選礦工藝物料衡算法

選礦工藝之物料性質(zhì)的衡算法

一、摩擦角和堆積角的測定

（一）摩擦角的測定

摩擦角的測定可在摩擦角測定器上進(jìn)行（如圖1）.其構(gòu)造是將平板一端鉸接固定，而另一端則可借細(xì)繩牽引自由升降。

測定時將被測物料置于板的固定端的中心部分，并將板緩慢的下降，直至物料開始滑動時為止（不準(zhǔn)滾動），此時測出的傾角即為摩擦角。測定時應(yīng)重復(fù)3~5次，取其平均值。

應(yīng)該指出：摩擦角測定器的傾斜平板（有木板、鋼板或其他材質(zhì)的板）形狀以長方形為適宜，其寬度不應(yīng)小于被測物料最大粒度的5~10倍，板的長:寬=2:1或3:1均可，由于傾斜平板的材質(zhì)不同，因而測得的摩擦角也不同，故選擇傾斜平板的材質(zhì)時，應(yīng)力求接近生產(chǎn)實際。

（二）堆積角的測定

測定方法：可在比較平坦的地面或地板上進(jìn)行測定，將欲測物料通過漏斗落到地面或地板上自然堆積成錐體，直至試驗物料沿料堆的各邊都同等的下滑為止。然后將一長木板放在錐體的斜面上，再將傾斜儀置于木板上，此時測出的角度即為被測試料的堆積角（或稱安息角）。如各種粒度鐵礦石的堆積角一般為38°~40°.為使測得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確需重復(fù)測3~5次，取其平均值。也可用如圖2所示裝置，預(yù)測定的物料由漏斗落至圓臺上，形成料堆，直至物為從圓臺周圍滑下為止。轉(zhuǎn)動一根活動的直尺，即可測出堆積角。

二、比重的測定

（一）粉狀試樣比重的測定

粉狀（1~0毫米）試樣比重可根據(jù)精確度的要求一般常用比重瓶法進(jìn)行。比重瓶的容積一般為25，50，100毫升，瓶口上有帶毛細(xì)孔的玻璃塞子，表示裝滿水時之容積。根據(jù)試樣的多少可采用不同容積的比重瓶。

比重瓶法。包括煮沸法、抽真空法及抽真空同煮沸相結(jié)合的方法，三者的差別僅僅是除去氣泡的方法不同，其他操作程序一樣?，F(xiàn)將常用的煮沸法介紹如下：

為使測得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，通常將比重瓶先用洗液（用重鉻酸鉀20克，加40毫升水稀釋，加熱溶解，待冷卻后再加濃硫酸350毫升）洗滌，然后用蒸餾水或自來水清洗。烘干稱重為B（稱重時一般常用千分之一天平）；再用滴管把蒸餾水注入經(jīng)重瓶內(nèi)至有水自瓶塞毛細(xì)管中溢出為止，稱重為C；把紓緩重瓶內(nèi)的水倒出重新烘干后，再往瓶內(nèi)加被測試樣（約占瓶容積1/3），稱重為A，向比重瓶內(nèi)注入約占瓶容積2/3的蒸餾水后，一般在水浴中進(jìn)行煮沸或用抽真空法排凈瓶內(nèi)氣泡，使其冷卻到室溫，然后用滴管把蒸餾水注入比重瓶內(nèi)仍至有水自瓶塞毛細(xì)管中洋車出為止，稱重為D。粉狀試樣的比重可按下式求得：

式中

δ——粉狀試樣比重；

A——瓶加試樣重量，克；

B——瓶重量，克；

C——水加瓶重量，克；

D——水加瓶加試樣重量，克。

用比重瓶法測比重時，一定要排凈氣泡，否則影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。為使測得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，在測公平時可用2~3個比重瓶同時做，取其平均值。

（二）塊狀試樣比重的測定

塊狀試樣比重可用量簡單的稱量法進(jìn)行如圖3所示。將被測的塊狀試樣放入用細(xì)金屬絲做成的籠子內(nèi)懸掛在天平一端（籠子的重量是已知的），首先在空氣中稱重，后浸在盛水（水深度能淹沒試樣）的容器中再次稱重，要求稱量天平的精確度達(dá)0.01~0.02克，塊狀試樣比重可由下式求出：

