矿物材料加工学重点

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五、粉体制备 1、何谓纳米、矫顽力？ -9 答：纳米(nm)：1nm 是十亿分之一米(10 )，是一种长度单位，一纳米等于十亿分之一米，千分之一微米。大约等 于 10 个氢原子并排起来的长度 矫顽力：使磁化至技术饱和的永磁体的 B（磁感应强度）降低至零所需要的反向磁场强度。 2、粉体的超微效应有那些？ 答：①表面效应、②体积效应、③小尺寸效应、④量子尺寸效应、⑤宏观量子隧道效应。 3、何谓机械化学？ 答：机械载荷作用导致颗粒晶体结构和物理化学性质的变化称为机械化学。 机械化学亦称机械力化学或力化学，专门研究物料在机械力诱发和作用下发生的物理化学性质和结构变化，它涉及固 体化学、材料学、机械工程、表面化学等多门学科。 4、粉体的特殊性质有那些？ 答：A、热学特性：超细颗粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均随粒径的减少而有较大幅度的降低，而蒸汽压则 有较大幅度的升高。 B、磁学性质：纳米颗粒的磁化率χ不再服从居里—外斯定律，χ在居里点附近没有明显的突变值。纳米颗粒具有较高 的矫顽力。随粒径的下降，纳米颗粒的居里温度有所下降，纳米颗粒的磁性与它所含的总电子数的奇偶性密切相关： 电子数为奇数的粒子集合体的磁化率χ服从居里—外斯定律，量子尺寸效应使磁化率χ遵从 d－3 规律；电子数为偶数 的系统， 并遵从 d2 规律，它们在高场下为顺磁性。 C、光学性质 ：金属超微颗粒对光的反射率很低，在红外光场作用下，它们对红外吸收的频率存在一个较宽的分布， 导致纳米颗粒的红外吸收带的宽化 。蓝移和红移现象，激子带的吸收系数随粒径下降而增加，即出现激子增强吸收并 蓝移，这就称做量子限域效应。发光。 D、化学特性 ：与相同材质的大块材料相比，具有较强的吸附能力。纳米颗粒具有高的表面活性和强的化学反应性。 纳米材料在光的照射下，通过把光能转变成化学能，促进有机物的合成或使有机物降解的过程称作为光催化。 E、力学性质： 陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。 5、粉体制备的方法有那些？其中机械粉碎法又分为哪几种？ 答：①机械粉碎法制备②气相法制备③液相法制备④固相法制备 机械粉碎法制备：球磨、振动球磨、振动磨、搅拌磨、胶体磨、超微气流粉碎 6、请简答由菱锰矿制备高纯碳酸锰的工艺和方法。 MnCO 3 + H 2 SO 4 = MnSO 4 + H 2 O + CO 2 ↑ 答：教材：198 页 FeCO 3 + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 O + CO 2 ↑ 在酸解过程中除主反应外还有一些副反应发生，主要反应式如下：
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2 3 3 2 4 3
7、石墨提纯的方法有那些种？各种方法的基本原理是什么？ 答：①化学提纯：实质，用碱或酸处理石墨精矿，使其杂质溶解，然后洗涤，除去杂质。化学提纯最终产品含碳 量可达 99％以上。化学提纯方法很多，如氢氧化钠法，氟氰酸法，碳酸钠法等等，氟氰酸有剧毒和腐蚀性，应用较少。 ②氢氧化钠高温熔融法：利用石墨中的杂质(硅酸盐等)，在 500℃以上的高温与氢氧化钠起化学反应。一部分生成溶于 水的反应物，用水浸取反应物而被清除。另一部分，如铁的氧化物，在碱熔后用盐酸中和时生成溶于水的氯化铁，通 过洗涤而除去。 ③高温提纯法：利用石墨耐高温的性质，把它置于电炉中隔绝空气加热到 2500℃时，石墨中的灰分杂质挥发出去，而 石墨则再结晶，从而其纯度大大提高。高温提纯法最终产品品位可达 99.9％以上。 8、金红石与钛铁矿共生时，提高金红石回收率和纯度的基本流程是什么？
