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degree of mineral liberation
矿物学定义
矿物分选的目的,是为了有效地富集并回收其中的有用矿物,为此,首先必须经由破碎、磨矿使所含矿物(特别是有用矿物和脉石矿石)相互解离。块体矿石碎、磨成粉末状颗粒产品后,其中的颗粒,有的仅含有1种(或在分选作用中同时回收的几种)矿物;有的则是有用矿物与脉石矿物共存。前者称之为已从矿石中解离出的单体(颗粒),后者叫做矿物的连生体(颗粒)。在破碎、磨矿过程中,矿石中的矿物解离为单体颗粒的程度是矿物解离分析的主要研究内容。产物中某种矿物的单体含量(fa)与该矿物总含量(fa+La)比值的百分数,称之为所求矿物的解离度。
表示方法
式中:Fa——矿石碎、磨产品中某种矿物的单体解离度;
fa——矿石碎、磨产品中某种矿物的单体含量;
La——矿石碎、磨产品中某种矿物在其自身连生体中的含量。
若由分级产品求全试样的矿物解离度,则以各粒级的产率、该矿物质量与解离度的积相加求得,即
式中r、w和f分别为各粒级的产率、该矿物的质量和解离度。
矿物解离分析
矿物解离是将矿石经过破碎、磨矿分离成单一矿物的颗粒(矿物单体)的过程。从磨矿节能和分选效果考虑,为避免磨得过细,增加分选难度,并不要求全部矿物都达到解离,只要求大部分矿物达到解离,即85%以上的目的矿物形成适于分选的单体矿物,以及少部分未完全解离的两种或多种矿物连生的矿物连生体。矿物解离分析(liberation analysis of minerals)就是研究矿石破碎、磨矿的产品和分选过程的各阶段产品中,有用矿物和脉石解离成单体的程度(即矿物解离度),及矿物连生体的连生特征(即连生矿物种类、比例、大小、连生类型以及连生边界性质等)。 1939年美国高登(A.M.Gaudin)首先对矿物解离进行了研究,已有相关研究对其工作进行了补充研究。到1964年以威格尔(R. L.Wiegel)为首的欧美学者,继续对矿物解离作了深入的研究;与此同时,中国程希翱对矿物解离与连生体特征进行了研究;1980年以后此项研究日趋活跃。这些研究可概括为完善测定方法、数据的主体校正、建立数学模型和选择性解离四个方面:
(1)在测定方法方面,完善了以显微镜为主的矿物学方法和矿物分离法,还应用了现代测试技术,特别是自动图像分析、扫描电镜和电子探针; (2)在测定数据的立体校正方面,一种趋向是根据二元球体模型和体视学理论,对矿物系统中连生体的出现几率进行数学分析和计算机模拟;另一种是对实际物料采用常规显微镜和自动图像分析仪进行测定,分别得出了各种立体变换系数,提高了矿物解离度测定的精度; (3)在建立定量数学模型方面,根据矿石中矿物粒度、磨矿细度与矿物解离度之间的函数关系,从不同角度提出了各种矿物定量数学模型,考虑了多因素的综合影响,以便比较客观地预测矿物达到基本解离的磨矿细度;
(4)在选择性解离方面、针对常规机械磨矿存在的问题,以固体物理学和破碎理论力学为基础,应用特殊方法,如功函数法、微热电动势法、声发射参数法、外电子发射法、位错法等测定法,来研究矿物界面的表面电子结构、表面性质和强度;根据晶格位错和缺陷可扩展为显微断裂的破碎机理,提出了矿物选择性解离的概念和方法。 矿物解离分析是工艺矿物学研究的重要内容,它是确定合理的破碎和磨矿细度,进行选矿理论指标预测、评价选矿效果的重要手段,对于制订选矿原则流程、改进工艺、提高选矿技术经济指标起着重要的作用。
矿物解离模型
矿物解离模型(mineral liberation model)是描述矿石结构与破碎、磨矿产物粒度分布和矿物解离之间定量关系的数学表达式。