式中

δ——塊狀試樣比重；

P——塊狀試樣在空氣中重量，克；

P1——塊狀試樣在水中重量，克。

用此法測定時，為使結(jié)果準(zhǔn)確，應(yīng)取數(shù)塊具有代表性的試樣進(jìn)行測定，取其平均值。

測定塊狀試樣比重用比重天平更方便，其原理與用普通天平相同。國產(chǎn)的WMG-62型巖石密度計即為一種專用的比重天平，不用計算即可直接測得塊狀礦樣的比重，其測量的范圍是1~7.5克/厘米3，當(dāng)1~4、4~5、5~7.5克/厘米3時測量精度分別為0.02、0.05、0.1克/厘米3.

該巖礦密度計的構(gòu)造示于圖4中，由頭架、底座、支桿、礦樣掛鉤和砝碼掛在右臂的掛鉤上，在左邊的秤盤內(nèi)加砝碼及片碼，直到指針剛好指在指標(biāo)處為止。然后將礦樣浸入盛水的容器中，浸入容器后不要使其碰到容器的底和壁，然后按指針偏移處讀數(shù)。

在實際工作中，對鞍山式鐵礦石可根據(jù)其含鐵品位采用下列經(jīng)驗公式近似計算礦石的比重。

式中

δ——礦石比重；

β——礦石品位。

利用經(jīng)驗公式計算鞍山式鐵礦石的比重結(jié)果如表1.

鞍山式鐵礦石比重和品位的關(guān)系

表1

(三)堆比重的測定

礦石的堆比重也叫假比重，通常是指單位體積之重量（公斤/升或噸/米3）.

測定時取經(jīng)過校準(zhǔn)的容器，其容積為V,重量為P0,將容器盛滿礦石并括平，然后稱重為PD，堆比重及其孔隙度分別由下式求出：

式中

?——堆比重；

δ——比重；

G——孔隙度。

在測定堆比重時應(yīng)注意：測定容器不宜過小，一般情況下，容器的短邊長至少應(yīng)為礦樣中最大顆粒的5~10倍，否則精確度差，堆比重分為振實和未振實兩種。測定時為減少誤差，應(yīng)進(jìn)行多次測定，取其平均值。

三、選礦物料粒度的測定

物料粒度組成的測定是根據(jù)其粒度的大小不同而采用不同的測定方法。大于100毫米的物料通常是直接測量；對粗粒物料（100~6毫米）是用鐵絲網(wǎng)編成的手篩測定；對細(xì)粒物料（6~0.074毫米）是用套篩測定；對微細(xì)粒物料（小于0.074毫米）一般用水析或顯微鏡測定。

（一）篩析測定法

測定時先取有代表性礦樣，重量小于200克，用套篩在振篩機(jī)上篩析。篩析時間一般為10~20分。然后將套篩取下，對各層篩子中的礦樣用手篩檢查，如果在一分鐘內(nèi)篩下重量小于篩上重量的0.1~0.5%時，可以為篩析合乎要求。篩后將各粒級稱重并計算其產(chǎn)率。用套篩（見表2）篩析結(jié)果的實例示于表3及圖5中。

上述的篩析方法適用于含泥少的干礦樣的篩析，當(dāng)?shù)V樣含水含泥時，應(yīng)采用干、濕聯(lián)合篩析法。即先用細(xì)級別篩子進(jìn)行濕式篩分，濕篩所得的產(chǎn)品烘干后（烘干的溫度不宜過高），再將篩上產(chǎn)品用標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行干篩，然后將細(xì)粒細(xì)則干、濕篩礦樣合并在一起。為了保護(hù)篩網(wǎng)，濕篩時如果礦樣多可分批篩或者將礦樣放在容器中用淘析法篩礦泥，粗粒級烘干，直接進(jìn)行干篩。但必須注意，篩析后各粒級產(chǎn)品稱重的總和應(yīng)基本上與入篩的原礦樣重量相符。一般要求篩析損失量不超過1~2%.