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Fm：磁性颗粒在磁场中所受的磁力；
Qm：磁荷，相当于电荷；H : 磁性颗粒所处的磁场强度，相当于电场
②.据此则磁性颗粒在磁场中所受的磁力：
F m＝ Q
m
H－ Q
m
dH L = Q H − dx
m
dH dH dH L = Pm = µ 0Lm ＝ µ 0 MV dx dx dx
分选作业 产品的处理
三、化学提纯 1、典型的化学提纯包括哪六个作业？请画出框图。
准备作业 焙烧作业 浸出作业 固液分离作业 净化与富集作业 制取化合物或金属作业
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2、何谓浸出率？用那些指标衡量浸出过程？ 答：浸出率：指在浸出条件下该组分转入溶液中的量与其在原料中的总量之百分比 指标：浸出率、浸出过程的选择性、浸出剂耗量等 3、根据浸出剂与被浸物料的相对运动方式，可将浸出过程分为哪 3 种流程？说明各自特点。 答：①顺流浸出：被浸物料和浸出剂的流动方向相同，得到目的组分含量较高的浸出液，浸出剂耗量较低，但其 浸出速度较慢，浸出时间较长才能得到较高的浸出率。 ②逆流浸出：错流浸出的浸出速度较快。浸出时间较短，浸出率较高。但浸出液的体积大，浸出液中剩余浸出剂浓度 较高，因而浸出剂耗量大，浸出液中目的组分含量较低 ③错流浸出：逆流浸出可以得到目的组分含量较高的浸出液，可以充分利用浸出液中的剩余浸出剂。因而浸出剂耗量 较低，但其浸出速度较错流速度低，需要较多的浸出级数才能获得较高的浸出率 。 4、何谓硫酸化焙烧和氯化离析？ 答：①硫酸化焙烧：在氧化气氛中加热硫化矿石或精矿，将矿石中的部分硫化物转变为相应的硫酸盐的过程，称 为硫酸化焙烧 ②氯化离析：使目的组分呈氯化物挥发的同时，又使金属氧化物被还原而呈金属态析出，然后物理分选法回收 5、氧化焙烧提纯的基本原理和实质是什么？ 答：原理：在焙烧条件下，利用空气中的氧与硫化矿物作用，按温度和气相不同，转变为金属氧化物 6、氧化焙烧和硫酸化焙烧过程中，主要发生那几种化学反应？如何控制焙烧条件得到不同的焙烧产物？ 答：在焙烧过程中，可以通过控制焙烧条件，得到所需的焙烧产物， 各种金属硫化物焙烧过程常发生的反应： 主要取决于三氧化硫的分压。在焙烧过程中：当 SO3 分压大于金属硫酸盐的 2 MeS + 3O2 → MeO + 2 SO2 ↑ 分解压时，产物为金属硫酸盐(硫酸化焙烧)。SO3 分压小于金属硫酸盐的分 1 SO2 + O2 = SO3 解 压时，焙烧产物为金属氧化物(全脱硫焙烧)。在一定的温度下硫化矿物 2 MeO + SO3 = MeSO4 氧化焙烧产物取决于气相组成和金属硫化物、氧化物及硫酸盐的分解压。 MeO ⋅ Fe 2O3 + SO3 = MeSO4 + Fe2O3 控制焙烧温度和炉气成分，即可控制焙烧产物组成，以达到选择性硫酸化 1 焙烧的目的。 Fe O + SO = Fe ( SO )
γ i＝ Qi × 100％ Q
γβ β (α－θ ) 回收率： 精料中有价成分重量含量与给料中有价成分重量含量之比， 总的回收率通常以ε表示。 ε＝ ×100％＝ ×100％ α α (β－θ )
