礦粒與重力分選過程有關的性質,是指反映礦粒質量性質的密度,反映礦粒幾何性質的粒度(體積)和形狀。它們均影響礦粒在介質中的運動狀況。
(一)重力選礦法礦粒的密度及其測定方法
礦粒的密度是指單位體積礦粒的質量。密度用P表示,按國際單位制為kg/m3或g/cm3。
堆積的礦粒(塊)群與同體積水的質量比叫該礦粒群(物料)的堆比重或假比重,它與比重一樣,是個無量綱的量。需注意的是,粒群是指在自然狀態下堆積,計算礦粒群堆積體積時包括礦粒間的空隙。
重力選礦在實際工作中,所處理的物料,絕大多數都不是單一的納礦物,而是幾種礦物的連生體。連生體的密度不是定值,需要時應實際測定,通常有以下三種方法:
1.重力選礦法大塊礦粒比重的測定
先將礦塊在空氣中稱量,再浸入水中稱量。然后根據阿基米德原理,按下式計算礦粒的比重。
稱量可在普通天平上進行,也可用專測比重的比重天平。但應注意,試料稱量前必須預先干燥。
2.重力選礦法粉狀礦粒比重的測定
測定粉狀物料比重的方法很多,有量筒法、比重瓶法、扭力天手法、顯微比重法以及利用磁流體技術的微密度儀等等、采用哪種方法要根據試驗精確度的要求及試樣重量的多少來決定。選礦試驗常用比重拖法。
3.重力選礦法浮沉試驗測定法
將礦粒依次放入密度不同的重液中,記下能使礦粒浮起的重振的最低密度PI和能使礦粒沉下的重液的最高密度內。礦粒的密度(比重)可按下式計算:
=(ρ1+ρ2)/2
注意,用上述各種方法所測定的礦粒密度或比重,測定值與真值誤差應小于1%。
在重力選礦中,礦粒的密度或比重,可間接作為礦粒的質量指標。例如,密度低的煤炭,它的灰分一般也較低,質量相對而言就比較好。為了以示區別,本書中礦粒密度用δ表示,介質密度用ρ表示。
(二)重力選礦法礦粒粒度的表示及測量
礦粒粒度是礦粒的幾何性質,它是指礦粒外形尺寸的大小。但是,由于礦粒多為不規則形狀,因此粒度大小的表示和測量方法有下列幾種:
1.重力選礦法直接測量法
這種方法只適用于大塊礦粒,直接測量其外形尺寸。但因礦粒形狀不規則,要用幾個尺寸才能說明它的大小,有時就很不方便。選礦工藝中多用一個尺寸來表述礦粒的大小,這個尺寸一般稱之為“直徑”,用符號d表示。顯然,對呈球形的顆粒,其粒度的大小就是球的直徑。如顆粒為立方體,則其直徑就是該立方體的邊長。對于形狀不規則的礦粒,需直接測量出它的長、寬、高三個主要尺寸,然后按需要算出它的算術平均值或幾何平均值,用其表示礦粒的直徑。
2.重力選礦法顯微鏡測量法
在顯微鏡下直接測量礦粒的長度和寬度,用其算術平均值或幾何平均值表示礦粒的粒度。孩方法適用于測量粒度從40μm到1/10μm。
3.重力選礦法篩分分析法
測定礦粒能通過的最小篩孔尺寸與不能通過的最大篩孔尺寸,然后取其平均值,用以資示礦粒的粒度。這種方法適用于粒度大于0.04mm的物料。
這是最常用簡單的方法,實際并非如此。因為測量的結果不但受到篩孔精度的限制,而且還取決于負荷的大小及篩分時間的長短。特別是細粒物料的篩分。篩面清潔程度,篩網編織的好壞等等,均影響篩分分析的質量。
4.重力選礦法水力分析法
它是借測定礦粒的沉降速度間接度量顆粒粒度的方法。常用來代替篩分分析測定微細礦物的粒度組成及顆粒粒度。
礦粒在水中的沉降速度,不僅取決于它的粒度,而且與其密度和形狀也有關系,故周該法所求得的粒度與前述按礦粒外形尺寸測得的粒度,有完全不同的物理概念。前者可統稱為幾何粒度,后者稱為重力粒度或水力粒度。
5.重力選礦法當量直徑表示法
取與礦粒某方面性質相同的球體直徑代表礦粒直徑,稱為當量直徑。例如,礦粒是以質量或體積表現其與球體有相同作用時(如重力、浮力),即以同體積球體直徑代表礦粒的粒度大小,稱為體積當量直徑,。再如,礦粒在介質中沉降時,是以其表面積與介質相作用。于是可取與礦粒有相同表面積的球體直徑代表礦粒的粒度大小,稱作面積當量直徑,用山表示。如用在水力學參數(如雷諾數Re)計算中,則代表礦粒幾何特征尺寸。
礦粒的面積當量直徑是很難測量的,一般在能夠測得礦粒的體積當量直徑時,加以換算而得。
(三)重力選礦法礦粒的形狀
密度、粒度均相同的礦粒,若形狀有別,它們在介質中的運動狀況也是不同的。分析礦粒在介質中的運動時,應考慮形狀這個因素。礦粒大多數形狀是不規則的,一般可劃為:球形、渾圓形、多角形、長方形和扁平形等幾種。這種劃分只是對形狀的描述,隨意性很大。用解析的方法來研究礦粒的運動時,形狀這個因素就需用數值反映,方可應用。
在各種形狀的物體中,以球體的外形最為規整、其各個方向完全對稱,而且表面積又最小。因此,通常用球形作為衡量礦粒形狀的標準,礦粒的形狀,在數量上可用同體積球體的表面積與礦粒表面積的比值來表示。這個比值叫做礦粒的球形系數,符號為χ.
重力選礦法礦粒的形狀愈不規則,其表面積愈大,球形系數x就愈小。
某些礦粒的大致形狀;金剛石狀為渾圓形;閃鋅礦、石榴五、黃鐵礦、方鉛礦、鉻鐵礦為渾圓形和多角形;煤炭、石英、錫石等多為多角形和長方形;金是長方形或扁平形;白鎢礦、鎢錳鐵礦則以長方形居多。
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