快速篩析。在試驗室連續(xù)試驗或在工業(yè)試驗中，往往對某一作業(yè)需進(jìn)行粒度測定，以便及時的調(diào)整操作，使試驗?zāi)芊€(wěn)定的進(jìn)行。在此情況下即用快速篩析進(jìn)行粒度測定。

在測定前根據(jù)物料比重計算出濃度表和作出一定容積的濃度壺。測定時先用濃度壺截取礦漿，稱重后查出礦漿濃度和礦石重量（干礦），然后將全部礦漿用所需粒級的篩子進(jìn)行濕篩，篩后將篩上產(chǎn)品烘干、稱重，即可計算出產(chǎn)率。

（二）水析測定法

1、連續(xù)水析法。連續(xù)水析法是在連續(xù)水析器中進(jìn)行的。試驗室內(nèi)一般采用的連續(xù)水析器是由4~6個水析管組成，其管徑的大小有一定比例。通常用的水析管直徑分別為24.4、45.6、89、134.4毫米。每次水析礦樣量大約為50~100克，一份礦樣水析時間大約需16~24小時，以最后兩水析管中水流清晰時為止。在進(jìn)行水析時，各管的粒級范圍和流量可根據(jù)最后一水析管中所溢出的最大顆粒尺寸（5~10微米）來確定。例如，已知礦樣的比重為δ，要求最后水析管溢出的最大顆粒尺寸為d厘米，則水流的上升速度υ可由下式求出：

υ=5450d2(δ-1),厘米/秒

（6）

則水的流量為：

Q=F·υ毫米/秒

（7）

式中

F——最后一水析管圓柱部分截面積，厘米2；

υ——最后一水析管中水的上升流速，厘米/秒.

式（7）適用于一定粒度范圍內(nèi)的理想球體顆粒。

已知各個水析管的直徑（即水析管柱部分的內(nèi)徑），可求出各級水析產(chǎn)品的粒度。水析器有n個水析管，可得到n+1產(chǎn)品,設(shè)水析管的直徑分別為D1、D2……Dn.其截面積分別為F1、F2……Fn.管中上升水流速分別為υ1、υ2……υn.各管中沉降顆粒的直徑分別為d1、d2……dn。由于各水析管中的流量Q均相等，則：

即兩水析管分級產(chǎn)品的直徑之比等于其管徑之反比。根據(jù)上述關(guān)系式，可求出各級產(chǎn)品的粒度范圍，即：

+d1;-d1+d2;……-dn-1+dn;-dn

上述式（6）至（9）是對理想球體顆粒而言，但礦粒并非球體，因此常用與礦粒有相同沉降速度的球體直徑表示礦粒的粒度。在用式（7）計算時，礦粒比重δ的選取是應(yīng)根據(jù)需要而定，主要有如下幾種情況：(1)對原礦和尾礦水析時的比重δ應(yīng)選取主要脈石的比重或石英的比重（2.65）；（2）對精礦水析時的比重δ可用實際測定的精礦比重；（3）對某一種有用礦物進(jìn)行系統(tǒng)地研究，考察其在各個粒級中的分配和計算各產(chǎn)品的指標(biāo)，則水析時對各產(chǎn)品皆應(yīng)統(tǒng)一選取該種有用礦物的比重；（4）對兩種以上有用礦物水析時，應(yīng)選取其中主要有用礦物的比重，計算次要的有用礦物時，可按等落比換算。（5）如要計算粒級回收率，水析時采用與原礦相同的比重δ（即在石英的比重）。要計算其他礦物顆粒的粒度可按等落比換算。

圖6為四管水析器裝置示意圖，它由以下部分組成：

（1）給水器。包括滴管1，漏斗2，浮標(biāo)3和水閥4.其用途為保證給水量恒定。例如，滴管1中的給水量要求為V毫升/分，若大于此量，則漏斗2中的水面上升，浮標(biāo)3也隨著上升，把水閥4關(guān)小。若水量小于V毫升/分時，則漏斗2中水面下降，浮標(biāo)3也隨著下降，將水閥4開大。上下移動滴管1的位置可加大或減小水位的高低，可調(diào)節(jié)清水給入量。

（2）給礦器，包括錐形給礦漏斗5，調(diào)節(jié)閥6，攪拌器7，容器8.為保證均衡給礦，采用直接給礦法。將干礦加水制成礦漿后裝入錐形漏斗5中，然后加滿水以排出空氣，塞緊瓶塞，礦粒借自重逐漸沉入容器8中，同時容器8中的水進(jìn)入錐形漏斗5中，以充填礦粒排出后漏斗所減少的體積。容器中裝有攪拌器7，在給礦過程中，不停的攪拌，以防止顆粒在容器中沉淀。礦漿經(jīng)虹吸管10進(jìn)入水析管11.

