2013中国矿业大学(北京)高等选矿学试题答案

2013年高等选矿学试题

1、举例说明解决潮湿粘性物料干法筛分的方法和设备特点（10分）。

所谓干法筛分，即是在原煤进入分级筛时，不加冲水，不增加进入分级筛的原煤

水分的分级方法。通过综合考虑筛分过程的各个环节和合理化布置，干法筛分也

能够达到精确筛分的效果。目前，在选煤生产中，原煤筛分大多采用干法筛分工

艺。主要优点在于:对于动力煤，不增加煤炭水分，保证原煤的发热量不会因为

水分增加而降低;对于炼焦煤等需要进一步分选的煤种，采用干法筛分，可以减

少选煤系统中的循环水量，减少煤泥水系统的煤泥量，简化选煤厂煤泥水处理系

统。针对粘湿原煤不容易分层的问题，可从以下几个因素考虑。(1)振动筛的振

幅应该保证在一定的范围之内，最佳单振幅为5.5mm，即双振幅控制在11mm。

比较大的振幅使得原煤被抛起时有足够的空间，从而有利于颗粒分层。在惯性力

的作用下，大的煤块或煤粒团位于物料层的上部，末粉煤位于物料层的下部，也

就是接近筛面的位置，有利于筛分的进行。(2)振动筛的筛面倾角尽可能选用大

倾角，筛机入料端倾角应该300;筛面理想长度为2.4m-3.6m;筛板的形式应采用长

孔的模式，长孔的长宽比为5:1或3:1，此时筛机的振动频率控制在15r/s。(3)G

值的调整。G值是筛面加速度与重力加速度的比值，根据物料筛分理论，除了要

考虑筛板的开孔率、自清理能力，还要考虑筛面的抛射强度。粘湿原煤的分层需

要筛面产生一个足够的抛射力，使物料抛散开。按照近代建立的筛上物料群间冲

击或碰撞传递理论的分析，抛射强度K=3.3己不再具有临界意义。由于粘湿原煤

彼此间张力作用大于普通原煤，因此需要更大的抛射力才能够完成。对于普通原

煤的抛射强度在分层段为4.1一4.3，而粘湿原煤需要的抛射强度为4.5-4.7。适

当改变G值可以得到合适的抛射强度，G值的调整与激振频率、筛面角度、振幅、

激振器的安装角度等有关系，一般激振器的安装角度为45度(4)料层厚度的调整。

物料层的厚度直接关系到分层效果和筛分效率，对于粘湿原煤来说，要保证床层

不至过厚，床层厚度最好控制在分级尺寸的2一2.5倍。影响床层厚度的一个重

要因素是给料量的大小，另外一个重要因素是入料分层段的倾角。一般采用大倾

角，30或25.(5)入料段筛面的长度。为了使粘湿原煤在薄床层、高G值的筛面上

得以充分的分层，必须使筛面具有足够的长度，从而使原煤有足够的时间形成分

层，一般推荐值大于2.4m。物料通过该段大约需要1.5s，对于普通原煤来说，

该段长度己经足够形成分层;但对于粘湿原煤来说，还不足以使物料充分地分层

散开，因此需要在分层段中间位置横向增设一套挡料板，适当让物流在流动过程

中做短暂停顿，使下层未离心至上层的物料做个翻转，充分打碎粘结结构

2、扩展DLVO理论与传统的DLVO理论有何区别？详细论述扩展DLVO

理论各项的物理意义并列出计算公式（10分）。

DLVO理论中，胶体质点之间存在着范德华引力，而质点在相互接近时又因为双

电层的重叠而产生排斥作用，胶体的稳定性就取决于质点之间吸引与排斥作用的

相对大小。DLVO理论假定影响胶体聚结不稳定的主要因素有如下两个方面：（1）

胶粒之间的吸引力在本质上主要是范德华力，但胶粒是许多分子的聚结体，胶粒

间的引力是胶粒中所有分子引力的总和。这种胶粒之间的引力是远程作用的范德

华引力。吸引势能UA与距离x成反比，一般为负值，x→时，其值为0。（2）

胶粒间存在静电斥力，产生排斥势能。胶粒间排斥势能UR取决于胶粒的大小与形状、表面的热力学电势，它与胶团的离子氛半径和胶粒间最短距离x呈指数关

系。 胶粒间

斥力势能、吸引势能及总势能曲线

3、试绘出典型的动力煤和炼焦煤洗选工艺流程图，说明各工艺环节

的作用及其有关的主要工艺参数（15分）。

4、简述我国进口的卧式振动卸料离心机正常工作时对基础无动负荷

的振动原理。（15分）

VM型(进口)、SCC型卧式振动离心机(进口) 这两种型号为国内进口的典型机型，采用振动电机做为激振源，激振结构为二次激振结构，振动体分为二级振动，初级振动体是靠8个高强度橡胶弹簧支撑在底座上，初级振动体由机壳、初级物块、两个振动电机组成;二级振动是由筛篮主轴、轴承箱、皮带轮组成。初级振动体与二级振动体靠强力橡胶和联接销预压在一起，由初级振动体与二级振动体相互振荡，可使初级振动体产生非常小的振幅，
振动体的布置激振器直接作用在(由箱体等组成)的初级振动体上，通过弹性系统的传递，使(由筛篮等组成的)二级振动体产生振动。初级振动体较小的激振力可使二级振动体获得较大的激振力。该设计可避免采用高加速力驱动振动体而产生的有害振动，但不便于安装、检修。VM型(进口)、SCC型卧式振动离心机(进口)由于采用的是双质体二次激振方式，初级振动体较小的激振力可使二级振动体获得较大的激振力，实际上是振动放大的过程，因此处理量大、能耗低。存在的问题是，对橡胶弹簧的质量要求较高，振动系统结构复杂，不便于安装检修，振动体的检修需厂家的指导和使用专用工具才能完成，给现场的生产维修带来极大的不便。

