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選礦工程
,创建页面，内容为“{| class="wikitable" style="float:right; margin: -10px 0px 10px 20px; text-align:left" |<center>'''選礦工程'''<br><img src="http://www.vicstar.net/Upload/zh-cn/2…”
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|<center>'''選礦工程'''<br><img src="http://www.vicstar.net/Upload/zh-cn/2014/9/20140917052031959.jpg" width="280"></center><small>[http://www.vicstar.net/category.aspx?nid=13 圖片來自vicstar]</small>
|}
'''选矿工程'''的研究内容是将低品位的矿物进行加工、提纯，主要目的是提高矿物的品位，去除矿物的杂质，例如去除煤炭中的灰分、硫、磷等杂质。选矿工程的对象主要有金属矿石、煤炭等，选矿的手段主要是物理方法和化学方法。<ref>[http://www.vicstar.net/category.aspx?nid=13 > 选矿工程]，vicstar</ref>
==物理分選==
===重力分選===
利用不同礦物比重差異的物理性質，將礦物富集的方法，即為重力選礦法或比重選礦法。
水流選礦法
* 絕對法--僅利用不同礦物自身[[比重]]的差異，使輕於重液的礦物上浮，重於重液的礦物反之，以達到分離。如此僅用重液浮力的選礦法稱之。
* 相對法"（多種力量法）"
不僅以礦物的比重差異為主要分離依據，且就其礦粒大小與形狀之不同，在流體中之所受摩擦阻力所產生之影響為輔助因素，使其分離富集。此法運用多種力量。
此類選礦方法都在水流中進行，所以又稱為'''水流選礦法'''。依水流方向可分為：
# 垂直流選礦法--係利用昇或降流水流選礦
# 平流選礦法--利用與平行於分離面的水流選礦，如洗桌選礦法。
雖然在理論上分離之礦石粒度不受限制，但粒度過小，在重液中之沉降速度變小，或受重液黏滯影響，實際上無法達到目的。因此此種選礦法除受到礦物之比重差與重液之比重外，處理之礦石粒度與重液之黏性也是重要的因素。
一般重力方式處理之粒度下限為2-3mm，常用之上限為30-50[[mm]]，大者可達100mm以上，而離心式重液選礦則可處理下限0.5mm，上限為 20mm左右之礦粒。
礦石之比重大都大於水，因此選用重液密度都大於水，所以稱為重液選礦法[''Heavy Medium Separation'']。其產品為浮起或下 沉，故又稱為浮沉選礦法[''Sink and Float Process'']。
所使用之重液有兩種：
* 真重液：為真正溶液，可為是各種可溶性大的[[鹽類]]所溶成的溶液，例如[[氯化鋅]][[溶液]]，也可以是高比重之[[有機]]溶液，例 如[[四氯化碳]]、四溴乙烷等。此類重液可保持長時間的物理穩定性，價格較貴，有腐蝕性與毒性，因此很少 在大量生產操作中使用，僅用於實驗室之研究工作中。
* 擬重液為一種懸浮液，由水與懸浮於其中之微細固粒為[[介質]]所構成，由於細微固粒懸浮之穩定性不易保持，須有適當之裝置使其保持，其作用殆與真重液無異。價格較便宜，且可回收再使用，無毒性與腐蝕性，實際應用於工業操作 上。