（3）水析管。四級水析管可得5個級別的產(chǎn)品。水析管上部為圓柱體，下部為錐體，分級主要在錐體部分進(jìn)行，柱體起穩(wěn)定作用，保證在該水析管中沉降的顆粒不致受變速水流的影響而進(jìn)入下一水析管，錐體部分自下而上截面積逐漸增大，故流速逐漸變小。

（4）尾流器。包括洋車流瓶15，漏斗15，漏斗16和細(xì)泥回收瓶17.通過改變溢流瓶15的位置來調(diào)節(jié)容器8的液面高低。容器8液面過高，礦漿將流出；過低時給礦管可將進(jìn)入氣泡，從而影響均衡給礦和分級的正常進(jìn)行。漏斗16中裝凝聚劑明礬，使從水析管流出的細(xì)泥團(tuán)聚加速沉淀，回收瓶17用以回收沉淀后之礦泥。

連續(xù)水析器的操作步驟：

1）拔開膠管18，從水析管11的下部注入清水，直到全部水析管充滿水為止（注水時要封閉各水析管上面的空氣管19）.然后用虹吸管10將容器8與水析管連接起來。

2）水量的調(diào)節(jié)是根據(jù)所要求的分級粒度確定水析管內(nèi)水的流速，并由此確定水的流量。按計算好的流量移動滴管1的上下位置，使其滴管1的流量為V毫升/分。

3）給礦。稱取干礦樣，給礦前將給礦瓶5及下部導(dǎo)管中的氣體排出，否則給礦瓶內(nèi)礦粒將不能沉淀。為此，在給礦瓶內(nèi)先加入半瓶清水，然后打開水閥6，使一部分水下流以排出管內(nèi)的空氣，然后將礦樣加水調(diào)成礦漿緩慢的給入給礦瓶內(nèi)，同時將給礦瓶加滿清水，并將瓶上口封閉不使其漏氣。

4）水析時，先開動攪拌器7，然后找開水閥6進(jìn)行給礦，通過虹吸管10使容器8中礦漿緩慢地逐個進(jìn)入水析管中進(jìn)行水析。大約經(jīng)過2小時容器中除少量顆粒外，其他固體顆粒均進(jìn)入水析管內(nèi)并進(jìn)行分級。此時停止攪拌，繼續(xù)按規(guī)定的流量注入清水，達(dá)到水析終點為止。

5）水析產(chǎn)品處理。當(dāng)最后兩個水析管（13及14）中水呈清晰時，即水析達(dá)到終點。此時應(yīng)關(guān)閉給水管1，打開溢流管20和21排出精水。然后用夾子分別夾著各水析管下部放礦膠管22，拔開18處，從粗到細(xì)分別將各級產(chǎn)品卸出，再分別烘干稱重，并計算各級別產(chǎn)率和累積產(chǎn)率。

2、淘析法。淘析法是在直徑為150~200毫米的容器內(nèi)進(jìn)行的。淘析裝置如圖7所示。容器外面巾上一條毫米方格紙、將礦樣（50~100克）倒入容器內(nèi)，并注入部分水，使礦樣平置于容器底面上，在高于礦樣層5毫米處標(biāo)一記號，并在第一記號至水面的距離為h處標(biāo)記出第二個記號，使高度h不應(yīng)小于在該容器內(nèi)液:固=6:1時所需要的水量高度，對泥質(zhì)礦樣所需的高度應(yīng)該是液:固=10:1.