5、何为超细粉碎过程机械力化学？粉碎过程机械力化学变化主要包

括哪些方面（15分）？

各种凝聚状态下物质受到机械力的影响而发生化学变化或物理化学变化的现象都称为机械力化学现象.Perter、等人就机械力诱发化学反应作了大量的研究，

并于1962年在“第一届欧洲粉体会议”上，阐述了粉体技术与机械力化学的关

系，明确指出机械力应包括机械压力、摩擦力，以及液体或气体冲击波作用所产

生的压力等等。在粉碎过程中，所施加的大量的机械能，除消耗于颗粒细化外，

还有相当一部分储聚在颗粒体系内部，导致颗粒晶格畸变、缺陷、无定形化、游

离基生成、表面自由能增大、外激电子放射及出现等离子态等，促使物料活性提

高，反应力增强，赋予物料在工业上新的应用，从而使机械力化学在高新科技、

材料科学、矿物深加工等方面受到关注并推动相应的研究及应用.颗粒粒径和形

状的变化：矿物在受到机械力作用下，最初表现出直观的颗粒细化相应的比表面

积增大，而后继续粉磨，颗粒粒径不再减小，比表面积也达到极限，体系出现“粉

碎平衡”。密度的变化：超细粉碎矿物后，矿物的密度会不同程度地改变，

表观密度的变化是由于颗粒大小级配不一造成的，而真密度的变化，则是由于晶

体物质结构的变化或是发生了化学反应.电性的变化：机械力化学作用在

改变颗粒导电性、表面电动行为以及半导体性质等方面也有不可忽视的作用。颗

粒表面的吸附能力和离子交换、置换能力的变化: 矿粒在超细粉碎过程中，

产生大量的断裂面，并在断裂面上出现了不饱和键和带电结构单元，导致颗粒处

于不稳定的高能状态，从而增加了颗粒反应活性，提高了颗粒表面的吸附能力。

微型结构变化: 矿物颗粒在粉碎过程中，在所施加的机械力作用下，矿物微

型结构也经历量变到质变的过程。物质成分的变化: 矿物颗粒在超细粉磨中，

颗粒的微型结构断裂形变、破坏，并形成无定形物质，这就改变了其性质，降低

了反应的活化能。

6、论述粗煤泥分选技术的研究现状及发展方向（15分）。

目前，>0. 3mm级细粒煤的分选主要采用螺旋分选机、煤泥重介质旋流器和

干扰床分选机等。

螺旋分选机是一种依靠液流特性，在重力和离心力的作用下实现不同密度矿

物分离的分选设备。工作时，入料自螺旋分选机上端给入，沿螺旋槽向下作回转

运动；料流在螺旋槽内运动的过程中，沿槽的内侧至外侧水层的厚度逐渐增大，

脉石等重矿物颗粒逐渐移入下层，煤等轻矿物浮于料流上层，形成了以重产物为

主的下部流动层和以轻产物为主的上部流动层；颗粒群实现分层后，由于重产物

位于下层，与槽体接触，又受到上层液流的压力，运动阻力加大，与轻产物形成

