[科普中国]-选矿工程

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。

简介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。1

物理分选重力分选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

绝对法--仅利用不同矿物自身比重的差异，使轻于重液的矿物上浮，重于重液的矿物反之，以达到分离。如此仅用重液浮力的选矿法称之。

相对法"(多种力量法)"

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：

垂直流选矿法--系利用昇或降流水流选矿

平流选矿法--利用与平行于分离面的水流选矿，如洗桌选矿法。

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[Heavy Medium Separation]。其产品为浮起或下 沉，故又称为浮沉选矿法[Sink and Float Process]。 所使用之重液有两种：

真重液：为真正溶液，可为是各种可溶性大的盐类所溶成的溶液，例如氯化锌溶液，也可以是高比重之有机溶液，例 如四氯化碳、四溴乙烷等。此类重液可保持长时间的物理稳定性，价格较贵，有腐蚀性与毒性，因此很少 在大量生产操作中使用，仅用于实验室之研究工作中。

拟重液为一种悬浮液，由水与悬浮于其中之微细固粒为介质所构成，由于细微固粒悬浮之稳定性不易保持，须有适当之装置使其保持，其作用殆与真重液无异。价格较便宜，且可回收再使用，无毒性与腐蚀性，实际应用于工业操作 上。

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。1

磁力分选在众多的矿物中，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。

反磁性物：金属铋

顺磁性物：为磁铁所吸，即会被吸引至磁场强度较大处。

强磁性(Ferromagnetic)矿物：磁铁矿、钛铁矿等磁性较强的矿物。

弱磁性(Weakly Magnetic)矿物：赤铁矿，菱铁矿

非磁性(Nonmagnetic)矿物：而脉石如石英、石灰石等的磁性非常微弱

矿物之磁性强度可由残留磁与带磁率来决定。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也越大， 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。

原理

磁极强度是以磁束密度来表示，磁极愈强愈容易将矿粒吸引。磁选机所使用的磁极有永久磁铁与电磁极两种。

矿粒被磁极吸引的作用力是依库仑定律。若所使用的为两平极，两极间各处磁力强度均匀， 在两磁极间之矿粒不易移动，因此要使矿粒吸引至磁极，必须考虑磁极之强度要产生差异，将其中一极之形状改成尖状极(V- Shaped Pole)， 则靠尖状处之磁 力较强，成为一极集中磁场。另外也可在一极上夹入无磁性之材料，相间叠作成层状极也能集中磁力，此型多用于转轮磁极。

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：

板式：带电荷之矿物在分别带正电荷及负电荷两极板之间落下，由于同性电荷者相拒，异性电荷相吸，使带不同电荷之矿物分开。

筒式：给矿接触带电转筒[Electrified Roll]后，电导性矿物即由转筒传得相同的电荷，整个矿粒所带的电荷与转筒者相同，因此被排斥，乃落至导体矿物槽中。非电导性矿物则只与筒接触的部分才带与筒相同的电荷，其他部分由于诱导作，皆带与筒相异的电荷，因 此非电导性矿物矿粒整体而言。不但无相拒作用，且有相吸之力，乃落入非导体矿物槽中。有在转筒的前方另置一固定筒，并使带与转筒 相异的电荷，以吸引电导性矿物，增大其行程者，此为双筒静电选矿机。亦有在转筒前置电极使转筒生诱导电者。

高压电力选矿机：在带电筒前方置放电电极，其电压一般用16000~30000伏特。矿物接受放电而带电荷，被带异电荷之转筒所吸引。电导性矿物接触转筒后电荷中和，随又带与转筒之同性电，因此被排斥落下。

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。

原理

矿物的可浮性与其"对水的亲和力大小"F有关。如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：

物理性吸附-为正负离子以凡得瓦尔力吸引，

化学性吸附-以共价键形成化合物

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

浮选的药剂依其功能可分为：

起泡剂：起泡剂通常为有机物，其功用在提高气泡的稳定性与寿命，使气泡升至矿浆表面时不会立即破灭。常用的起泡剂有松节油、戊醇、甲酚等。

捕集剂：通常亦为异极性之有机物，其分子有极性基与非极性基，极性基与矿物发生作用，非极性基则为疏水性，从而提高矿物表面疏水性。使欲上浮的矿粒易附着于气泡上。一般常用者为化学捕集剂，如阴离子捕集剂包括脂肪酸、皂类、黄酸盐等。阳离子捕集剂包括有胺类等。

调整剂：有促进或消除某捕集剂对某矿物的作用，其包括有活性剂、抑制剂、清洁剂等。

浮选的流程

浮选的过程可以分为以下四个步骤：

喂矿:

矿浆的喂入

气泡的喂入

矿粒与气泡的沾附（attachment）

矿粒与气泡的碰撞（collision）

矿粒黏结（adhesion）至气泡上

矿粒由气泡上脱附（detachment）

矿浆与泡沫间的运搬作用

将负载有矿粒的气泡运搬至气泡层

直接夹带矿粒进入气泡层

部分矿粒因气泡破裂返回矿浆中

移出浮选的产品

移出精矿

移出尾矿1

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学