擬重液與均質真重液不同點在於，其比重和粘性可以隨加重質的性質和含量不同而變化。擬重液的比重、粘度和穩定性三方面性質是互有關聯的。其中比重是決定分離的關鍵因素，但是對實際的分離和穩 定性有影響的卻是擬重液的粘性。
===磁力分選===
在眾多的礦物中，有些礦物具有被磁鐵吸引的性質(即是具有[[磁性]])，其被吸引之強度是受到礦物本身的性質、磁鐵的強度以及兩者相距之距離所支配。用礦物磁性之有無而分選礦物之方法稱為磁力選礦法。
磁選主要用來分選或精選磁鐵礦、磁硫鐵礦以及鈦鐵礦等強磁性礦物也可用強磁磁選機分選含鎳礦物、氧化錳礦等。工業礦物中所含少量 鐵礦物或含鐵礦物之去除也是磁選的主要應用之一。
另外由於強磁磁選機之不斷開發，將來有可能利用反磁性物之性質進行磁選分離。
* [[反磁性]]物：金屬[[鉍]]
* [[順磁性]]物：為磁鐵所吸，即會被吸引至[[磁場]]強度較大處。
* 強磁性(Ferromagnetic)礦物：[[磁鐵礦]]、[[鈦鐵礦]]等磁性較強的礦物。
* 弱磁性(Weakly Magnetic)礦物：[[赤鐵礦]]，[[菱鐵礦]]
* 非磁性(Nonmagnetic)礦物：而脈石如[[石英]]、[[石灰石]]等的磁性非常微弱
礦物之磁性強度可由殘留磁<math> J </math>與帶磁率<math> K </math>來決定。礦物磁性愈強愈容易被磁極所吸引。同一磁性之礦物其粒度越大感應所生成之[[磁距]]<math>M</math> 也越大(<math>M=JV</math>)， 且越容易被吸引，但其粒度卻與重量有關。因此粒度也不能大過作用於它的磁力。在實際的操作上，以 '''1-5mm 左右'''之礦粒大小為最適宜。
====原理====
* 磁極強度是以磁束密度<math>B</math>來表示，磁極愈強愈容易將礦粒吸引。磁選機所使用的磁極有永久磁鐵與電磁極兩種。
* 礦粒被磁極吸引的作用力是依[[庫侖定律]]。若所使用的為兩[[平極]]，兩極間各處磁力強度均勻， 在兩磁極間之礦粒不易移動，因此要使礦粒吸引至磁極，必須考慮磁極之強度要產生差異，將其中一極之形狀改成尖狀極''(V- Shaped Pole)''， 則靠尖狀處之磁 力較強，成為一極集中磁場。另外也可在一極上夾入無磁性之材料，相間疊作成層狀極也能集中磁力，此型多用於轉輪磁極。
物質的[[感磁係數]]與[[導磁係數]]均可用實驗測定，或測定其一，並求出另一數值。此性質，對磁力選礦至關重要。
靜電選礦機主要有：
# 板式：帶電荷之礦物在分別帶正電荷及負電荷兩極板之間落下，由於同性電荷者相拒，異性電荷相吸，使帶不同電荷之礦物分開。
# 筒式：給礦接觸帶電轉筒''[Electrified Roll]''後，電導性礦物即由轉筒傳得相同的電荷，整個礦粒所帶的電荷與轉筒者相同，因此被排斥，乃落至導體礦物槽中。非電導性礦物則只與筒接觸的部份才帶與筒相同的電荷，其他部份由於誘導作，皆帶與筒相異的電荷，因 此非電導性礦物礦粒整體而言。不但無相拒作用，且有相吸之力，乃落入非導體礦物槽中。有在轉筒的前方另置一固定筒，並使帶與轉筒 相異的電荷，以吸引電導性礦物，增大其行程者，此為雙筒靜電選礦機。亦有在轉筒前置電極使轉筒生誘導電者。
* 高壓電力選礦機：在帶電筒前方置放電電極，其[[電壓]]一般用16000~30000[[伏特]]。礦物接受放電而帶[[電荷]]，被帶異電荷之轉筒所吸引。[[電導性]]礦物接觸轉筒後電荷中和，隨又帶與轉筒之同性電，因此被排斥落下。
非電導性礦物則只有當接觸到轉筒，其電荷才被中和，並帶與轉筒相同電荷。大部份未接觸到轉筒的部份仍帶異性電荷，故被吸引，跟著轉筒旋轉，直至轉筒後方被刷子刷下。
===浮選===