一个速度差;轻产物受螺旋料流的作用向槽的外缘运动，重产物在重力、流体动

压力、摩擦力和惯性离心力的作用下向槽的内缘运动，中间密度物料则占据槽的

中间带，即轻、重颗粒在横断面上基本实现了按密度分带;在螺旋分选机底部，

用产品溜槽分别收集这些物料，从而实现轻、重产物的分离螺旋分选机具有以下

特点：1有效分选密度在1.6kg/L以上，低于该值，会影响分选效果;2无运动部

件，维修工作量小;3占地而积小，可用双头甚至二头螺旋提高单台设备的处理能

力。

采用小直径重介质旋流器分选粗煤泥可得到良好的分选效果。在分选过程

中，小直径旋流器可产生较高的离心系数，使粉煤颗粒受到远大于其在重力场及

大直径重介旋流器中受到的分选力，从而实现粉煤颗粒的有效分选。煤泥重介旋

流器中重悬浮液的密度接近分选密度，因而分选精度高，费用比常规浮选低，美

国、澳大利亚和俄罗斯等国家针对煤泥重介旋流器进行了大量的研究工作，并成

功应用于生产中。

（当加重质粒度较细，被分选煤泥粒度较粗(一般为加重质粒度的10倍以

上)时，在一定的固体浓度范围之内，重悬浮液被看作是真重液，为使悬浮液保

持均匀和稳定所施加的机械扰动或定向流对在其中被分选的煤粒影响不大。当煤

的粒度逐渐接近加重质的粒度时，干扰沉降的规律开始起作用。因此，随着入选

煤粒度的减小，分选精度明显下降，为了使有效分选粒度更细，一是要使用更细

的加重质，二是要减小旋流器直径并加大入料的压力，以提高离心力。使用微细

粒加重质不仅会增加介质费用，也增加介质回收难度，增加介耗。）

干扰床分选机(TBS)

矿浆切向给入设备的入料井，按预定的压力和流速由泵将水打入压力箱中，

通过紊流板均匀分布到干扰床分选机底部形成上升水流，下降的物料与上升水流

相遇形成干扰床层，当达到稳定状态后，入料中密度低于干扰床层平均密度颗粒

会浮起并进入浮物产品流。随着新物料的给入，浮物产品流通过溢流堰到溢流槽

成为轻产品;凡密度高于干扰床层平均密度的颗粒则透过干扰床层进入沉物流，

并通过底部的排料口排出，排料阀门由干扰床层内的密度传感器发出的信号控制。

（为了使分选机能有效工作，必须使槽体中干扰床层悬浮液的平均相对密度

保持稳定。为此，在设备中配置了一个单回路反馈控制器，干扰床层的实际密度

由电容式压差传感器测定，单回路PID控制器收到来自传感器探头4-20mA的

电流信号，电流信号的大小与探头上方的干扰床层悬浮液的实际密度成正比。开

底流排放阀当实际密度高于设定值时，执行器打排出干扰床层多余的物料，反之

控制系统将阻n干扰床层物料的排放。）

干扰床分选机相对于螺旋分选机和煤泥重介旋流器具有更多的优点:

(1)分选密度可控、可调，最低可达1.4kg/L。

(2)有效分选密度范围宽，为1.4-1. 8 kg/L

(3)自动化水平高。

(4)不需复杂的入料分配系统，设备结构简单，维护工作量小。

(5)不需要重介质和化学药剂。以其诸多的优点，干扰床分选机必将成为新建选

煤厂的粗煤泥分选工艺和己建选煤厂补套粗煤泥分选工艺的最佳设备选择。

水介质旋流器是以水为介质、在离心力场中进行分选的设备，实际上水介质

旋流器主要用于处理高硫煤和难浮选的风化氧化煤。煤泥水介质旋流器与普通水

力旋流器的主要区别在于它锥角大、锥体短，溢流管直径大且插入筒体长度深。

它的工作原理与重介质旋流器一样，差别仅在于分选介质。悬浮液的密度与实际

分选密度的接近程度越高，分选效率和精度就越高，因此水介旋流器分选精度远

不如重介旋流器，入料粒级范围一般比较窄，且旋流器的直径比较小，对易选煤

和中等可选煤比较适合，一般与其他主选设备配套使用。水介质旋流器单台处理

量大，结构简单，设备投资少，建设周期短，工艺灵活，系统操作维护容易，但

分选精度差，分选下限高，溢流不经过脱泥达不到精煤灰分要求。

(1)以上介绍的几种粗煤泥回收工艺各有其优缺点与适用性。因此，选煤设

计应在详细分析和比较的基础上，并结合各厂的具体情祝，选择适宜的、高效的

设备和工艺，以取得最佳的处理效果。

(2)现场较成熟的粗煤泥分选设备是螺旋分选机和小直径重介旋流器，TBS

也以其自身优势开始受人关注，但这几种工艺依然存在着缺陷，各自具有一定的

适用范围或局限性，用户应根据具体情祝通过技术经济比较方可选用。

(3)应将复合力场引入粗煤泥分选设备，这是提高细粒煤分选设备处理能力和

分选效率的有效途径。

7、试比较浮选柱和常规浮选机的异同点（10分）。

内容	浮选柱	微泡浮选机
动力原理	浮选柱属于“柔性浮选”，物料中的颗粒逆着慢慢出现的气泡而慢慢沉到底部。气泡和颗粒之间结合所需要的最低能量远比充气式浮选机大的多。因而浮选柱的设计高度必须达到18 米才能满足气泡与颗粒相结合所需要的能量要求。	空气吸气单元中气泡与颗粒的结合非常强烈。矿浆以10- 17 米/秒的流速通过空气反应器。空气以4-6bars 的压力到达悬浮液中。高能量的紊流加强了气泡的结合力，也同时增强了空气在水中的弥散和分布。压缩增强了空气在水中的弥散和分布。压缩和弥散的空气在浮选槽中重又膨胀扩散从而提高了其工艺性能。
充气单元	浮选柱系统运行需要压缩空气。空气的压力加大了浮选柱中矿浆的静重。因此其运行成本同充气式浮选机相比要高。	采用了自吸式空气反应器使得煤及其它矿浆在比重低于2 吨/立方米的条件下得以浮选。且矿浆最大通过能力达到约 1300m3/小时。
浮选时间	浮选柱约需10 分钟浮选时间，相比充气式浮选机要达到稳定的浮选状态需要更长的时间。	在充气式浮选机中矿浆通过槽箱只需要2-3 分钟的时间。比浮选柱快4 倍。
矿浆流速	颗粒靠自重由上部(距浮选柱顶部1/3 处)下降。只有与气泡接触到的颗粒才能浮上来。在浮选柱内再没有其他的上升流发生。	矿浆垂直向下输送到浮选机底部的矿浆分配盘，然后改变物料流动方向为垂直向上。矿浆离开分配盘喷嘴的流速为5m/s。
回收率	低结合能力的气泡会导致低回收率。因而在精选过程中会产生中矿浆（代替尾矿）。为此需要配置回收中矿的多次精选工艺。	重气式浮选机粗精选效果都很好。由于在气泡和颗粒之间有较高的动能因而回收率也较高。选择性也较好。
精矿浓度	浮选柱精矿的浓度相对较高。	在高处理能力及高回收率的前提下精矿浓度略低。
颗粒粒度	大部分大颗粒(>300μm)达不到浮选柱 顶部。在沉降过程中与气泡分离。	大颗粒对充气式浮选机基本没问题。微泡与颗粒间的高动能及上升流的设计对大颗粒有好的分选效果。
充气方式	下部压入空气	上部进气
适应能力	由于尺寸大小确定后的浮选柱很难适应入料量及成分组成的大副变化，因而不利于浮选工艺过程的稳定。循环物料同时降低了浮选机的处理能力及浮选纯净度。	物料在浮选槽内较短的停留时间，入料的不稳定可以通过快速调整设备的工艺参数抑制（空气量及压力）。稳定浮选过程很容易稳定。
断电情况	断电故障对浮选柱非常危险。断	断电故障后短时间对系统无影响，很容易重

	电时间若超过几分钟槽内固体物料开始沉降。随后的清理工作非常麻烦，生产会因此停顿很长时间。	新启动系统。
基建条件	4.5 m 直径18m 高度的浮选柱需要较高的基建费用，例如基础、操作平台及设备覆层要求也是很高的。	充气式浮选机的基建和安装费用较低，同等 条件下设备体积比浮选柱小4 倍。
入料方式	上部1/3 处入料	上部进料，底部出料