高等选矿学结课作业

1、成 绩 硕 士研究生课程考试试卷考试科目 高等选矿学（二） 考试时间 2015.06.10 学生姓名 学 号 所在院系 任课教师 2015 硕士高等选矿学（1）试卷班级 姓名 一、 综述我国选煤技术的现状与发展。（15分）二、 简述矿物粉体技术的研究现状与发展。（10分）三、 综述矿物按密度分离的理论和设备。(15分)四、 画出脱泥和不脱泥重介工艺的典型流程图，谈谈脱泥和不脱泥重介工艺的看法。（15分）五、 论述粗煤泥分选设备的研究现状与发展。（15分）六、 简述按磁性和电性不同实现矿物分离的方法和设备。（10分）七、 简述型煤技术的研究现状与发展。（10分）八、 简述水煤浆技术的研究现状与发

2、展。（10分）参考书（1） 王淀佐等.矿物加工学.中国矿业大学出版社, 2001.8（2） 谢广元等.选矿学. 中国矿业大学出版社, 2001.8（3） 赵跃民等. 煤炭资源综合利用手册. 科学出版社, 2004.3（4） 张家骏、霍旭红.物理选矿. 煤炭工业出版社, 1992.10(5) 王敦曾.选煤新技术的研究与应用. 煤炭工业出版社, 1999.8(6) 选煤系列丛书一、综述我国选煤技术的现状与发展。（15）答：近年来，我国选煤工业发展迅速，选煤技术在筛分破碎、跳汰选煤、重介选煤、浮游选煤、细粒煤分选分级及脱水、干法选煤、煤炭洗选脱硫等方面都取得了很大的进步。重介质选煤技术以其对煤质适应

3、能力强、入选力度范围宽、分选效率高、易于实现自动控制、单机处理能力大等优点，近年来得到了大力推广应用，在我国各种选煤方法构成中，已超过跳汰所占比例，成为主导选煤方法。目前，新建的大型选煤厂多采用重介质选煤工艺。例如：根据煤质差别和产品要求，采用块煤重介浅槽、末煤三产品重介旋流器或二产品重介旋流器主再选、粗煤泥干扰床或螺旋分选机、细煤泥浮选的联合分选工艺；采用我国独创的原煤不脱泥无压三产品重介旋流器配煤泥重介简化工艺；采用我国独创的脱泥分级重介旋流器分选工艺，即：原煤预先分级（2mm）、脱泥（0.3mm），2mm粗物料由大直径三产品重介质旋流器分选，2-0.3mm细粒级由较小直径重介质旋流器分选

4、，0.3mm煤泥浮选。我国选煤工艺技术达到了国际先进水平。1）筛分破碎技术煤炭筛分理论的研究主要集中于：筛面上物料的运动规律（单颗粒运动理论（定常运动理论和混沌运动理论）和物料群运动和振动分层理论）；筛分过程的透筛概率理论（单颗粒透筛概率理论和粒群透筛概率理论）；筛分数学模型（理论模型和经验模型）。对潮湿细粒煤干法深度筛分的基础研究，使一批实用技术，如滚跳筛网自清理筛、悬挂式驰张筛、激振筛网弹性杆自清理筛、多段组装博后筛等相继应用于粘湿细粒物料的筛分。我国在筛分理论研究的基础上，相继研制了共振式概率筛、惯性概率筛、等厚筛分、概率等厚筛、GXS高效琴弦筛、螺旋筛分机、GPS高频细筛、GPS高频振

5、动脱水筛等，助推我国选煤技术的发展。在破碎理论研究的基础上，相继出现了一批新型煤用破碎设备，煤科总院唐山分院研制的新齿型分级破碎机集分级和破碎功能于一机，不仅使原煤准备工艺进一步简化，而且可按工艺要求制备合适的粒度。2）跳汰选煤技术由于跳汰选煤法存在分选效率受给料性质影响较大，在细粒物料多、可选性差的条件下，分选效率会显著下降的缺陷，近年来，随着重介质选煤技术的快速发展，跳汰选煤工艺所占比重不断降低。但对于易选至中等可选煤的分选，其分选精度、效率与重介质法相当。同时，跳汰机得自动控制技术的发展，为易选煤至中等可选煤的跳汰高精度分选提供了有力保障。用于重介分选选前动筛排矸的动筛式跳汰机（包括液压

6、驱动式动筛跳汰机和机械驱动式动筛跳汰机）不仅解决了因矸石量大和变化大造成旋流器分选精度低，产品质量不稳定的问题；使大量矸石不经过原煤贮运系统，节省了大量的运输成本和仓储成本；大辐提高了脱介筛的脱介效率，降低了介耗；避免了泥化现象严重的原煤中的煤泥对介质系统的影响，确保了悬浮液系统密度和黏度的稳定性，及新磁性物在悬浮液中合理的质量分数。煤科总院唐山分院和沈阳煤炭研究所在消化吸收国外先进技术的基础上，分别开发了TD系列液压驱动式动筛跳汰机和GDT系列机械驱动式动筛跳汰机，推动了国产动筛跳汰机的发展。3）重介选煤技术重介质选煤法适宜分选难选和极难选煤，其分选粒级较宽。目前，在重力场中分选时，块煤重介

7、质分选粒度上限一般为300mm，最大可达1000mm，下限为36mm 如果在离心力场中(如重介质旋流器内)分选，分选粒度下限为0.150.2mm，甚至更小。给料的粒度上限，主要由重介质旋流器的入料管直径决定，目前，末煤用重介质旋流器分选粒度上限为1325mm，大直径无压给料重介质旋流器的人料粒度上限可达5080mm。重介质分选可实现稳定的低密度分选，分选精度高，块煤分选机分选效率可达 95%，重介质旋流器约达90%左右。目前已采用的重介质选煤工艺有：跳汰粗选重介质旋流器精选工艺、块煤跳汰末煤重介质旋流器分选工艺、块煤重介质分选机末煤重介质旋流器分选工艺、三产品重介和二产品重介工艺、煤泥重介工艺