浮選，最重要的分選方法，其在西元 1906 年被申請專利。浮選主要根據礦物表面性質不同，以達到分選的目的。
最早被用來處理硫化 礦物，而近年來已廣為應用於[[氧化]]礦物、[[非金屬]]礦物、或廢水處理等方面。
====原理====
礦物的可浮性與其"對水的親和力大小"<math>F</math>有關。如<math>F</math>大，則礦物容易為水所潤濕，因此難附著在氣泡上。相反的，<math>F</math>小，亦即表面為疏水性，易與氣泡黏結而上浮。
此等因礦物表面性質而造成顆粒上浮的難易稱之為"可浮性" 。
大部分的礦物均為親水性，僅少部分的礦物如：[[石墨]]、[[硫磺]] 輝鉬礦、[[金剛石]]、[[滑石]]、[[煤]]等為天然浮起性礦物。
浮選即為利用'''礦物表面性質與氣泡黏附之差異性'''而達到分 選的目的。
浮選方法建立在[[固體]]"(礦粒)"、[[液體]]"(溶液)"、[[氣體]]"(氣泡)"三相界面關係上。
首先在浮選槽中加入礦粒及水形成礦漿。礦粒的表面有效的[[陽離子]][[格點]]在 水中遇水，水化產生[[水合物]]。這些水合物的多寡與主控的 [[pH]] 值有密切的關係。當捕集劑（見下文）加入後，捕集劑的極性基會吸附在礦粒表面水合物 上，而另一端疏水性的非極性基則朝向外側。吸附的種類有二：
# 物理性吸附-為正負離子以[[凡得瓦爾力]]吸引，
# 化學性吸附-以[[共價鍵]]形成[[化合物]]
礦粒表面如有足夠的格點並吸附有足夠的捕集劑，會使得礦粒表面形成[[疏水]]性。
礦粒因攪拌作用而游走浮選槽內，須與氣泡碰撞而產生黏結。若未產生'''碰撞'''，則浮選不可能成功。當礦粒與氣泡相接近時，會將二者之間的液體排出而 形成一個液體薄膜。此薄膜若是穩定，則礦粒無法沾附在氣泡表面。形成疏水性之礦粒有助於造成[[薄膜]]的不穩定而破損，礦粒因而沾 附在氣泡上，並成穩定'''三相平衡'''。此時氣泡帶著礦粒上浮。
在上浮的過程中，如遇過大渦流所產生的[[離心力]]、減切力而劇烈的變形震動等，仍會造成礦粒脫離。
====浮選的藥劑====
浮選的藥劑依其功能可分為：
# '''起泡劑'''：起泡劑通常為[[有機]]物，其功用在提高氣泡的穩定性與壽命，使氣泡升至礦漿表面時不會立即破滅。常用的起泡劑有[[松節油]]、[[戊醇]]、[[甲酚]]等。
# '''捕集劑'''：通常亦為異極性之有機物，其分子有[[極性]]基與非極性基，極性基與礦物發生作用，非極性基則為疏水性，從而提高礦物表面疏水性。使欲上浮的礦粒易附著於氣泡上。一般常用者為化學捕集劑，如[[陰離子]]捕集劑包括[[脂肪酸]]、皂類、黃酸鹽等。[[陽離子]]捕集劑包括[[有胺類]]等。
# '''調整劑'''：有促進或消除某捕集劑對某礦物的作用，其包括有活性劑、[[抑制劑]]、[[清潔劑]]等。
== 參考文獻 ==
{{reflist}}
[[Category: 450 礦冶總論]]
|<center>'''選礦工程'''<br><img src="http://www.vicstar.net/Upload/zh-cn/2014/9/20140917052031959.jpg" width="280"></center><small>[http://www.vicstar.net/category.aspx?nid=13 圖片來自vicstar]</small>
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'''选矿工程'''的研究内容是将低品位的矿物进行加工、提纯，主要目的是提高矿物的品位，去除矿物的杂质，例如去除煤炭中的灰分、硫、磷等杂质。选矿工程的对象主要有金属矿石、煤炭等，选矿的手段主要是物理方法和化学方法。<ref>[http://www.vicstar.net/category.aspx?nid=13 > 选矿工程]，vicstar</ref>