2、实现重力分选的基本条件是什么？ 答：①.首要条件：分选力大于耗散力即：FS>Fd ②.被分选物料的粒度范围（dmax～dmin）内，应保证最细的有用物料（dcmin ）的分选速度应大于最粗的废弃尾料 （dgmax ）的分选速度。 ③.应保证颗粒在分选区内的停留时间 t2 大于颗粒与脉石的最小分离时间 t1 3、要在磁场中有效分离磁性不同物料的条件是什么？ 答：作用在磁性较强颗粒上的磁力大于竞争力，总是指向磁极，作用在磁性较弱颗粒上的磁力小于竞争力，背离磁
dH = µ 0 χ VH grad H dx
µ 0：真空磁导率；gradH : 磁场梯度；Pm：磁偶极矩，Pm＝Qm L；Lm : 磁矩，Pm＝µ 0 Lm，Lm＝MV， M = χH，M : 磁化强度；V : 颗粒的体积；χ：颗粒的磁化系数
8、提纯长石、硅灰石和磷矿的方法有那些？ 答：①.长石：长石选矿最主要的方法是磁选和浮选。除铁一般采用强磁选，包括干式和湿式，对于生产高级陶瓷 而对铁含量要求较严的长石，有时也采用酸浸除铁；浮选：硫酸、盐酸取代氢氟酸作为调整剂，脂肪二胺和石油磺酸 盐作为捕收剂的无氟浮选法。 ②.硅灰石：国内外硅灰石选矿的主要方法：手选、单一磁选、浮选、磁选——浮选联合流程。 ③.磷灰石：主要提纯方法用浮选法。 9、物理分选包括那几个过程？ 答： 选别前的物料准备
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矿物材料加工学——仅供参考
一、绪论 1、什么是矿物材料？ 答：保留矿物本身的主要特征，直接将矿物作为材料使用，这种矿物叫做矿物材料。 （是指天然产出的具有一种或 几种可利用的物理化学性能或经过加工后达到以上条件的矿物。广义的矿物材料还包括一部分由岩石构成或制成的原 材料） 2、请简答矿物材料的开发工艺。 答：①.必须对矿物原料和性质进行深入研究，不断改变和开发新原料；②.对原料的加工工艺进行研究，设计合 理的加工工艺；③.对得到的最终矿物材料进行研究，包括结构性能测试等。 3、矿物材料分类通常有哪几种？其中综合分类将矿物材料分为那几大类？并说明其优缺点。 答：分类有：按矿物种类分类；按材料结构分类；按功能分类；综合分类。 综合分类将矿物材料分为：①熔浆型材料②烧结型材料③胶凝型材料，另外还有两类材料难于归于以上三大类（①天 然矿物岩石经过简单的物理加工或化学处理而基本不改变其矿物组成和化学成分的材料②复合材料，不但是以上三大 类无机非金属材料的复合体，也可以是无机—有机或金属间的复合材料） 优点：从地质作用的观点出发，用矿物岩石学的理论及研究方法研究矿物材料 缺点：①水泥和水泥制品在传统的分类中属于同一类材料，但这种分类却分别分到烧结型和胶凝型材料。②玻璃陶瓷 的生产过程既包括了熔融固化过程，也包括了高温固相反应 4、请简述矿物材料加工学的研究内容。 答：①.初加工，是指传统的矿物或岩石的机械加工，即包括矿物或岩石的破碎、筛分、磨矿、分级等粒级加工， 以及以提高有用矿物品位为主要目的的选矿加工。任务是提供合格颗粒粒级和矿物品位合格的原料矿物。 ②.深加工，是指经初加工后的矿物或岩石产品，再进一步进行深度的精细加工，使之在主要技术物理及界面化学性能 上能符合高档次高性能产品的要求。经深加工后的产品已经不是一种原料，而是具有特定功能，可直接利用的一种材 料。 ③.制品，通常是指利用经过初加工的，或者已经过深加工的矿物或岩石产品作为主要原料或原材料之一，与其 他原材料(包括其他无机或有机高分子材料相结合，通过各种工艺手段制成的各类结构材料或功能材料。 