8、、大型高效重介选煤简化工艺（大型无压给料三产品重介旋流器+大型高效脱介筛+卧式振动离心机+高强度磁选机+煤泥重介旋流器对原煤不脱泥、不分级、800mm级混合入选）、原煤不脱泥重介分选工艺（小直径重介质旋流器+大直径重介质旋流器分选全粒级原煤）等。近年来，重介旋流器（包括我国自主知识产权的三产品重介质旋流器）选煤得到了广泛推广使用。当要求出块煤产品时，采用有压入料重介旋流器不利于保护块煤产品。三产品无压入料重介质旋流器能以单一低密度重介质悬浮液系统一次分选出质量合格的精煤、中煤和矸石产品，相对有压入料重介质旋流器能够减少矸石泥化，省略了一套高密度重介质悬浮液的制备、循环、回收系统，简化了流程，降

9、低了成本。重介质旋流器的流场理论和耐磨性是目前研究的重点。其中，对于流场理论研究主要集中于颗粒分层运动分析和密度场的形式研究两个方面。为解决耐磨问题，国内旋流器的主要生产厂家多数采用氧化铝陶瓷粘贴作旋流器衬里，部分厂家采用耐磨铸铁件。重介质分选机主要有国产的双锥形重介分选机、斜轮重介分选机、立轮重介分选机和引进的浅槽重介质分选机。浅槽重介质分选机具有易操作、易维护、低投资和高效率等特点，随着元器件及整机的国产化，逐步得到推广应用，有替代重介斜轮、立轮分选机的趋势。目前我国新建选煤厂块煤分选工艺多采用重介浅槽和动筛跳汰机。4）浮游选煤技术煤泥浮选的研究主要集中于选前高效调浆技术（如剪切调浆、功率

10、超声调浆等）、优化浮选工艺（如高硫煤电解浮选、药剂乳化及微乳化工艺、喷射式浮选机的工艺、微泡浮选柱工艺、载体浮选工艺、絮凝浮选工艺、改性造粒浮选工艺、煤泥反浮选工艺、分级浮选工艺等）和采用高效浮选药剂（主要致力于煤泥浮选促进剂和复合浮选药剂两方面）。细粒煤的浮选主要采用浮选机和浮选柱。对于浮选机，目前国内选煤厂使用的大多是机械搅拌式浮选机（主要有XJX及XJX-T型、XJN型、XJM及XJM-S系列等），且单槽容积趋向大型化。对于浮选柱，国内使用较多的是中国矿业大学研制的FCSMC系列旋流静态微泡浮选柱(床)和FXZ系列静态浮选柱。FCSMC系列旋流静态微泡浮选柱有浮选柱、浮选床两个系列，柱体

11、高度5.56m。处理能力相当时浮选床的占地面积较小。FXZ系列静态浮选柱直径13m，高度69m。5）细粒煤分选、分级及脱水技术细粒煤的分选除了采用浮选技术外，还有干扰床分选技术（包括液固流化床（TBS）分选、CSS分选机分选等）、螺旋分选机分选技术、煤泥重介质旋流器技术、水介旋流器分选技术、离心分选技术（包括Falcon离心分选机分选、高效离心跳汰机分选和摇床分选）、复振跳汰机分选技术、油团聚选技术、选择性絮凝技术、静电分选技术和干法磁力分选技术等。近年来，干扰床分选机发展迅速，是选煤厂粗煤泥分选的首选设备，相对于螺旋分选机和煤泥重介旋流器具有更多的优点：分选密度可控、可调，最低可达1.4kg

12、/L；有效分选密度范围宽，为1.41.8kg/L；自动化水平高；不需复杂的入料分配系统，设备结构简单，维护工作量小；不需要重介质和化学药剂。对于细粒煤的分级，主要有筛分分级、水力分级和离心力分级三种。筛分分级主要有德瑞克高频振动细筛、电磁高频振网筛等；水力分级主要有角锥池、斗子捞坑等；离心力分级主要有水力旋流器、筛网旋流器等。细粒煤脱水技术主要有：机械脱水技术（有真空过滤、加压过滤、离心过滤、直接压滤、沉降过滤离心脱水、管式压滤脱水等）、热力干燥技术（有直接干燥和间接干燥两种，目前我国绝大部分选煤厂采用直接干燥）、复合脱水技术（借助各种力场复合作用实现和强化细精煤脱水）、掺粗脱水技术、助滤剂辅

13、助脱水技术（添加化学助滤剂高分子絮凝剂、表面活性剂等）等。脱水设备有各种类型的离心脱水机和过滤脱水设备（加压过滤机、真空过滤机、压滤机等）。6）干法选煤技术干法选煤主要是利用煤与矸石的物理性质差别实现分选的，所谓物理性质包括密度、粒度、形状、光泽度、导磁性、导电性、辐射性、摩擦系数等。干法选煤主要包括风选、拣选、摩擦选、磁选 、电选、X-射线选、微波选、空气重介质流化床选煤等，其中已实现工业应用的有风力选煤(风力摇床、风力跳汰)和空气重介质流化床选煤。干法选煤主要应用于寒冷、水资源短缺地区的煤炭分选以及易泥化煤种的分选，在众多选煤方法中应用比例相对较小，应用较多的为风力选煤。近年来，在空气重介

14、质流化床选煤技术的基础上有发展了<6mm细粒级煤分选技术、>50mm大块煤分选技术、<1mm微细煤粉摩擦电选技术、三产品双密度层空气重介质流化床选煤技术、复合式干法选谋技术等。7）煤炭脱硫技术我国近些年来一直投入大量资金开发的煤炭深度降灰脱硫新技术，主要分为3类：物理脱硫、化学脱硫、生物脱疏。物理脱硫方法主要有：重力选、微细介质重介选、高梯度磁选、静电选、微波选、选择性絮凝法、微泡浮选法等；而化学脱硫是采用化学萃取法进行化学处理。研究表明，这些技术均可脱除煤中部分硫分和灰分，但由于脱硫效果不显著或生产费用昂贵等原因，大多仍处于试验室阶段。我国选煤技术的新发展在于：1）选煤厂建

