1、成 績 碩 士研究生課程考試試卷考試科目 高等選礦學（二） 考試時間 2015.06.10 學生姓名 學 號 所在院系 任課教師 2015 碩士高等選礦學（1）試卷班級 姓名 一、 綜述我國選煤技術的現狀與發展。（15分）二、 簡述礦物粉體技術的研究現狀與發展。（10分）三、 綜述礦物按密度分離的理論和設備。(15分)四、 畫出脫泥和不脫泥重介工藝的典型流程圖，談談脫泥和不脫泥重介工藝的看法。（15分）五、 論述粗煤泥分選設備的研究現狀與發展。（15分）六、 簡述按磁性和電性不同實現礦物分離的方法和設備。（10分）七、 簡述型煤技術的研究現狀與發展。（10分）八、 簡述水煤漿技術的研究現狀與發

2、展。（10分）參考書（1） 王淀佐等.礦物加工學.中國礦業大學出版社, 2001.8（2） 謝廣元等.選礦學. 中國礦業大學出版社, 2001.8（3） 趙躍民等. 煤炭資源綜合利用手冊. 科學出版社, 2004.3（4） 張家駿、霍旭紅.物理選礦. 煤炭工業出版社, 1992.10(5) 王敦曾.選煤新技術的研究與應用. 煤炭工業出版社, 1999.8(6) 選煤系列叢書一、綜述我國選煤技術的現狀與發展。（15）答：近年來，我國選煤工業發展迅速，選煤技術在篩分破碎、跳汰選煤、重介選煤、浮游選煤、細粒煤分選分級及脫水、干法選煤、煤炭洗選脫硫等方面都取得了很大的進步。重介質選煤技術以其對煤質適應

3、能力強、入選力度范圍寬、分選效率高、易于實現自動控制、單機處理能力大等優點，近年來得到了大力推廣應用，在我國各種選煤方法構成中，已超過跳汰所占比例，成為主導選煤方法。目前，新建的大型選煤廠多采用重介質選煤工藝。例如：根據煤質差別和產品要求，采用塊煤重介淺槽、末煤三產品重介旋流器或二產品重介旋流器主再選、粗煤泥干擾床或螺旋分選機、細煤泥浮選的聯合分選工藝；采用我國獨創的原煤不脫泥無壓三產品重介旋流器配煤泥重介簡化工藝；采用我國獨創的脫泥分級重介旋流器分選工藝，即：原煤預先分級（2mm）、脫泥（0.3mm），2mm粗物料由大直徑三產品重介質旋流器分選，2-0.3mm細粒級由較小直徑重介質旋流器分選

4、，0.3mm煤泥浮選。我國選煤工藝技術達到了國際先進水平。1）篩分破碎技術煤炭篩分理論的研究主要集中于：篩面上物料的運動規律（單顆粒運動理論（定常運動理論和混沌運動理論）和物料群運動和振動分層理論）；篩分過程的透篩概率理論（單顆粒透篩概率理論和粒群透篩概率理論）；篩分數學模型（理論模型和經驗模型）。對潮濕細粒煤干法深度篩分的基礎研究，使一批實用技術，如滾跳篩網自清理篩、懸掛式馳張篩、激振篩網彈性桿自清理篩、多段組裝博后篩等相繼應用于粘濕細粒物料的篩分。我國在篩分理論研究的基礎上，相繼研制了共振式概率篩、慣性概率篩、等厚篩分、概率等厚篩、GXS高效琴弦篩、螺旋篩分機、GPS高頻細篩、GPS高頻振

5、動脫水篩等，助推我國選煤技術的發展。在破碎理論研究的基礎上，相繼出現了一批新型煤用破碎設備，煤科總院唐山分院研制的新齒型分級破碎機集分級和破碎功能于一機，不僅使原煤準備工藝進一步簡化，而且可按工藝要求制備合適的粒度。2）跳汰選煤技術由于跳汰選煤法存在分選效率受給料性質影響較大，在細粒物料多、可選性差的條件下，分選效率會顯著下降的缺陷，近年來，隨著重介質選煤技術的快速發展，跳汰選煤工藝所占比重不斷降低。但對于易選至中等可選煤的分選，其分選精度、效率與重介質法相當。同時，跳汰機得自動控制技術的發展，為易選煤至中等可選煤的跳汰高精度分選提供了有力保障。用于重介分選選前動篩排矸的動篩式跳汰機（包括液壓

6、驅動式動篩跳汰機和機械驅動式動篩跳汰機）不僅解決了因矸石量大和變化大造成旋流器分選精度低，產品質量不穩定的問題；使大量矸石不經過原煤貯運系統，節省了大量的運輸成本和倉儲成本；大輻提高了脫介篩的脫介效率，降低了介耗；避免了泥化現象嚴重的原煤中的煤泥對介質系統的影響，確保了懸浮液系統密度和黏度的穩定性，及新磁性物在懸浮液中合理的質量分數。煤科總院唐山分院和沈陽煤炭研究所在消化吸收國外先進技術的基礎上，分別開發了TD系列液壓驅動式動篩跳汰機和GDT系列機械驅動式動篩跳汰機，推動了國產動篩跳汰機的發展。3）重介選煤技術重介質選煤法適宜分選難選和極難選煤，其分選粒級較寬。目前，在重力場中分選時，塊煤重介

7、質分選粒度上限一般為300mm，最大可達1000mm，下限為36mm 如果在離心力場中(如重介質旋流器內)分選，分選粒度下限為0.150.2mm，甚至更小。給料的粒度上限，主要由重介質旋流器的入料管直徑決定，目前，末煤用重介質旋流器分選粒度上限為1325mm，大直徑無壓給料重介質旋流器的人料粒度上限可達5080mm。重介質分選可實現穩定的低密度分選，分選精度高，塊煤分選機分選效率可達 95%，重介質旋流器約達90%左右。目前已采用的重介質選煤工藝有：跳汰粗選重介質旋流器精選工藝、塊煤跳汰末煤重介質旋流器分選工藝、塊煤重介質分選機末煤重介質旋流器分選工藝、三產品重介和二產品重介工藝、煤泥重介工藝