高度h等于

h=υd·t

式中

υd——直徑為d和比重為δ的礦粒沉降速度，厘米/秒，可由公式（6）求出；

h——直徑為d和比重為δ的礦粒沉降距離，厘米；

t——礦粒沉降h厘米所需的靜止時間，秒。

測定步驟：

（1）先將礦樣放入容器內(nèi)，并注入到上面的標(biāo)記處，然后把容器放在座5上。

（2）將直徑6~10毫米的U形玻璃虹吸管2的自由端插入容器內(nèi)到毫米方格紙下邊標(biāo)記處，而帶有夾子3的另一端應(yīng)低于容器底插入溢流收集器4中。

（3）打開注水夾7，使虹吸管2充滿水，然后關(guān)閉夾7，再用帶有膠皮頭的玻璃棒強烈攪拌礦漿后，靜止t時間，將劃吸管的夾子3慢慢打開，使管內(nèi)的水流入收集器4中，然后容器內(nèi)重新裝水至h高度。按上步驟重復(fù)進(jìn)行數(shù)次，直至容器內(nèi)的水清晰時為止。

（4）虹吸過程是由最細(xì)粒級開始，根據(jù)需要將礦樣分成n個粒級，各粒級均按上述步驟進(jìn)行淘析，然后將各粒級礦樣分別烘干，稱重，分析品位。例如，用淘析法以石英為例，計算的粒子尺寸與沉降速度如表4.

為使水析結(jié)果準(zhǔn)確，水析時必須注意幾點：

1）水析試驗時必須安裝衡壓水箱，以保持水析過程中水壓穩(wěn)定。

2）一種礦樣需同時做兩組或三級水析試驗，取其平均值。如果幾組水析結(jié)果相差較大，則水析試驗需重做。

3）礦樣中含泥較多或?qū)Ω∵x精礦進(jìn)行試驗時，需加1%濃度的水玻璃溶液用于分散礦泥或消除浮選藥劑的影響。水玻璃的用量應(yīng)為礦樣重量的0.05%，用量大時將影響礦粒沉降速度。使用時將已配好的水玻璃溶液與礦樣攪拌在一起，調(diào)成礦漿后給入給礦裝置。

（三）顯微鏡測定法

此法是借助顯微鏡目鏡測微尺測定顆粒尺寸的方法。目鏡測微尺是一個一厘米長并刻度的小圓玻璃片的標(biāo)尺。使用時裝在目鏡的視域光圈上，目鏡測微尺的分刻值必須用物鏡測微尺標(biāo)定（計算），物鏡測微尺（或稱載物臺測微尺）長2毫米，分為200等分，每一等分為0.01毫米。

測定前事先標(biāo)定目鏡測微尺。其方法是：先將物鏡測微尺放在載物臺上，調(diào)節(jié)焦距使視域清晰并使目鏡測微尺與物鏡測微尺兩者同在視域中相互平行而刻度部分重合。此時便分別讀取兩個測微尺的刻度分格數(shù)，如目鏡測微尺62格與物鏡測微尺100格重合（圖8），則目鏡測微尺的分刻值即可算出（標(biāo)定）。

目鏡與物鏡的鏡頭組合不同，上述分刻值也不一樣，都需先標(biāo)定好，然后再開始測。如測定某一顆粒的直徑相當(dāng)于目鏡測微尺的6個刻度時，則顆粒的直徑等于0.015×6=0.09毫米=90微米。此法測定時需考慮顆粒的形狀，如果形狀復(fù)雜的應(yīng)按面積法測量計算，對稱性好的顆?？梢篱L度測量計算。

（四）粒級回收率計算

在選礦生產(chǎn)和試驗工作中除了計算總回收率以外，通常還要計算各粒級的回收率。為此，需將原礦和精礦（或精礦和尾礦、倒算原礦）分別進(jìn)行篩析和水析，根據(jù)各粒級的品位和產(chǎn)率，算出各產(chǎn)品中的各粒級金屬分布率（即是金屬回收率），再按下列兩式計算粒級回收率。

某鐵礦篩析和水析粒級回收率的計算如表（5）所示。例如，+0.20毫米粒級回收率為：

分子項中的56.14%是精礦的總回收率，即表格中第8列最后一行的數(shù)據(jù)，5.78%是對應(yīng)于