15、设规模大型化。近几年建成了一大批规模大、可跻身世界先进行列的现代化选煤厂。其中，动力煤的布尔台选煤厂3100万t/a、哈尔乌素选煤厂2500万t/a；炼焦煤的临涣选煤厂1250万t/a、龙固选煤厂1000万t/a等。2）许多选煤厂的主要工艺技术达到了世界选煤行业的先进水平。各种类型的先进选煤工艺在我国几乎都有应用。如块煤重介浅槽分选、二产品重介旋流器主再选、螺旋分选、微泡浮选、干扰床分选等当今世界通行、先进的选煤工艺；无压三产品重介配煤泥重介、喷射式浮选、复合式干法风选等中国独创的选煤工艺。3）传统的重介、跳汰、浮选三大选煤技术在中国得到进一步发展和完善。其中，重介选煤工艺进一步发展为三产品重

16、介、二产品重介，有压重介、无压重介，块煤重介、末煤重介、煤泥重介，分级重介、空气重介等工艺。4）新建选煤厂采用了一大批在世界上也是比较先进、大型化的进口选煤设备。如槽宽7.9m重介浅槽、直径1.5m重介旋流器、长宽4.3m×9.0m香蕉振动筛、直径1.5m离心振动脱水机、直径5.0m普浮乐浮选机、直径50m高效浓缩机、直径3.0m干扰床分选机(TBS)、面积980m2板框压滤机等。5）许多选煤厂的自动化程度非常高。对于重介选煤厂而言，除了传统的重介密度控制之外，又增加了生产系统和设备的检测、监测、单机自动化、过程自动化、设备单机保护、生产系统保护、事故报警、网络通讯、工业电视、无线通

17、讯等一系列的生产控制功能，这些功能取代了绝大部分的人工操作。神东矿区各选煤厂的生产定员已经能控制在30人以下，达到了世界先进水平。6）选煤副产品得到了综合利用。洗矸石和高灰分煤泥用作综合利用电厂的燃料，或用于生产矸石砖、水泥等，有的用作铺路、充填塌陷区和造地复田，延长了煤炭企业的产业链，为发展循环经济和节能减排创造了条件，减少了矿区环境污染。7）培养出大批的选煤专业工程技术人才，具备了一支技术力量雄厚的教学、科研、设计队伍。二、简述矿物粉体技术的研究现状与发展。（10）答：伴随着矿物材料技术的发展，矿物粉体技术已成为一大行业，与当今一些优先发展的科学领域密切相关。与矿物粉体加工技术相关的工艺过

18、程单元包括：粉碎、分级、提纯、固液分离、混合、分散、改性、造粒、干燥、烧结、散料运输、贮存、粉体检测、粉尘爆炸控制和纳米粉体合成等。由于矿物种类繁多，应用领域广泛，技术指标复杂，故主要针对粉碎分级、选矿提纯、表面改性等工艺单元对矿物粉体技术的研究现状与发展进行简述。1）粉碎分级矿物粉体（特别是非金属矿物粉体）的粉碎加工依产品粒度大体分为：破碎（产物粒度135mm）、磨矿（产物粒度101000m）及超细粉碎（产物粒度0.110m）三个层次。破碎可分为粗破碎、细破碎，主要采用颚式、锤式、反击式、圆锥、辊式破碎机等设备，分级设备有固定筛、各种振动筛等；磨矿可分为粗磨（20200目）和细磨（325目）

19、，主要有球磨机、棒磨机、砾磨机、自磨机、雷蒙磨、辊磨机、离心磨、涡流磨、振动磨、压辊磨等设备，筛分与分级设备有直线振动筛、圆振动筛、水力旋流器、旋流细筛、叶轮式分级机、悬吊筛等；超细粉碎有气流磨、搅拌磨、砂磨机、高速机械冲击磨、胶体磨、行星球磨机等设备，分级设备有涡轮式空气离心分级机、碟片式离心机、小直径水力旋流器（组）等。各个不同粉碎和分级层次所应用的主要工业设备列于表1。表1 矿物粉体加工中应用的粉碎和分级设备作业段粉碎设备筛分与分级设备破碎颚式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机、圆锥破碎机，辊式破碎机等固定(格条)筛、各种振动筛、平面摇动筛等磨矿或磨粉球磨机、棒磨机、砾磨机、自磨机、雷蒙磨

20、(悬辊式磨粉机)、辊磨机、旋磨机、柱磨机、涡流磨、振动磨、塔磨机、离心磨、机械冲击磨、压辊磨等直线振动筛、双轴振动筛、高频振动筛、概率筛、旋流细筛、水力旋流器、螺旋分级机、水力分级机、旋风(惯性)分级机，叶轮或涡轮式分级机、悬吊筛等超细粉碎或超细磨气流磨、搅拌磨、研磨剥片机、砂磨机、振动磨、球磨机、高速机械冲击磨、股体磨、高压均浆机、行星球磨机等涡轮式空气离心分级机、卧式螺旋卸料离心机、碟片式离心机、小直径水力旋流器(组)组等粉碎分级技术的发展趋势是：提高机械粉碎的产品细度(<1mm)、降低粉碎极限、设备大型化、降低单位产品能耗和磨耗、稳定产品质量；发展高效低耗和大处理量的分级技术和设备

21、；在现有设备和工艺基础上发展人工智能技术，根据原料特点和产品细度要求自动优化生产工艺配置和操作参数，达到高效、低耗、稳定产品质量的目的。2）选矿提纯目前，工业上大多数非金属矿物，如石灰石、方解石、大理石、白云石、石膏、重晶石、滑石、叶蜡石、绿泥石、膨润土、伊利石、硅灰石、煤系硬质高岭岩、玻璃原料石英岩等只进行简单的拣选和分类。目前工业上进行选矿提纯的非金属矿主要有：石棉、石墨、高岭土、硅藻土、石英、云母、石榴子石、蓝晶石、夕线石、红柱石、蛭石、菱镁矿、长石、金红石、锆英砂、萤石等。石棉主要采用风选和筛分分级；石墨天然可浮性好，主要采用浮选，对要求固定碳含量达到 95%以上的高纯石墨采用化学选矿