8、、大型高效重介選煤簡化工藝（大型無壓給料三產品重介旋流器+大型高效脫介篩+臥式振動離心機+高強度磁選機+煤泥重介旋流器對原煤不脫泥、不分級、800mm級混合入選）、原煤不脫泥重介分選工藝（小直徑重介質旋流器+大直徑重介質旋流器分選全粒級原煤）等。近年來，重介旋流器（包括我國自主知識產權的三產品重介質旋流器）選煤得到了廣泛推廣使用。當要求出塊煤產品時，采用有壓入料重介旋流器不利于保護塊煤產品。三產品無壓入料重介質旋流器能以單一低密度重介質懸浮液系統一次分選出質量合格的精煤、中煤和矸石產品，相對有壓入料重介質旋流器能夠減少矸石泥化，省略了一套高密度重介質懸浮液的制備、循環、回收系統，簡化了流程，降

9、低了成本。重介質旋流器的流場理論和耐磨性是目前研究的重點。其中，對于流場理論研究主要集中于顆粒分層運動分析和密度場的形式研究兩個方面。為解決耐磨問題，國內旋流器的主要生產廠家多數采用氧化鋁陶瓷粘貼作旋流器襯里，部分廠家采用耐磨鑄鐵件。重介質分選機主要有國產的雙錐形重介分選機、斜輪重介分選機、立輪重介分選機和引進的淺槽重介質分選機。淺槽重介質分選機具有易操作、易維護、低投資和高效率等特點，隨著元器件及整機的國產化，逐步得到推廣應用，有替代重介斜輪、立輪分選機的趨勢。目前我國新建選煤廠塊煤分選工藝多采用重介淺槽和動篩跳汰機。4）浮游選煤技術煤泥浮選的研究主要集中于選前高效調漿技術（如剪切調漿、功率

10、超聲調漿等）、優化浮選工藝（如高硫煤電解浮選、藥劑乳化及微乳化工藝、噴射式浮選機的工藝、微泡浮選柱工藝、載體浮選工藝、絮凝浮選工藝、改性造粒浮選工藝、煤泥反浮選工藝、分級浮選工藝等）和采用高效浮選藥劑（主要致力于煤泥浮選促進劑和復合浮選藥劑兩方面）。細粒煤的浮選主要采用浮選機和浮選柱。對于浮選機，目前國內選煤廠使用的大多是機械攪拌式浮選機（主要有XJX及XJX-T型、XJN型、XJM及XJM-S系列等），且單槽容積趨向大型化。對于浮選柱，國內使用較多的是中國礦業大學研制的FCSMC系列旋流靜態微泡浮選柱(床)和FXZ系列靜態浮選柱。FCSMC系列旋流靜態微泡浮選柱有浮選柱、浮選床兩個系列，柱體

11、高度5.56m。處理能力相當時浮選床的占地面積較小。FXZ系列靜態浮選柱直徑13m，高度69m。5）細粒煤分選、分級及脫水技術細粒煤的分選除了采用浮選技術外，還有干擾床分選技術（包括液固流化床（TBS）分選、CSS分選機分選等）、螺旋分選機分選技術、煤泥重介質旋流器技術、水介旋流器分選技術、離心分選技術（包括Falcon離心分選機分選、高效離心跳汰機分選和搖床分選）、復振跳汰機分選技術、油團聚選技術、選擇性絮凝技術、靜電分選技術和干法磁力分選技術等。近年來，干擾床分選機發展迅速，是選煤廠粗煤泥分選的首選設備，相對于螺旋分選機和煤泥重介旋流器具有更多的優點：分選密度可控、可調，最低可達1.4kg

12、/L；有效分選密度范圍寬，為1.41.8kg/L；自動化水平高；不需復雜的入料分配系統，設備結構簡單，維護工作量小；不需要重介質和化學藥劑。對于細粒煤的分級，主要有篩分分級、水力分級和離心力分級三種。篩分分級主要有德瑞克高頻振動細篩、電磁高頻振網篩等；水力分級主要有角錐池、斗子撈坑等；離心力分級主要有水力旋流器、篩網旋流器等。細粒煤脫水技術主要有：機械脫水技術（有真空過濾、加壓過濾、離心過濾、直接壓濾、沉降過濾離心脫水、管式壓濾脫水等）、熱力干燥技術（有直接干燥和間接干燥兩種，目前我國絕大部分選煤廠采用直接干燥）、復合脫水技術（借助各種力場復合作用實現和強化細精煤脫水）、摻粗脫水技術、助濾劑輔

13、助脫水技術（添加化學助濾劑高分子絮凝劑、表面活性劑等）等。脫水設備有各種類型的離心脫水機和過濾脫水設備（加壓過濾機、真空過濾機、壓濾機等）。6）干法選煤技術干法選煤主要是利用煤與矸石的物理性質差別實現分選的，所謂物理性質包括密度、粒度、形狀、光澤度、導磁性、導電性、輻射性、摩擦系數等。干法選煤主要包括風選、揀選、摩擦選、磁選 、電選、X-射線選、微波選、空氣重介質流化床選煤等，其中已實現工業應用的有風力選煤(風力搖床、風力跳汰)和空氣重介質流化床選煤。干法選煤主要應用于寒冷、水資源短缺地區的煤炭分選以及易泥化煤種的分選，在眾多選煤方法中應用比例相對較小，應用較多的為風力選煤。近年來，在空氣重介

14、質流化床選煤技術的基礎上有發展了<6mm細粒級煤分選技術、>50mm大塊煤分選技術、<1mm微細煤粉摩擦電選技術、三產品雙密度層空氣重介質流化床選煤技術、復合式干法選謀技術等。7）煤炭脫硫技術我國近些年來一直投入大量資金開發的煤炭深度降灰脫硫新技術，主要分為3類：物理脫硫、化學脫硫、生物脫疏。物理脫硫方法主要有：重力選、微細介質重介選、高梯度磁選、靜電選、微波選、選擇性絮凝法、微泡浮選法等；而化學脫硫是采用化學萃取法進行化學處理。研究表明，這些技術均可脫除煤中部分硫分和灰分，但由于脫硫效果不顯著或生產費用昂貴等原因，大多仍處于試驗室階段。我國選煤技術的新發展在于：1）選煤廠建