第一个研究矿物解离模型的是美国的高登(A.N.Gaudin),后有韦格尔(R.L.Weigel)和安德鲁斯(J.R.Andrews)等。他们在建模时,都同时考虑了矿石的结构特性和破碎、磨矿过程,但由于把被磨矿石的结构和破碎、磨矿过程过于理想化,基本假设不符合实际,所建立的模型不能实际应用。南非的金(R.P.King)利用被磨物料结构和破碎、磨矿产物粒度分布的关系建立了矿物解离模型,其形式为
如果破碎、磨矿产物粒度分布的密度函数为P(D),则碎磨产物的矿物解离度为
式中L(D)是粒度为D的单位质量矿石中某种矿物的解离度;μ为该种矿物在未被破碎的矿石中的平均截线长度;Dμ为粒度为D的颗粒中最大截线长度;F(1)是矿石中该种矿物截线长度分布;N(1/D)是产物粒度为D的颗粒中的截线长度分布函数。关于F(1)和N(1/D)的形式,金本人和其他学者建议:
其中K为常数,约等于2。
以上模型的精度如何,还有待大量的实验工作,特别是现场工作的验证。20世纪80年代以来,采用自动图像分析仪来观察产品的解离和连生程度,促进了矿物解离模型的研究。在将图像中的二维信息转变为三维信息以便准确测定全颗粒的性质方面,已开展了大量的工作,但尚未成熟。今后的发展将沿着两个方向进行:一方面是建立和完善矿物解离过程的理论模型,使之用于选矿厂的模拟、设计、控制以及矿山开发的可行性研究;另一方面是继续发展用分选结果估算解离度的方法。后者具有很大的实用价值,特别是在检测仪表昂贵的情况下,用分选结果估算解离度对生产厂矿有更重要的意义。 矿物解离度测定
矿物解离度分析仪
矿物解离度测定(determination of mineral liberation)是测定有用矿物从矿石或选矿产品中解离成单体的程度的技术。是一种工艺矿物学研究方法。测定结果为选矿提供破碎、磨矿界限的基本参数。测定方法可分为矿物分离法和仪器测定法两类: (1)矿物分离法包括重液分离法、重物梯度分离法、磁分离法、磁流体分离法以及选矿实验室的分离方法等,可用于有用矿物和脉石矿物物性差较大的矿石,这些方法操作较麻烦,结果不够准确,一般作为辅助方法使用; (2)仪器测定法包括光学显微镜法、自动图像分析法、显微辐射照相法、X射线透射投影法等,光学显微镜法应用广泛;自动图像分析法快速、精度高,最有发展前途;其他两种方法应用范围有限。此外,还可应用磨矿功指数法、比表面测定法、显微热电动势法、中子活化法和微束测试法等,研究矿物的界面性质、结构和强度特性,以确定其解离效应。根据矿石矿物组成和矿物的工艺特性,矿物分离法和仪器测定法可联合使用,如将矿石化学处理、分离富集、显微镜测定几种方法联合,对矿物含量低、组成复杂、粗度细的矿石较为合适,测定结果准确有效。 光学显微镜测定法遵循镜下矿物定量原则,可采用颗粒法(点测法)、线测法和面测法。测定时分别统计测算各种矿物的单体、连生体的数量。连生体颗粒的连生比用体积百分量或分数表示,一般划分为>3/4、3/4~2/4、2/4~1/4和1/4等四级;根据矿石及工艺要求,也可划分更多的级别。测量后以矿物单体数量占该矿物的百分率表示,并可根据选矿工艺的需要计算各种矿物解离参数,分析不同磨矿粒度分选矿物的理想指标。
在磨矿制片上测量矿物解离时,平面切割矿片中被随机切割的连生体颗粒可呈现为单体颗粒,而单体永远不能切割为连生体,其实测结果总是连生体机率偏少,解离度偏高。因而对具体矿物应有相应的连生体校正系数。尚无统一而有效的校正系数,可暂不校正,只给出实测结果。如有校正应同时列出校正前后的结果,并列出校正公式。 当产品中矿物量大于10%时,测量矿物颗粒数应达到200颗;含量为1%~10%时,测量矿物颗粒数应达100颗;0.1%~1%时测量矿物颗粒达50颗,其测算结果的可信度可达90%以上。矿物含量小于0.1%时测量矿物颗粒较少,仅能作为半定量结果。