22、（强酸、碱处理和高温煅烧）；软质高岭土主要采用重选（水力旋流器和离心分级）除砂，强磁或高梯度磁选机及化学漂白（还原和氧化漂白）除铁增白；硅藻土主要采用擦洗分散、分级除晶质二氧化硅、选择性沉降分离粘土；高纯石英主要采用酸浸和纯水洗涤；云母则主要进行人工或机械拣选及摩擦选矿以及风选和重选除砂；石榴石主要采用摇床分选；夕线石和蓝晶石则在去除矿泥的基础上主要采用浮选；长石主要采用磁选，与石英分离时，主要采用浮选；蛭石主要利用其膨胀后与脉石矿物的密度差采用简单的风选和水选；菱镁矿主要采用热选，即控温煅烧后进行分选；金红石和锆英砂主要采用电选、磁选和重选综合力场选矿工艺；萤石和滑石主要采用浮选工艺。主要发

23、展趋势是围绕石墨、石英、高岭土、云母、滑石、硅藻土、锆英砂、硅灰石、重晶石、金红石、膨润土、萤石、夕线石、红柱石、蓝晶石、电气石等非金属矿物的共伴生矿物分离、高纯度精选等发展微细粒选矿提纯和精选技术、复合力场分选技术以及综合利用技术。3）表面改性矿物粉体材料在应用前大多要进行表面处理或表面改性，以提高其性能。表面改性的方法主要包括表面化学包覆、沉淀反应包覆、插层改性等；采用的表面改性剂包括有机物和无机物二大类；改性工艺包括干法和湿法；改性设备主要有连续式的粉体表面改性机、间歇式的加热搅拌机、涡流磨、搅拌反应罐和反应釜等。表 2 所示为目前非金属矿物粉体表面改性常用的表面改性剂及改性设备。表2

24、非金属矿物粉体常用的表面改性剂及改性设备表面改性方法很多，主要有表面物理涂覆、化学包覆、无机沉淀包覆或薄膜、机械力化学、化学插层等。目前工业上非金属矿物粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、沉淀反应改性法和机械化学改性法及复合法。 表面化学包覆改性法：是目前最常用的非金属矿物粉体表面改性方法，这是一种利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性的方法。所用表面改性剂主要有偶联剂(硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸酯、有机络合物、磷酸酯等)、表面活性剂(高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、非离子型表面活性剂、有机硅油或硅树脂等)、有机低聚物及不饱和有机酸等。改性工艺可分

25、为干法和湿法两种。 沉淀反应法：是利用化学沉淀反应将表面改性物沉淀包覆在被改性颗粒表面，是一种“无机/无机包覆”或“无机纳米/微米粉体包覆”的粉体表面改性方法。粉体表面包覆纳米TiO2、ZnO、CaCO3等无机物的改性，就是通过沉淀反应实现的，如云母粉表面包覆TiO2制备珠光云母颜料、钛白粉表面包覆SiO2和Al2O3。 机械力化学改性法：是利用超细粉碎过程及其他强烈机械力作用有目的地激活颗粒表面，使其结构复杂或无定形化，增强它与有机物或其他无机物的反应活性。机械化学作用可以增强颗粒表面的活性点和活性基团，增强其与有机基质或有机表面改性剂的使用。以机械力化学原理为基础发展起来的机械融合技术，是

26、一种对无机颗粒进行复合处理或表面改性，如表面复合、包覆、分散的方法。 化学插层改性法：是指利用层状结构的粉体颗粒晶体层之间结合力较弱（如分子键或范德华键）或存在可交换阳离子等特性,通过化学反应或离子交换反应改变粉体的性质的改性方法。因此，用于插层改性的粉体一般来说具有层状或似层状晶体结构，如蒙脱土、高岭土等层状结构的硅酸盐矿物或粘土矿物以及石墨等。用于插层改性的改性剂大多为有机物，也有无机物。 复合改性法：是指综合采用多种方法(物理、化学和机械等)改变颗粒的表面性质以满足应用的需要的改性方法。目前应用得复合改性方法主要有物理涂覆/化学包覆、机械力化学/化学包覆、无机沉淀反应/化学包覆等。表面改

27、性工艺依表面改性的方法、设备和粉体制备方法而异。目前工业上应用的表面改性工艺主要有干法工艺、湿法工艺、复合工艺三大类。干法工艺根据作业方式的不同又可以分为间歇式和连续式；湿法工艺又可分有机改性工艺和无机改性工艺；复合工艺又可分为物理涂覆/化学包覆、机械力化学/化学包覆、无机沉淀反应/化学包覆工艺等。近年来，在表面改性工艺，特别是超细粉碎与表面改性一体化工艺及纳米粉体的原位修饰或表面改性工艺方面取得了显著进展。目前工业上应用的表面改性设备可分为两大类：从化工、塑料、粉碎、分散等行业中引用过来的，如干法表面改性用的高速加热式混合机、冲击式粉体表面改性机、卧式加热混合机、以及湿法表面改性用的反应釜、

28、可控温反应罐；专用粉体表面改性设备，主要有SLG型连续式粉体表面改性机和PSC型连续式粉体表面改性机。非金属矿物粉体的表面改性，主要是依靠表面改性剂(或处理剂、包覆剂)在粉体颗粒表面的吸附、反应、包覆或包膜来实现的。目前应用的表面改性剂主要有偶联剂、表面活性剂、有机低聚物、不饱和有机酸、有机硅、水溶性高分子以及金属氧化物及其盐等。近几年，表面改性剂在硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、用于超细轻质碳酸钙和纳米碳酸钙表面改性双子星表面活性剂二磷酸酯盐等方面取得了较大的进展。层状硅酸盐矿物粉体的插层改性层状硅酸盐矿物粉体的插层改性是研究最为活跃的表面改性领域之一。虽然早在20世纪70年代前后就