15、設規模大型化。近幾年建成了一大批規模大、可躋身世界先進行列的現代化選煤廠。其中，動力煤的布爾臺選煤廠3100萬t/a、哈爾烏素選煤廠2500萬t/a；煉焦煤的臨渙選煤廠1250萬t/a、龍固選煤廠1000萬t/a等。2）許多選煤廠的主要工藝技術達到了世界選煤行業的先進水平。各種類型的先進選煤工藝在我國幾乎都有應用。如塊煤重介淺槽分選、二產品重介旋流器主再選、螺旋分選、微泡浮選、干擾床分選等當今世界通行、先進的選煤工藝；無壓三產品重介配煤泥重介、噴射式浮選、復合式干法風選等中國獨創的選煤工藝。3）傳統的重介、跳汰、浮選三大選煤技術在中國得到進一步發展和完善。其中，重介選煤工藝進一步發展為三產品重

16、介、二產品重介，有壓重介、無壓重介，塊煤重介、末煤重介、煤泥重介，分級重介、空氣重介等工藝。4）新建選煤廠采用了一大批在世界上也是比較先進、大型化的進口選煤設備。如槽寬7.9m重介淺槽、直徑1.5m重介旋流器、長寬4.3m×9.0m香蕉振動篩、直徑1.5m離心振動脫水機、直徑5.0m普浮樂浮選機、直徑50m高效濃縮機、直徑3.0m干擾床分選機(TBS)、面積980m2板框壓濾機等。5）許多選煤廠的自動化程度非常高。對于重介選煤廠而言，除了傳統的重介密度控制之外，又增加了生產系統和設備的檢測、監測、單機自動化、過程自動化、設備單機保護、生產系統保護、事故報警、網絡通訊、工業電視、無線通

17、訊等一系列的生產控制功能，這些功能取代了絕大部分的人工操作。神東礦區各選煤廠的生產定員已經能控制在30人以下，達到了世界先進水平。6）選煤副產品得到了綜合利用。洗矸石和高灰分煤泥用作綜合利用電廠的燃料，或用于生產矸石磚、水泥等，有的用作鋪路、充填塌陷區和造地復田，延長了煤炭企業的產業鏈，為發展循環經濟和節能減排創造了條件，減少了礦區環境污染。7）培養出大批的選煤專業工程技術人才，具備了一支技術力量雄厚的教學、科研、設計隊伍。二、簡述礦物粉體技術的研究現狀與發展。（10）答：伴隨著礦物材料技術的發展，礦物粉體技術已成為一大行業，與當今一些優先發展的科學領域密切相關。與礦物粉體加工技術相關的工藝過

18、程單元包括：粉碎、分級、提純、固液分離、混合、分散、改性、造粒、干燥、燒結、散料運輸、貯存、粉體檢測、粉塵爆炸控制和納米粉體合成等。由于礦物種類繁多，應用領域廣泛，技術指標復雜，故主要針對粉碎分級、選礦提純、表面改性等工藝單元對礦物粉體技術的研究現狀與發展進行簡述。1）粉碎分級礦物粉體（特別是非金屬礦物粉體）的粉碎加工依產品粒度大體分為：破碎（產物粒度135mm）、磨礦（產物粒度101000m）及超細粉碎（產物粒度0.110m）三個層次。破碎可分為粗破碎、細破碎，主要采用顎式、錘式、反擊式、圓錐、輥式破碎機等設備，分級設備有固定篩、各種振動篩等；磨礦可分為粗磨（20200目）和細磨（325目）

19、，主要有球磨機、棒磨機、礫磨機、自磨機、雷蒙磨、輥磨機、離心磨、渦流磨、振動磨、壓輥磨等設備，篩分與分級設備有直線振動篩、圓振動篩、水力旋流器、旋流細篩、葉輪式分級機、懸吊篩等；超細粉碎有氣流磨、攪拌磨、砂磨機、高速機械沖擊磨、膠體磨、行星球磨機等設備，分級設備有渦輪式空氣離心分級機、碟片式離心機、小直徑水力旋流器（組）等。各個不同粉碎和分級層次所應用的主要工業設備列于表1。表1 礦物粉體加工中應用的粉碎和分級設備作業段粉碎設備篩分與分級設備破碎顎式破碎機、錘式破碎機、反擊式破碎機、圓錐破碎機，輥式破碎機等固定(格條)篩、各種振動篩、平面搖動篩等磨礦或磨粉球磨機、棒磨機、礫磨機、自磨機、雷蒙磨

20、(懸輥式磨粉機)、輥磨機、旋磨機、柱磨機、渦流磨、振動磨、塔磨機、離心磨、機械沖擊磨、壓輥磨等直線振動篩、雙軸振動篩、高頻振動篩、概率篩、旋流細篩、水力旋流器、螺旋分級機、水力分級機、旋風(慣性)分級機，葉輪或渦輪式分級機、懸吊篩等超細粉碎或超細磨氣流磨、攪拌磨、研磨剝片機、砂磨機、振動磨、球磨機、高速機械沖擊磨、股體磨、高壓均漿機、行星球磨機等渦輪式空氣離心分級機、臥式螺旋卸料離心機、碟片式離心機、小直徑水力旋流器(組)組等粉碎分級技術的發展趨勢是：提高機械粉碎的產品細度(<1mm)、降低粉碎極限、設備大型化、降低單位產品能耗和磨耗、穩定產品質量；發展高效低耗和大處理量的分級技術和設備

21、；在現有設備和工藝基礎上發展人工智能技術，根據原料特點和產品細度要求自動優化生產工藝配置和操作參數，達到高效、低耗、穩定產品質量的目的。2）選礦提純目前，工業上大多數非金屬礦物，如石灰石、方解石、大理石、白云石、石膏、重晶石、滑石、葉蠟石、綠泥石、膨潤土、伊利石、硅灰石、煤系硬質高嶺巖、玻璃原料石英巖等只進行簡單的揀選和分類。目前工業上進行選礦提純的非金屬礦主要有：石棉、石墨、高嶺土、硅藻土、石英、云母、石榴子石、藍晶石、夕線石、紅柱石、蛭石、菱鎂礦、長石、金紅石、鋯英砂、螢石等。石棉主要采用風選和篩分分級；石墨天然可浮性好，主要采用浮選，對要求固定碳含量達到 95%以上的高純石墨采用化學選礦

