浮选主要根据矿物表面性质不同，以达到分选的目的。 最早被用来处理硫化 矿物，而近年来已广为应用于氧化矿物、非金属矿物、或废水处理等方面。矿物的可浮性与其"对水的亲和力大小" F {displaystyle F} 有关。如 F {displaystyle F} 大，则矿物容易为水所润湿，因此难附着在气泡上。相反的， F {displaystyle F} 小，亦即表面为疏水性，易与气泡黏结而上浮。 此等因矿物表面性质而造成颗粒上浮的难易称之为"可浮性" 。 大部分的矿物均为亲水性，仅少部分的矿物如：石墨、硫磺 辉钼矿、金刚石、滑石、煤等为天然浮起性矿物。 浮选即为利用矿物表面性质与气泡黏附之差异性而达到分 选的目的。浮选方法建立在固体"(矿粒)"、液体"(溶液)"、气体"(气泡)"三相界面关系上。 首先在浮选槽中加入矿粒及水形成矿浆。矿粒的表面有效的阳离子格点在 水中遇水，水化产生水合物。这些水合物的多寡与主控的 pH 值有密切的关系。当捕集剂（见下文）加入后，捕集剂的极性基会吸附在矿粒表面水合物 上，而另一端疏水性的非极性基则朝向外侧。吸附的种类有二：矿粒表面如有足够的格点并吸附有足够的捕集剂，会使得矿粒表面形成疏水性。 矿粒因搅拌作用而游走浮选槽内，须与气泡碰撞而产生黏结。若未产生碰撞，则浮选不可能成功。当矿粒与气泡相接近时，会将二者之间的液体排出而 形成一个液体薄膜。此薄膜若是稳定，则矿粒无法沾附在气泡表面。形成疏水性之矿粒有助于造成薄膜的不稳定而破损，矿粒因而沾 附在气泡上，并成稳定三相平衡。此时气泡带着矿粒上浮。 在上浮的过程中，如遇过大涡流所产生的离心力、减切力而剧烈的变形震动等，仍会造成矿粒脱离。浮选的药剂依其功能可分为：浮选的过程可以分为以下四个步骤：