5、颗粒的形状定量分析用什么指标来表示。 答：形状系数：表面形状系数、体积形状系数、比表面形状系数；形状指数：球形度，粗糙度，伸长度 6、如何确定矿物采用电选的可能性、分选电压和电极电性？ 答：①.根据矿物的介电常数和电阻率（电导率）的大小，可以确定矿物用电选的可能性； ②.根据比导电度，可以确定分选电压； ③.根据矿物的整流性，可以确定电极的极性。 二、物理分选 1、何谓物理分选、品位、产率、回收率？ 答：物理分选：指主要采用物理方法对具有不同物理性质的固体物料进行分选的过程。 品位：给料或产品中有价成分的重量百分含量。给 料的品位常以α表示；精料品位以β表示；尾料品位以θ表示。 产率：产品对给料计的重量百分数，通常以γ表示。 γ＝ (α－θ ) × 100％ (β－θ )
金红石矿 氧化焙烧 还原焙烧 酸浸出 过滤 洗涤
9、请比较物理提纯和化学提纯高岭土的基本原理、流程和工艺。 教材：19 页和 72 页 四、非金属矿改性 1.非金属矿物改性主要方式？ 答：①.表面处理改性；②.湿法化学改性；③.热加工处理改性；④物理改性。 2.什么叫湿法化学改性？ 答：即选择利用适当的化学处理方法来改变目的矿物的物理与物理化学性能的工艺方法。 3.表面改性的基本方法？ 答：①.包覆处理改性；②.表面化学包覆；③.沉淀反应包膜；④胶囊化处理；⑤.机械化学改性等。
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极。即 Fm>Fc>Fm*； Fm 、 Fm* ——作用在磁性较强与较弱颗粒上的磁力；Fc ——作用在颗粒上的竞争力（包括重力、 离心力、流体阻力、摩擦力等） 。 4、接触角、润湿性和可浮性三者之间关系如何？ 答： 接触角：过三相润湿周边上任一点 P 作气液界面的切线δAW， 与固液界面δSW 之间所形成的包括液相的夹角θ。 o o ① 当θ>90 时，δSW > δAW 矿物表面不易被水润湿，具有疏水表面，其矿物具有疏水性,可浮性好。②当θ<90 时， δSW < δAW 矿物表面易被水润湿，具有新水表面，其矿物具有亲水性，可浮性差。 因此，对矿物的润湿性与可浮性的度量可定义为： 润湿性：COSØ； 可浮性：1-COSØ；1- COSØ 表示矿物的可浮性大小， 应增大θ提高可浮性。 5、什么是零电点和等电点？ 答：零点点 PZC：矿物表面电位为零时，溶液中定位离子浓度的负对数值。如定位离子为 H + 或 OH ，则ψ0=0 时的 PH 值即为零电点。 等电点 IEP：电动电位为零时，溶液中电解质浓度的负对数值。或溶液的 PH 值。 6、在物理分选的方法中，高岭土提纯的工艺常采用那些方法？试举例。 答：依原矿中拟除去的杂质的种类、赋存状态、嵌布粒度特性和所要求的产品质量指标而定。主要有：选矿提纯、 超细粉碎、煅烧、表面改性 ①对于原矿杂质含量较少，白度较高，含铁较少，主要杂质为砂质（石英、长石等）,可用简单粉碎后风选的方法。 ②长石、石英、云母等杂质颗粒比高岭石大，引起质量上的差异，可以重选。 ③对于原矿杂质含量较多，白度较低，砂质和铁质矿物含量高的高岭土，一般综合采用：重选（除砂） ；强磁选或 高梯度磁选机（除铁、钛矿物） ；化学漂白（除铁质矿物并将三价铁还原为二价铁） ；浮选（与铝矿物如明矾石分离） 等方法；对于有机质含量高的高岭土，采用煅烧方法。 7、试推导磁性颗粒在非均匀磁场中所受磁力的大小。 答：①.某一磁极在磁场中某点所受的磁力大小： Fm＝ Q m H