29、有“有机膨润土”这类有机季铵盐类插层改性的产品问世，但近10年来研究日趋广泛和深入。除了有机膨润土产品品种和生产技术不断改进之外，聚合物/蒙脱土纳米复合材料、膨润土或蒙脱石的无机柱撑或交联等的研究和产业化也取得了显著进展。特别是聚合物/蒙脱土纳米复合材料已进入产业化阶段，对新型聚合物/纳米粘土复合材料的发展有重要的推动作用；此外，高岭土插层(利用尿素、联苯胺、乙酰胺等化学药剂)纳米复合材料、蛭石插层改性材料、绿泥石插层改性材料等层状硅酸盐矿物的插层改性技术研发也不同程度地取得一些有价值的进展。表面无机复合改性非金属矿物粉体的表面无机复合改性是制备功能粉体材料的重要技术方法，近年来已成为粉体表面

30、改性技术和功能材料制备技术的热点研发方向之一。目前取得的进展主要是纳米金属或氧化物、氢氧化物、碳酸盐表面改性的复合矿物粉体材料，如金属/粉煤灰空心微珠复合粉体、金属氧化物/硅灰石复合粉体、纳米TiO2/多孔矿物复合粉体(TiO2/硅藻土、(TiO2/蛋白土、TiO2/凹凸棒石、TiO2/沸石、TiO2/海泡石等)、金属氧化物/重晶石复合粉体、金属氧化物/云母复合粉体等；表面无机复合改性方法主要有物理法(如气相沉积、真空或溅射镀膜、机械研磨)和化学法(如均匀沉淀、溶胶凝胶)等。其中一些复合粉体材料已进入产业化或已进行中试。表面无机复合改性涉及应用广泛的新型功能材料的开发，具有重要的商业化价值，因

31、此，申请的发明专利近几年逐年增加。(1) 金属/粉煤灰空心微珠。(2) 纳米硅酸铝/硅灰石复合粉体材料。(3) 纳米碳酸钙/硅灰石复合粉体材料。(4) 纳米TiO2/多孔矿物复合粉体。表面改性的发展趋势是：在设备结构优化的基础上采用人工智能技术对主要工艺参数和改性剂用量进行在线自动调控；在现有表面改性剂基础上、降低生产成本；运用先进化学、高分子和化工科学技术和计算技术，研究开发应用性能好、成本低、在某些应用领域有专门性能或特殊功能并能与粉体表面和基质材料形成牢固作用的新型表面改性剂；在多学科综合的基础上，根据目的材料的性能要求来选择粉体材料和“设计”粉体表面，并运用先进计算方法以及智能技术辅助

32、设计粉体表面改性工艺和配方。4）脱水(过滤和干燥)、煅烧、造粒及包装目前工业上应用的过滤设备主要有压滤机、离心机、真空过滤机等；干燥设备主要有喷雾干燥机、圆筒干燥机、闪蒸干燥机、多功能干燥机、流化床干燥机、隧道式干燥机等。针对超细粉体干燥过程团聚问题的集干燥与解聚于一体的干燥技术与设备，如多功能干燥机、闪蒸干燥机等也已在超细重质碳酸钙、超细高岭土、超细电气石、水镁石等的加工中成功地得到应用；压滤脱水设备和卧式螺旋离心脱水设备已广泛用于超细高岭土、膨润土、凹凸棒土等强粘性粘土矿物的加工；国产喷雾、挤压等造粒设备及颗粒整形设备也已在工业上应用。此外，近几年针对非金属矿物超细粉体的包装设备有了较快发

33、展，自动计量和气固分离、连续包装的真空包装机和其他自动化连续包装设备已在生产中广泛应用。5）其他粉体技术的加工还包括脱水（过滤和干燥）、煅烧、造粒及包装。目前工业上应用的过滤设备主要有压滤机、离心机、真空过滤机等；干燥设备主要有喷雾干燥机、圆筒干燥机、闪蒸干燥机、多功能干燥机、流化床干燥机、隧道式干燥机等。针对超细粉体干燥过程粉料团聚问题的集干燥与解聚于一体的干燥技术与设备，如多功能强力干燥机、闪蒸干燥机等已在超细重质碳酸钙、超细高岭土、超细水镁石等的加工中成功地得到应用；压滤脱水设备和卧式螺旋离心脱水设备已广泛用于超细高岭土、膨润土等强粘土矿物的加工；国产喷雾、挤压等造粒设备及颗粒整形设备也

34、已在工业上应用。此外，我国已能制造自动计量和气固分离、连续包装的真空包装机和其他自动化连续包装设备。然而，我国对现有的大多数粉体设备内进行的机械过程尚缺乏深入的研究。多种工艺过程及设备的巧妙复合，是粉体技术发展的经济有效途径。技术的进步使传统工艺参数有可能向更加苛刻的方向扩展，从而拓宽粉体技术的应用领域。为了提高产品质量，提高产品竞争力，严格控制颗粒的粒度分布和形状，就需要对过程参数进行控制。而后者主要取决于在线测量技术和手段的应用。在微米级粉体范围内，可通过改变颗粒表面特性的方法来改变粉体特性。在纳米级粉体范围内，可生产出具有特定结构和特定功能的新材料。矿物粉体技术应加强基础理论研究，追踪国

35、外研究前沿，借鉴已有的研究成果，加强对特殊功能性粉体的研究和开发工作，同时加强学科交叉，促进我国矿物粉体加工技术的发展与进步。超细粉体技术是指制备与使用超细粉体及其相关的技术。在研究超细粉体的制备技术、分级技术、分离技术、干燥技术、输送、混合与均化技术、表面改性技术、粒子复合技术、检测技术、制造及储运过程中的安全技术、包装、运输及应用技术等等。超细粉体技术是60年代末70年代初随着现代科学技术的发展而发展起来的一门跨学科、跨行业的高新技术，同时也是古老粉碎技术的新发展和新应用。超细粉体的制备方法多种多样，按性质归类可分为物理方法与化学方法两大类；物理方法有：粉碎法、构筑法。化学方法有处理沉淀法