22、（強酸、堿處理和高溫煅燒）；軟質高嶺土主要采用重選（水力旋流器和離心分級）除砂，強磁或高梯度磁選機及化學漂白（還原和氧化漂白）除鐵增白；硅藻土主要采用擦洗分散、分級除晶質二氧化硅、選擇性沉降分離粘土；高純石英主要采用酸浸和純水洗滌；云母則主要進行人工或機械揀選及摩擦選礦以及風選和重選除砂；石榴石主要采用搖床分選；夕線石和藍晶石則在去除礦泥的基礎上主要采用浮選；長石主要采用磁選，與石英分離時，主要采用浮選；蛭石主要利用其膨脹后與脈石礦物的密度差采用簡單的風選和水選；菱鎂礦主要采用熱選，即控溫煅燒后進行分選；金紅石和鋯英砂主要采用電選、磁選和重選綜合力場選礦工藝；螢石和滑石主要采用浮選工藝。主要發

23、展趨勢是圍繞石墨、石英、高嶺土、云母、滑石、硅藻土、鋯英砂、硅灰石、重晶石、金紅石、膨潤土、螢石、夕線石、紅柱石、藍晶石、電氣石等非金屬礦物的共伴生礦物分離、高純度精選等發展微細粒選礦提純和精選技術、復合力場分選技術以及綜合利用技術。3）表面改性礦物粉體材料在應用前大多要進行表面處理或表面改性，以提高其性能。表面改性的方法主要包括表面化學包覆、沉淀反應包覆、插層改性等；采用的表面改性劑包括有機物和無機物二大類；改性工藝包括干法和濕法；改性設備主要有連續式的粉體表面改性機、間歇式的加熱攪拌機、渦流磨、攪拌反應罐和反應釜等。表 2 所示為目前非金屬礦物粉體表面改性常用的表面改性劑及改性設備。表2

24、非金屬礦物粉體常用的表面改性劑及改性設備表面改性方法很多，主要有表面物理涂覆、化學包覆、無機沉淀包覆或薄膜、機械力化學、化學插層等。目前工業上非金屬礦物粉體表面改性常用的方法主要有表面化學包覆改性法、沉淀反應改性法和機械化學改性法及復合法。 表面化學包覆改性法：是目前最常用的非金屬礦物粉體表面改性方法，這是一種利用有機表面改性劑分子中的官能團在顆粒表面吸附或化學反應對顆粒表面進行改性的方法。所用表面改性劑主要有偶聯劑(硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、鋯鋁酸酯、有機絡合物、磷酸酯等)、表面活性劑(高級脂肪酸及其鹽、高級胺鹽、非離子型表面活性劑、有機硅油或硅樹脂等)、有機低聚物及不飽和有機酸等。改性工藝可分

25、為干法和濕法兩種。 沉淀反應法：是利用化學沉淀反應將表面改性物沉淀包覆在被改性顆粒表面，是一種“無機/無機包覆”或“無機納米/微米粉體包覆”的粉體表面改性方法。粉體表面包覆納米TiO2、ZnO、CaCO3等無機物的改性，就是通過沉淀反應實現的，如云母粉表面包覆TiO2制備珠光云母顏料、鈦白粉表面包覆SiO2和Al2O3。 機械力化學改性法：是利用超細粉碎過程及其他強烈機械力作用有目的地激活顆粒表面，使其結構復雜或無定形化，增強它與有機物或其他無機物的反應活性。機械化學作用可以增強顆粒表面的活性點和活性基團，增強其與有機基質或有機表面改性劑的使用。以機械力化學原理為基礎發展起來的機械融合技術，是

26、一種對無機顆粒進行復合處理或表面改性，如表面復合、包覆、分散的方法。 化學插層改性法：是指利用層狀結構的粉體顆粒晶體層之間結合力較弱（如分子鍵或范德華鍵）或存在可交換陽離子等特性,通過化學反應或離子交換反應改變粉體的性質的改性方法。因此，用于插層改性的粉體一般來說具有層狀或似層狀晶體結構，如蒙脫土、高嶺土等層狀結構的硅酸鹽礦物或粘土礦物以及石墨等。用于插層改性的改性劑大多為有機物，也有無機物。 復合改性法：是指綜合采用多種方法(物理、化學和機械等)改變顆粒的表面性質以滿足應用的需要的改性方法。目前應用得復合改性方法主要有物理涂覆/化學包覆、機械力化學/化學包覆、無機沉淀反應/化學包覆等。表面改

27、性工藝依表面改性的方法、設備和粉體制備方法而異。目前工業上應用的表面改性工藝主要有干法工藝、濕法工藝、復合工藝三大類。干法工藝根據作業方式的不同又可以分為間歇式和連續式；濕法工藝又可分有機改性工藝和無機改性工藝；復合工藝又可分為物理涂覆/化學包覆、機械力化學/化學包覆、無機沉淀反應/化學包覆工藝等。近年來，在表面改性工藝，特別是超細粉碎與表面改性一體化工藝及納米粉體的原位修飾或表面改性工藝方面取得了顯著進展。目前工業上應用的表面改性設備可分為兩大類：從化工、塑料、粉碎、分散等行業中引用過來的，如干法表面改性用的高速加熱式混合機、沖擊式粉體表面改性機、臥式加熱混合機、以及濕法表面改性用的反應釜、

28、可控溫反應罐；專用粉體表面改性設備，主要有SLG型連續式粉體表面改性機和PSC型連續式粉體表面改性機。非金屬礦物粉體的表面改性，主要是依靠表面改性劑(或處理劑、包覆劑)在粉體顆粒表面的吸附、反應、包覆或包膜來實現的。目前應用的表面改性劑主要有偶聯劑、表面活性劑、有機低聚物、不飽和有機酸、有機硅、水溶性高分子以及金屬氧化物及其鹽等。近幾年，表面改性劑在硅烷偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、用于超細輕質碳酸鈣和納米碳酸鈣表面改性雙子星表面活性劑二磷酸酯鹽等方面取得了較大的進展。層狀硅酸鹽礦物粉體的插層改性層狀硅酸鹽礦物粉體的插層改性是研究最為活躍的表面改性領域之一。雖然早在20世紀70年代前后就