36、(溶液反应法)、水解法、喷雾法、氧化还原法、冻结干燥法、激光合成法及火化放电法等；按产品粒径大小可分为微米粉体制备法、亚微米粉体制备及纳米制备法。随着现代技术的发展，应用部门对超细粉体提出了越来越高的要求。它们不仅要求粉体极细，而且粒径分布要窄。同时具有良好的分散性，并与其它物料混合使用时具有良好的相容性。超细粉体表面技术研究包括表面改性剂的研究和表面改性技术及改性设备的研究。超细粉体不仅本身是一种功能材料，而且为新的功能材料的复合与开发提供了广阔的应用前景，如在军事、航空领域，电子工业领域，化工领域，轻工领域，生物医药领域，化纤、纺织行业有着广泛的应用，起着极其重要的作用。三、矿物按密度分离

37、的理论和设备综述。（15）答：1.1 理论概述矿粒群按密度分层是重选的核心问题，许多学者提出了他们的认识和研究成果，因而形成了众说纷纭的局面。将各种学说、观点归纳为以下几种。1.1.1 按颗粒自由沉降速度差分层学说这一学说最早由雷廷智提出，他认为在垂直流中，床层的分层按轻、重矿物颗粒的自由沉降速度差进行。在紊流条件下，即涡流压差阻力条件下，球形颗粒的沉降末速为： (1-1)式中：牛顿阻力下的颗粒沉降末速； d，球形颗粒的粒度和密度；介质密度。上式表明，颗粒粒度和密度对沉降速度有着同样重要的影响。.O.切乔特将上式改写为： (1-2)根据(1-11)式，牛顿阻力条件下的等沉比为： (1-3)微细

38、颗粒在层流绕流条件根据斯托克斯粘性阻力公式导出的沉降末速为： (1-4)斯托克斯阻力条件下的等沉比为： (1-5)公式(1-15)适用于雷诺数Re=103105范围：公式(1-17)适用于雷诺数Re<1的条件下。在阻力过度阶段，(1-17)式中的指数随雷诺数Re的减少而减小，介于11/2。等沉比的减小表明对微细粒级的分选变的困难了。1.1.2 按颗粒的干扰沉降速度差分层学说 为了解释矿物按宽级别(给料上下限粒度比值大于自由沉降等沉比)入选问题，R.H.Monroe提出了干扰沉降速度差分层的学说，颗粉的干扰沉降速度为： (1-6)式中：颗粒群在介质中的容积浓度； n反映颗粒群粒度和形状影响

39、的指数，球形颗粒在牛顿阻力条件下n=2.39，在斯托克斯阻力下n=4.70。在牛顿阻力条件下的干涉沉降等沉比为： (1-7)在斯托克斯阻力条件下的干涉沉降等降比为： (1-8)上式中的1和2可理解为等沉的轻矿物局部悬浮体的松散度和相邻的重矿物局部悬浮体的松散度。由于此时轻矿物的粒度总是大于重矿物，故1必然小于2，与式(1-15)和(1-17)对比可见： (1-9)由此可以说明，在干涉沉降条件下，可以分选宽级别的事实，且说明了随着粒群容积浓度的增大，按密度分层的效果会更好。1.1.3 按矿物悬浮体密度差分层的学说这一学说最早出A.A.赫尔斯特和R.T.汉考克提出里亚申柯在试验的基础上进一次进行了

40、验证。他们将混杂的床层视作由局部重矿物悬浮体和局部轻矿物悬浮体构成，在密度方面具有与均质介质相同的性质。在重力作用下，悬浮体存在着静力不平衔，就像油与水混合在一起，最终导致按密度分层，即在上升水流作用下，密度高的悬浮液集中在下层，而密度低的集中在上层。局部轻矿物和重矿物悬浮体的密度分别是： (1-10) (1-11)按此学说实现正分层（重矿物在下）的条件是： (1-12)以某种方式改变1、2的相对值，使 (1-13)时，应发生反分层。当 (1-14)时，两种颗粒应处于混杂状况。据此条件，为了简化问题的分析，可将两种粒群的颗粒看成属于同一阻力范围，即在同一雷廷智范围内，于是n1=n2=n。由代入

41、上式可得临界流速: (1-15) 里亚申柯以他的少量悬浮试验认为上述关系是正确的，但后人经过大量的试验验证，除能看到正、反分层的变化外，发现计算的临界(混杂)状态上升水流速度值总是比理论值小。之所以不能吻合，根本原因在于他将上升水流中两种异类粒群的悬浮分层，错误地比喻成两种密度不同的均质介质的分层。1.1.4按重介质作用原理分层学说 我国张荣曾和姚书典等人根据他们各自的试验于1964年提出了这一学说。他们取粒度差较大（d1/d2>45并远超过自由沉降等沉比）的不同密度矿物颗粒，两两进行搭配，然后置于管中用上升水流悬浮。试验方法与里亚申柯的相同，结果发生正分层。正分层的条件为： (1-16

42、) 随着上升水速的增大，重矿物扩散开来，它的悬浮体密度减小，直至低于轻矿物密度时发生了反分层。反分层的条件为： (1-17)由此提出轻矿物粗颗粒的浮沉，取决于重矿物细颗粒与水所构成的悬浮液的物理密度，即与重介质分选原理相同。按照这一观点，上升水速由小逐渐加大，悬浮分层由正常分层转为反分层，其分层转变的临界条件为： (1-18)临界上升水速为： (1-19)这就是按重介质作用分层的观点计算临界水速uL的公式。用它计算的uL与实测值很相近，但有时uL的计算值偏低。1.2设备综述：重力选煤、重介质选煤和干法选煤采用的均是按密度分离学说，重力选煤常用的设备有动筛跳汰机、筛下空气室跳汰机、筛侧空气室跳汰

43、机和自生介质螺旋滚筒选煤机。动筛跳汰机具有设备结构紧凑、工艺简单、用水量少、基建投资省、营运费用低等优点，可替代重介质排矸、选择性破碎和手选，也可用于动力煤、块煤的分选。筛侧空气室跳汰机是目前我国选煤厂中使用最多的跳汰机。据其结构与用途的不同，筛侧空气窒跳汰机可分为不分级煤用跳汰机、块煤跳汰机和未煤跳汰机三种。筛下空气室跳汰机问世以来，世界各国都对它有所改进，呈现出多种不同形式的筛下空气室跳汰机。我国也进行了大量研究，主要包括：X型系列筛下空气室跳汰机、SKT系列跳汰机、块末煤分级联选跳汰机等。自生介质选煤方法与常规选煤有所不同，它是利用入选原煤中小于0.3mm的粉煤作为介质，并与水混合形成较

44、稳定的悬浮液，与螺旋滚筒配合分选块煤。重介质选煤包括斜轮、立轮分选机和重介质旋流器等。斜轮重介质分选机兼用水平和上升介质流，分选出两产品。特点就是入料粒级宽，处理能力大。但是鉴于斜轮在分选槽内所产生的涡流运动方向与沉物的沉降方向相反，并同时造成一个水平旋转的涡流，不仅影响分选效果，而且降低处理量。所以近年来开展了对立轮分选机的研制，代表设备有JLT型立轮重介质分选机。重介质旋流器是一种利用离心力场强化细粒级矿粒在重介质中分选的设备。根据其机体结构和形状分为圆锥型和圆筒型两产品重介质旋流器，双圆筒中联型、圆筒型与圆锥型串联的三产品重介质旋流器。根据给料方式，可以分为有压给料式和无压给料式两种。我

45、国自行研制的空气重介质流化床干法选煤技术和复合式干法分选机已在现场投入使用。这些技术和设备能较好的满足干旱缺水地区的选煤需要，应用的严寒地区选煤还可避免产品的冻结、此外它们还适用于动力煤排矸、褐煤、易泥化煤的分选。四、 画出脱泥和不脱泥重介工艺的典型流程图，谈谈脱泥和不脱泥重介工艺的看法。（15）答：典型工艺流程图 图1 选前不脱泥工艺流程图2 选前脱泥工艺流程1 脱泥与不脱泥的选择与看法1.1（选前）脱泥的优缺点分析国外多采用选前脱泥有压入料重介质旋流器分选工艺。1) 优点：分选精度高，效率高。由于入料中非磁性物（煤泥）含量少，故产品脱介效果好，介质消耗也低。而且在介质系统中可以不必专设分流

46、环节，或者只需少量分流，因而悬浮液密度的调节变得十分简捷，无需调节分流量，只需控制补加清水量一个因素，悬浮液性质相对比较稳定。2）缺点：设选前脱泥，工艺环节增多，工艺布置相对复杂。有压入料重介质旋流器的突出优势之一是分选下限低，据有关记载，可达0.15mm。但是选前若将0.5mm（或1.5mm的煤泥全部脱除，进不了旋流器，没有了粗煤泥作分选对象，那么分选下限低的优势又有何用呢？这是一个自相矛盾的工艺优势，值得深思。预先脱除原生煤泥，需要有专门的系统分选处理该部分煤泥，反而使系统变得更复杂。对炼焦煤而言，这个问题尤为突出。目前作为粗煤泥单独分选可供选择的方法，都不同程度地存在一些问题，工艺效果尚

47、不理想。1.2选前不脱泥优缺点分析国内目前采用选前不脱泥，全部原煤入重介质旋流器分选的工艺为数不少。1）优点：因选前不脱泥，简化了工艺环节，紧凑了工艺布置，带来诸多其它好处。有一种观点认为，在设计中对某种工艺的取舍不能只从纯理论去分析论证，必须从工程角度全面考虑技术、经济、操作、管理诸多因素，综合分析、权衡利弊。2）缺点：( 1) 分选效果差，处理量低从理论上讲，选前不脱泥对分选进度，尤其是对细粒级物料的分选精度会造成一定影响。原生煤泥量大，且易泥化的原煤的影响尤甚。旋流器分选下限一般在0. 3 mm 左右，大量细泥在旋流器中影响了煤泥分选效果，降低了入料固液比，使旋流器处理能力大幅下降。(

48、2) 介耗高全部煤泥进入重介质旋流器，加上矸石易泥化，较小的波动将对悬浮液的流变特性产生很大影响，系统循环悬浮液和循环水大量增加，合格介质分流量、分流介耗也随之增加。 五、 论述粗煤泥分选设备的研究现状与发展。（15）答：近年来随着我国采煤机械化程度的提高，选煤厂入选物料中细粒煤的含量越来越高，而我国选煤厂一般采用选前不分级全级入洗的工艺，这给后续煤泥水的处理增加了负担。选煤厂最常用的是跳汰和重介质选煤工艺，现代化的重介质选煤厂工艺设备都趋向大型化，重介质旋流器的最大直径可达1500/1100及以上，但是重介质旋流器的有效分选粒500.5mm，当旋流器的直径大于750mm时，-3mm粒级（30

49、.5mm）的分选效果差。浮选的有效粒度范围为-0.3mm，对于0.50.3mm粒级的物料极易因气泡的携载能力不足而丢失在尾矿中，因此，对于0.50.3mm粒级的粗煤泥的分选效果急需提高。 随着粗煤泥分选问题的凸显，国内外学者对此做了大量的研究。目前，用于粗煤泥分选的设备主要有：螺旋分选机、煤泥重介质旋流器、水介质旋流器、干扰床分选机和逆流分选机等。 1. 螺旋分选机 螺旋分选机较早在国外用于粗煤泥的分选，国内螺旋分选机分选粗煤泥主要是在一些动力煤选煤厂。螺旋分选机一般和原煤预脱泥工艺联合，原煤经预脱泥后浓缩，浓缩底流从螺旋分选机的上部给入，在螺旋槽的初始段，密度大的重物料沉到下面，密度小的轻物