29、有“有機膨潤土”這類有機季銨鹽類插層改性的產品問世，但近10年來研究日趨廣泛和深入。除了有機膨潤土產品品種和生產技術不斷改進之外，聚合物/蒙脫土納米復合材料、膨潤土或蒙脫石的無機柱撐或交聯等的研究和產業化也取得了顯著進展。特別是聚合物/蒙脫土納米復合材料已進入產業化階段，對新型聚合物/納米粘土復合材料的發展有重要的推動作用；此外，高嶺土插層(利用尿素、聯苯胺、乙酰胺等化學藥劑)納米復合材料、蛭石插層改性材料、綠泥石插層改性材料等層狀硅酸鹽礦物的插層改性技術研發也不同程度地取得一些有價值的進展。表面無機復合改性非金屬礦物粉體的表面無機復合改性是制備功能粉體材料的重要技術方法，近年來已成為粉體表面

30、改性技術和功能材料制備技術的熱點研發方向之一。目前取得的進展主要是納米金屬或氧化物、氫氧化物、碳酸鹽表面改性的復合礦物粉體材料，如金屬/粉煤灰空心微珠復合粉體、金屬氧化物/硅灰石復合粉體、納米TiO2/多孔礦物復合粉體(TiO2/硅藻土、(TiO2/蛋白土、TiO2/凹凸棒石、TiO2/沸石、TiO2/海泡石等)、金屬氧化物/重晶石復合粉體、金屬氧化物/云母復合粉體等；表面無機復合改性方法主要有物理法(如氣相沉積、真空或濺射鍍膜、機械研磨)和化學法(如均勻沉淀、溶膠凝膠)等。其中一些復合粉體材料已進入產業化或已進行中試。表面無機復合改性涉及應用廣泛的新型功能材料的開發，具有重要的商業化價值，因

31、此，申請的發明專利近幾年逐年增加。(1) 金屬/粉煤灰空心微珠。(2) 納米硅酸鋁/硅灰石復合粉體材料。(3) 納米碳酸鈣/硅灰石復合粉體材料。(4) 納米TiO2/多孔礦物復合粉體。表面改性的發展趨勢是：在設備結構優化的基礎上采用人工智能技術對主要工藝參數和改性劑用量進行在線自動調控；在現有表面改性劑基礎上、降低生產成本；運用先進化學、高分子和化工科學技術和計算技術，研究開發應用性能好、成本低、在某些應用領域有專門性能或特殊功能并能與粉體表面和基質材料形成牢固作用的新型表面改性劑；在多學科綜合的基礎上，根據目的材料的性能要求來選擇粉體材料和“設計”粉體表面，并運用先進計算方法以及智能技術輔助

32、設計粉體表面改性工藝和配方。4）脫水(過濾和干燥)、煅燒、造粒及包裝目前工業上應用的過濾設備主要有壓濾機、離心機、真空過濾機等；干燥設備主要有噴霧干燥機、圓筒干燥機、閃蒸干燥機、多功能干燥機、流化床干燥機、隧道式干燥機等。針對超細粉體干燥過程團聚問題的集干燥與解聚于一體的干燥技術與設備，如多功能干燥機、閃蒸干燥機等也已在超細重質碳酸鈣、超細高嶺土、超細電氣石、水鎂石等的加工中成功地得到應用；壓濾脫水設備和臥式螺旋離心脫水設備已廣泛用于超細高嶺土、膨潤土、凹凸棒土等強粘性粘土礦物的加工；國產噴霧、擠壓等造粒設備及顆粒整形設備也已在工業上應用。此外，近幾年針對非金屬礦物超細粉體的包裝設備有了較快發

33、展，自動計量和氣固分離、連續包裝的真空包裝機和其他自動化連續包裝設備已在生產中廣泛應用。5）其他粉體技術的加工還包括脫水（過濾和干燥）、煅燒、造粒及包裝。目前工業上應用的過濾設備主要有壓濾機、離心機、真空過濾機等；干燥設備主要有噴霧干燥機、圓筒干燥機、閃蒸干燥機、多功能干燥機、流化床干燥機、隧道式干燥機等。針對超細粉體干燥過程粉料團聚問題的集干燥與解聚于一體的干燥技術與設備，如多功能強力干燥機、閃蒸干燥機等已在超細重質碳酸鈣、超細高嶺土、超細水鎂石等的加工中成功地得到應用；壓濾脫水設備和臥式螺旋離心脫水設備已廣泛用于超細高嶺土、膨潤土等強粘土礦物的加工；國產噴霧、擠壓等造粒設備及顆粒整形設備也

34、已在工業上應用。此外，我國已能制造自動計量和氣固分離、連續包裝的真空包裝機和其他自動化連續包裝設備。然而，我國對現有的大多數粉體設備內進行的機械過程尚缺乏深入的研究。多種工藝過程及設備的巧妙復合，是粉體技術發展的經濟有效途徑。技術的進步使傳統工藝參數有可能向更加苛刻的方向擴展，從而拓寬粉體技術的應用領域。為了提高產品質量，提高產品競爭力，嚴格控制顆粒的粒度分布和形狀，就需要對過程參數進行控制。而后者主要取決于在線測量技術和手段的應用。在微米級粉體范圍內，可通過改變顆粒表面特性的方法來改變粉體特性。在納米級粉體范圍內，可生產出具有特定結構和特定功能的新材料。礦物粉體技術應加強基礎理論研究，追蹤國

35、外研究前沿，借鑒已有的研究成果，加強對特殊功能性粉體的研究和開發工作，同時加強學科交叉，促進我國礦物粉體加工技術的發展與進步。超細粉體技術是指制備與使用超細粉體及其相關的技術。在研究超細粉體的制備技術、分級技術、分離技術、干燥技術、輸送、混合與均化技術、表面改性技術、粒子復合技術、檢測技術、制造及儲運過程中的安全技術、包裝、運輸及應用技術等等。超細粉體技術是60年代末70年代初隨著現代科學技術的發展而發展起來的一門跨學科、跨行業的高新技術，同時也是古老粉碎技術的新發展和新應用。超細粉體的制備方法多種多樣，按性質歸類可分為物理方法與化學方法兩大類；物理方法有：粉碎法、構筑法。化學方法有處理沉淀法

36、(溶液反應法)、水解法、噴霧法、氧化還原法、凍結干燥法、激光合成法及火化放電法等；按產品粒徑大小可分為微米粉體制備法、亞微米粉體制備及納米制備法。隨著現代技術的發展，應用部門對超細粉體提出了越來越高的要求。它們不僅要求粉體極細，而且粒徑分布要窄。同時具有良好的分散性，并與其它物料混合使用時具有良好的相容性。超細粉體表面技術研究包括表面改性劑的研究和表面改性技術及改性設備的研究。超細粉體不僅本身是一種功能材料，而且為新的功能材料的復合與開發提供了廣闊的應用前景，如在軍事、航空領域，電子工業領域，化工領域，輕工領域，生物醫藥領域，化纖、紡織行業有著廣泛的應用，起著極其重要的作用。三、礦物按密度分離

37、的理論和設備綜述。（15）答：1.1 理論概述礦粒群按密度分層是重選的核心問題，許多學者提出了他們的認識和研究成果，因而形成了眾說紛紜的局面。將各種學說、觀點歸納為以下幾種。1.1.1 按顆粒自由沉降速度差分層學說這一學說最早由雷廷智提出，他認為在垂直流中，床層的分層按輕、重礦物顆粒的自由沉降速度差進行。在紊流條件下，即渦流壓差阻力條件下，球形顆粒的沉降末速為： (1-1)式中：牛頓阻力下的顆粒沉降末速； d，球形顆粒的粒度和密度；介質密度。上式表明，顆粒粒度和密度對沉降速度有著同樣重要的影響。.O.切喬特將上式改寫為： (1-2)根據(1-11)式，牛頓阻力條件下的等沉比為： (1-3)微細

38、顆粒在層流繞流條件根據斯托克斯粘性阻力公式導出的沉降末速為： (1-4)斯托克斯阻力條件下的等沉比為： (1-5)公式(1-15)適用于雷諾數Re=103105范圍：公式(1-17)適用于雷諾數Re<1的條件下。在阻力過度階段，(1-17)式中的指數隨雷諾數Re的減少而減小，介于11/2。等沉比的減小表明對微細粒級的分選變的困難了。1.1.2 按顆粒的干擾沉降速度差分層學說 為了解釋礦物按寬級別(給料上下限粒度比值大于自由沉降等沉比)入選問題，R.H.Monroe提出了干擾沉降速度差分層的學說，顆粉的干擾沉降速度為： (1-6)式中：顆粒群在介質中的容積濃度； n反映顆粒群粒度和形狀影響

39、的指數，球形顆粒在牛頓阻力條件下n=2.39，在斯托克斯阻力下n=4.70。在牛頓阻力條件下的干涉沉降等沉比為： (1-7)在斯托克斯阻力條件下的干涉沉降等降比為： (1-8)上式中的1和2可理解為等沉的輕礦物局部懸浮體的松散度和相鄰的重礦物局部懸浮體的松散度。由于此時輕礦物的粒度總是大于重礦物，故1必然小于2，與式(1-15)和(1-17)對比可見： (1-9)由此可以說明，在干涉沉降條件下，可以分選寬級別的事實，且說明了隨著粒群容積濃度的增大，按密度分層的效果會更好。1.1.3 按礦物懸浮體密度差分層的學說這一學說最早出A.A.赫爾斯特和R.T.漢考克提出里亞申柯在試驗的基礎上進一次進行了

40、驗證。他們將混雜的床層視作由局部重礦物懸浮體和局部輕礦物懸浮體構成，在密度方面具有與均質介質相同的性質。在重力作用下，懸浮體存在著靜力不平銜，就像油與水混合在一起，最終導致按密度分層，即在上升水流作用下，密度高的懸浮液集中在下層，而密度低的集中在上層。局部輕礦物和重礦物懸浮體的密度分別是： (1-10) (1-11)按此學說實現正分層（重礦物在下）的條件是： (1-12)以某種方式改變1、2的相對值，使 (1-13)時，應發生反分層。當 (1-14)時，兩種顆粒應處于混雜狀況。據此條件，為了簡化問題的分析，可將兩種粒群的顆粒看成屬于同一阻力范圍，即在同一雷廷智范圍內，于是n1=n2=n。由代入

41、上式可得臨界流速: (1-15) 里亞申柯以他的少量懸浮試驗認為上述關系是正確的，但后人經過大量的試驗驗證，除能看到正、反分層的變化外，發現計算的臨界(混雜)狀態上升水流速度值總是比理論值小。之所以不能吻合，根本原因在于他將上升水流中兩種異類粒群的懸浮分層，錯誤地比喻成兩種密度不同的均質介質的分層。1.1.4按重介質作用原理分層學說 我國張榮曾和姚書典等人根據他們各自的試驗于1964年提出了這一學說。他們取粒度差較大（d1/d2>45并遠超過自由沉降等沉比）的不同密度礦物顆粒，兩兩進行搭配，然后置于管中用上升水流懸浮。試驗方法與里亞申柯的相同，結果發生正分層。正分層的條件為： (1-16

42、) 隨著上升水速的增大，重礦物擴散開來，它的懸浮體密度減小，直至低于輕礦物密度時發生了反分層。反分層的條件為： (1-17)由此提出輕礦物粗顆粒的浮沉，取決于重礦物細顆粒與水所構成的懸浮液的物理密度，即與重介質分選原理相同。按照這一觀點，上升水速由小逐漸加大，懸浮分層由正常分層轉為反分層，其分層轉變的臨界條件為： (1-18)臨界上升水速為： (1-19)這就是按重介質作用分層的觀點計算臨界水速uL的公式。用它計算的uL與實測值很相近，但有時uL的計算值偏低。1.2設備綜述：重力選煤、重介質選煤和干法選煤采用的均是按密度分離學說，重力選煤常用的設備有動篩跳汰機、篩下空氣室跳汰機、篩側空氣室跳汰