50、料在上层，水流沿螺旋槽向外厚度逐渐变大，这一阶段主要是轻重物料按密度分层形成以重产物在水流下层，轻产物在水流上层的物料分层，物料在螺旋槽中按密度分层的过程很快完成；料流沿螺旋槽继续运动时，在螺旋槽中存在两个方向的运动，一是沿垂直方向的竖直方向运动，二是沿分选槽断面方向的运动，物料分层以后，在螺旋槽上层的轻物料受离心力作用随水流向螺旋槽外方向运动，下层的重物料由于受水的压力、槽的摩擦力、本身的重力以及惯性力的作用逐渐向槽的内侧运动，最终在槽的断面方向依次分布重产物、中产物和轻产物，实现物料的分选。螺旋分选机工艺简单、操作方便、投资低，不用添加药剂和介质，无运动部件维修量低，对高密度物料的分选精度

51、高，适用粒度范围30.1mm，但占地面积大，处理量小，设备不易大型化，对低密度物料的分选精度差。 2.煤泥重介质旋流器煤泥重介质旋流器利用离心力原理是密度不同的物料在旋流器中所受到的离心力不同而实现分选的。悬浮液在一定压力下沿切线给料方向给入旋流器，悬浮液在旋流器中高强度旋转，高密度的物料受到的离心力较大，沿径向方向向旋流器壁运动，低密度的物料受到的离心力较小，在重物料的压力下沿径向向旋流器的中心运动。由于旋流器的底部是锥形的，高密度物料在向下运动的过程中逐渐聚集，一部分物料迫于压力从旋流器底部的锥形口排出，旋流器的锥形段逐渐被高密度物料多占据，迫使低密度物料沿中心向旋流器上部运动，形成溢流。

52、这样在旋流器中实际上存在着两个螺旋，高密度的物料沿旋流器壁向下的螺旋运动和低密度物料沿旋流器径向中心线向上的螺旋运动，构成双螺旋运动，如下图所示。由此，密度小的物料从溢流排出，密度大的物料从 旋流器底部排出，实现轻重物料的分选。图1 煤泥重介质旋流器分选原理图煤泥重介质旋流器的有效分选粒度范围为10.045mm，可利用大直径重介质旋流器的底流分选的悬浮液，无需另外配置悬浮液系统。一般小直径的旋流器中物料所受的离心力更大，通常煤泥重介质旋流器都采用小直径旋流器组的形式。在旋流器中粉煤受到远大于在重力场中和大直径旋流器中所受到的离心力，实现煤泥的有效分选。煤泥重介质旋流器对物料的适应性较强，对粗煤

53、泥的分选精度高，但分选效果易受加重质的粒度和密度影响，分选密度不易调节，工艺参数不易改变。 3. 水介质旋流器 水介质旋流器的分选原理是物料在一定压力下沿切线或渐开线方式给入旋流器，在旋流器中沿壁形成强烈的旋流，高密度物料受到的离心力较大，向器壁方向运动，低密度物料被高密度物料推向旋流器中心，水介质旋流器的椎体部分锥角较大，高密度物料沿器壁向下运动在椎体底部聚集，推动低密度物料向旋流器的上部运动形成溢流，由此实现物料，按密度分选。水介质旋流器使用的介质是水，结构简单、不知方便，分选成本低，但分选精度元小于小直径煤泥重介质旋流器，一般分选物料粒度范围窄，分选下限较高，溢流不脱泥达不到精煤灰分要求

54、。 4.干扰床分选机 干扰床分选机又称液固流化床分选机，一般利用的水介质实现干扰分选。干扰床分选中有代表性的是TBS，其他的还有RC等，原理大致相同。其结构图如下所示： 图2 干扰床分选机结构原理图TBS是专门用于粗煤泥分选的，其工作原理是物料从上部给料口给入，底部有由泵打入的压水喷头，均匀分布在桶体底部，水在一定压力下由泵从桶体底部压入，在桶体内产生一个向上的水流，从桶体上部的给料口给入的物料受重力作用下沉，在桶体中，上升的水流与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颗粒悬浮在水中与水形成一定分选密度的液固介质，下沉速度小的物料被形成的自生介质推向桶体上部，形成溢流，下沉速度大

55、的较重物料穿过自生介质层到达桶体底部成为底流，这样就可实现物料的分层分选。干扰床分选机处理量大，设备易大型化，分选密度可以由底部给入的水压及水速调节，适用粒级范围0.250.3mm，对难选煤泥分选效果较差，底流排料技术尚待完善。5. 逆流分选机 Rc(Reflux classifier)逆流分选机又叫做逆流分选税，是由淡大利亚洛德维奇公司和纽卡斯尔大学联合开发研制的一种新型流化床分选设备，具有分级和分选的双重功能。工作原理：Rc是由一台普通流化床及数组平行倾斜板组成，在流化床中添加倾斜板，使颗粒的沉降面积增大，处理量也随之增大。分选时，物料由中部分选槽给入，轻产物在底部上升水流的带动作用下，向

56、上依次经过中矿板和溢流板形成溢流，由溢流口排出；而重产物则沿底流板向下滑动形成底流，从底流口排出。 六、简述按磁性和电性不同实现矿物分离的方法和设备。（10）答：磁选是在不均匀磁场中利用矿物之间的磁性差异而使不同矿物实现分离的一种选矿方法。磁选既简单又方便，无额外污染，广泛应用于黑色金属矿石的分选、有色和稀有金属矿石的精选、重介质选矿中磁性介质的回收和净化、非金属矿中含铁杂质的脱除以及垃圾与污水处理等方面。磁选机是主要的磁选设备，其结构多种多样，分类方法也较多：根据承载介质不同，可分为干式和湿式；根据磁场强度的高低，可分成弱磁场和强磁场磁选机；根据磁性矿物被选出的方式可分为吸出式、吸住式、吸引式等。强磁选设备主要有干式强磁选机、湿式