43、機和自生介質螺旋滾筒選煤機。動篩跳汰機具有設備結構緊湊、工藝簡單、用水量少、基建投資省、營運費用低等優點，可替代重介質排矸、選擇性破碎和手選，也可用于動力煤、塊煤的分選。篩側空氣室跳汰機是目前我國選煤廠中使用最多的跳汰機。據其結構與用途的不同，篩側空氣窒跳汰機可分為不分級煤用跳汰機、塊煤跳汰機和未煤跳汰機三種。篩下空氣室跳汰機問世以來，世界各國都對它有所改進，呈現出多種不同形式的篩下空氣室跳汰機。我國也進行了大量研究，主要包括：X型系列篩下空氣室跳汰機、SKT系列跳汰機、塊末煤分級聯選跳汰機等。自生介質選煤方法與常規選煤有所不同，它是利用入選原煤中小于0.3mm的粉煤作為介質，并與水混合形成較

44、穩定的懸浮液，與螺旋滾筒配合分選塊煤。重介質選煤包括斜輪、立輪分選機和重介質旋流器等。斜輪重介質分選機兼用水平和上升介質流，分選出兩產品。特點就是入料粒級寬，處理能力大。但是鑒于斜輪在分選槽內所產生的渦流運動方向與沉物的沉降方向相反，并同時造成一個水平旋轉的渦流，不僅影響分選效果，而且降低處理量。所以近年來開展了對立輪分選機的研制，代表設備有JLT型立輪重介質分選機。重介質旋流器是一種利用離心力場強化細粒級礦粒在重介質中分選的設備。根據其機體結構和形狀分為圓錐型和圓筒型兩產品重介質旋流器，雙圓筒中聯型、圓筒型與圓錐型串聯的三產品重介質旋流器。根據給料方式，可以分為有壓給料式和無壓給料式兩種。我

45、國自行研制的空氣重介質流化床干法選煤技術和復合式干法分選機已在現場投入使用。這些技術和設備能較好的滿足干旱缺水地區的選煤需要，應用的嚴寒地區選煤還可避免產品的凍結、此外它們還適用于動力煤排矸、褐煤、易泥化煤的分選。四、 畫出脫泥和不脫泥重介工藝的典型流程圖，談談脫泥和不脫泥重介工藝的看法。（15）答：典型工藝流程圖 圖1 選前不脫泥工藝流程圖2 選前脫泥工藝流程1 脫泥與不脫泥的選擇與看法1.1（選前）脫泥的優缺點分析國外多采用選前脫泥有壓入料重介質旋流器分選工藝。1) 優點：分選精度高，效率高。由于入料中非磁性物（煤泥）含量少，故產品脫介效果好，介質消耗也低。而且在介質系統中可以不必專設分流

46、環節，或者只需少量分流，因而懸浮液密度的調節變得十分簡捷，無需調節分流量，只需控制補加清水量一個因素，懸浮液性質相對比較穩定。2）缺點：設選前脫泥，工藝環節增多，工藝布置相對復雜。有壓入料重介質旋流器的突出優勢之一是分選下限低，據有關記載，可達0.15mm。但是選前若將0.5mm（或1.5mm的煤泥全部脫除，進不了旋流器，沒有了粗煤泥作分選對象，那么分選下限低的優勢又有何用呢？這是一個自相矛盾的工藝優勢，值得深思。預先脫除原生煤泥，需要有專門的系統分選處理該部分煤泥，反而使系統變得更復雜。對煉焦煤而言，這個問題尤為突出。目前作為粗煤泥單獨分選可供選擇的方法，都不同程度地存在一些問題，工藝效果尚

47、不理想。1.2選前不脫泥優缺點分析國內目前采用選前不脫泥，全部原煤入重介質旋流器分選的工藝為數不少。1）優點：因選前不脫泥，簡化了工藝環節，緊湊了工藝布置，帶來諸多其它好處。有一種觀點認為，在設計中對某種工藝的取舍不能只從純理論去分析論證，必須從工程角度全面考慮技術、經濟、操作、管理諸多因素，綜合分析、權衡利弊。2）缺點：( 1) 分選效果差，處理量低從理論上講，選前不脫泥對分選進度，尤其是對細粒級物料的分選精度會造成一定影響。原生煤泥量大，且易泥化的原煤的影響尤甚。旋流器分選下限一般在0. 3 mm 左右，大量細泥在旋流器中影響了煤泥分選效果，降低了入料固液比，使旋流器處理能力大幅下降。(

48、2) 介耗高全部煤泥進入重介質旋流器，加上矸石易泥化，較小的波動將對懸浮液的流變特性產生很大影響，系統循環懸浮液和循環水大量增加，合格介質分流量、分流介耗也隨之增加。 五、 論述粗煤泥分選設備的研究現狀與發展。（15）答：近年來隨著我國采煤機械化程度的提高，選煤廠入選物料中細粒煤的含量越來越高，而我國選煤廠一般采用選前不分級全級入洗的工藝，這給后續煤泥水的處理增加了負擔。選煤廠最常用的是跳汰和重介質選煤工藝，現代化的重介質選煤廠工藝設備都趨向大型化，重介質旋流器的最大直徑可達1500/1100及以上，但是重介質旋流器的有效分選粒500.5mm，當旋流器的直徑大于750mm時，-3mm粒級（30

49、.5mm）的分選效果差。浮選的有效粒度范圍為-0.3mm，對于0.50.3mm粒級的物料極易因氣泡的攜載能力不足而丟失在尾礦中，因此，對于0.50.3mm粒級的粗煤泥的分選效果急需提高。 隨著粗煤泥分選問題的凸顯，國內外學者對此做了大量的研究。目前，用于粗煤泥分選的設備主要有：螺旋分選機、煤泥重介質旋流器、水介質旋流器、干擾床分選機和逆流分選機等。 1. 螺旋分選機 螺旋分選機較早在國外用于粗煤泥的分選，國內螺旋分選機分選粗煤泥主要是在一些動力煤選煤廠。螺旋分選機一般和原煤預脫泥工藝聯合，原煤經預脫泥后濃縮，濃縮底流從螺旋分選機的上部給入，在螺旋槽的初始段，密度大的重物料沉到下面，密度小的輕物

50、料在上層，水流沿螺旋槽向外厚度逐漸變大，這一階段主要是輕重物料按密度分層形成以重產物在水流下層，輕產物在水流上層的物料分層，物料在螺旋槽中按密度分層的過程很快完成；料流沿螺旋槽繼續運動時，在螺旋槽中存在兩個方向的運動，一是沿垂直方向的豎直方向運動，二是沿分選槽斷面方向的運動，物料分層以后，在螺旋槽上層的輕物料受離心力作用隨水流向螺旋槽外方向運動，下層的重物料由于受水的壓力、槽的摩擦力、本身的重力以及慣性力的作用逐漸向槽的內側運動，最終在槽的斷面方向依次分布重產物、中產物和輕產物，實現物料的分選。螺旋分選機工藝簡單、操作方便、投資低，不用添加藥劑和介質，無運動部件維修量低，對高密度物料的分選精度

51、高，適用粒度范圍30.1mm，但占地面積大，處理量小，設備不易大型化，對低密度物料的分選精度差。 2.煤泥重介質旋流器煤泥重介質旋流器利用離心力原理是密度不同的物料在旋流器中所受到的離心力不同而實現分選的。懸浮液在一定壓力下沿切線給料方向給入旋流器，懸浮液在旋流器中高強度旋轉，高密度的物料受到的離心力較大，沿徑向方向向旋流器壁運動，低密度的物料受到的離心力較小，在重物料的壓力下沿徑向向旋流器的中心運動。由于旋流器的底部是錐形的，高密度物料在向下運動的過程中逐漸聚集，一部分物料迫于壓力從旋流器底部的錐形口排出，旋流器的錐形段逐漸被高密度物料多占據，迫使低密度物料沿中心向旋流器上部運動，形成溢流。

52、這樣在旋流器中實際上存在著兩個螺旋，高密度的物料沿旋流器壁向下的螺旋運動和低密度物料沿旋流器徑向中心線向上的螺旋運動，構成雙螺旋運動，如下圖所示。由此，密度小的物料從溢流排出，密度大的物料從 旋流器底部排出，實現輕重物料的分選。圖1 煤泥重介質旋流器分選原理圖煤泥重介質旋流器的有效分選粒度范圍為10.045mm，可利用大直徑重介質旋流器的底流分選的懸浮液，無需另外配置懸浮液系統。一般小直徑的旋流器中物料所受的離心力更大，通常煤泥重介質旋流器都采用小直徑旋流器組的形式。在旋流器中粉煤受到遠大于在重力場中和大直徑旋流器中所受到的離心力，實現煤泥的有效分選。煤泥重介質旋流器對物料的適應性較強，對粗煤

53、泥的分選精度高，但分選效果易受加重質的粒度和密度影響，分選密度不易調節，工藝參數不易改變。 3. 水介質旋流器 水介質旋流器的分選原理是物料在一定壓力下沿切線或漸開線方式給入旋流器，在旋流器中沿壁形成強烈的旋流，高密度物料受到的離心力較大，向器壁方向運動，低密度物料被高密度物料推向旋流器中心，水介質旋流器的椎體部分錐角較大，高密度物料沿器壁向下運動在椎體底部聚集，推動低密度物料向旋流器的上部運動形成溢流，由此實現物料，按密度分選。水介質旋流器使用的介質是水，結構簡單、不知方便，分選成本低，但分選精度元小于小直徑煤泥重介質旋流器，一般分選物料粒度范圍窄，分選下限較高，溢流不脫泥達不到精煤灰分要求

54、。 4.干擾床分選機 干擾床分選機又稱液固流化床分選機，一般利用的水介質實現干擾分選。干擾床分選中有代表性的是TBS，其他的還有RC等，原理大致相同。其結構圖如下所示： 圖2 干擾床分選機結構原理圖TBS是專門用于粗煤泥分選的，其工作原理是物料從上部給料口給入，底部有由泵打入的壓水噴頭，均勻分布在桶體底部，水在一定壓力下由泵從桶體底部壓入，在桶體內產生一個向上的水流，從桶體上部的給料口給入的物料受重力作用下沉，在桶體中，上升的水流與下降的物料流逆向相遇，下沉速度等于水流上升速度的物料顆粒懸浮在水中與水形成一定分選密度的液固介質，下沉速度小的物料被形成的自生介質推向桶體上部，形成溢流，下沉速度大

55、的較重物料穿過自生介質層到達桶體底部成為底流，這樣就可實現物料的分層分選。干擾床分選機處理量大，設備易大型化，分選密度可以由底部給入的水壓及水速調節，適用粒級范圍0.250.3mm，對難選煤泥分選效果較差，底流排料技術尚待完善。5. 逆流分選機 Rc(Reflux classifier)逆流分選機又叫做逆流分選稅，是由淡大利亞洛德維奇公司和紐卡斯爾大學聯合開發研制的一種新型流化床分選設備，具有分級和分選的雙重功能。工作原理：Rc是由一臺普通流化床及數組平行傾斜板組成，在流化床中添加傾斜板，使顆粒的沉降面積增大，處理量也隨之增大。分選時，物料由中部分選槽給入，輕產物在底部上升水流的帶動作用下，向

56、上依次經過中礦板和溢流板形成溢流，由溢流口排出；而重產物則沿底流板向下滑動形成底流，從底流口排出。 六、簡述按磁性和電性不同實現礦物分離的方法和設備。（10）答：磁選是在不均勻磁場中利用礦物之間的磁性差異而使不同礦物實現分離的一種選礦方法。磁選既簡單又方便，無額外污染，廣泛應用于黑色金屬礦石的分選、有色和稀有金屬礦石的精選、重介質選礦中磁性介質的回收和凈化、非金屬礦中含鐵雜質的脫除以及垃圾與污水處理等方面。磁選機是主要的磁選設備，其結構多種多樣，分類方法也較多：根據承載介質不同，可分為干式和濕式；根據磁場強度的高低，可分成弱磁場和強磁場磁選機；根據磁性礦物被選出的方式可分為吸出式、吸住式、吸引式等。強磁選設備主要有干式強磁選機、濕式