==物理分選==
===重力分選===
利用不同礦物比重差異的物理性質，將礦物富集的方法，即為重力選礦法或比重選礦法。
水流選礦法
* 絕對法--僅利用不同礦物自身[[比重]]的差異，使輕於重液的礦物上浮，重於重液的礦物反之，以達到分離。如此僅用重液浮力的選礦法稱之。
* 相對法"（多種力量法）"
不僅以礦物的比重差異為主要分離依據，且就其礦粒大小與形狀之不同，在流體中之所受摩擦阻力所產生之影響為輔助因素，使其分離富集。此法運用多種力量。
此類選礦方法都在水流中進行，所以又稱為'''水流選礦法'''。依水流方向可分為：
# 垂直流選礦法--係利用昇或降流水流選礦
# 平流選礦法--利用與平行於分離面的水流選礦，如洗桌選礦法。
雖然在理論上分離之礦石粒度不受限制，但粒度過小，在重液中之沉降速度變小，或受重液黏滯影響，實際上無法達到目的。因此此種選礦法除受到礦物之比重差與重液之比重外，處理之礦石粒度與重液之黏性也是重要的因素。
一般重力方式處理之粒度下限為2-3mm，常用之上限為30-50[[mm]]，大者可達100mm以上，而離心式重液選礦則可處理下限0.5mm，上限為 20mm左右之礦粒。
礦石之比重大都大於水，因此選用重液密度都大於水，所以稱為重液選礦法[''Heavy Medium Separation'']。其產品為浮起或下 沉，故又稱為浮沉選礦法[''Sink and Float Process'']。
所使用之重液有兩種：
* 真重液：為真正溶液，可為是各種可溶性大的[[鹽類]]所溶成的溶液，例如[[氯化鋅]][[溶液]]，也可以是高比重之[[有機]]溶液，例 如[[四氯化碳]]、四溴乙烷等。此類重液可保持長時間的物理穩定性，價格較貴，有腐蝕性與毒性，因此很少 在大量生產操作中使用，僅用於實驗室之研究工作中。
* 擬重液為一種懸浮液，由水與懸浮於其中之微細固粒為[[介質]]所構成，由於細微固粒懸浮之穩定性不易保持，須有適當之裝置使其保持，其作用殆與真重液無異。價格較便宜，且可回收再使用，無毒性與腐蝕性，實際應用於工業操作 上。
擬重液與均質真重液不同點在於，其比重和粘性可以隨加重質的性質和含量不同而變化。擬重液的比重、粘度和穩定性三方面性質是互有關聯的。其中比重是決定分離的關鍵因素，但是對實際的分離和穩 定性有影響的卻是擬重液的粘性。
===磁力分選===
在眾多的礦物中，有些礦物具有被磁鐵吸引的性質(即是具有[[磁性]])，其被吸引之強度是受到礦物本身的性質、磁鐵的強度以及兩者相距之距離所支配。用礦物磁性之有無而分選礦物之方法稱為磁力選礦法。
磁選主要用來分選或精選磁鐵礦、磁硫鐵礦以及鈦鐵礦等強磁性礦物也可用強磁磁選機分選含鎳礦物、氧化錳礦等。工業礦物中所含少量 鐵礦物或含鐵礦物之去除也是磁選的主要應用之一。
另外由於強磁磁選機之不斷開發，將來有可能利用反磁性物之性質進行磁選分離。
* [[反磁性]]物：金屬[[鉍]]
* [[順磁性]]物：為磁鐵所吸，即會被吸引至[[磁場]]強度較大處。
* 強磁性(Ferromagnetic)礦物：[[磁鐵礦]]、[[鈦鐵礦]]等磁性較強的礦物。
* 弱磁性(Weakly Magnetic)礦物：[[赤鐵礦]]，[[菱鐵礦]]
* 非磁性(Nonmagnetic)礦物：而脈石如[[石英]]、[[石灰石]]等的磁性非常微弱
礦物之磁性強度可由殘留磁<math> J </math>與帶磁率<math> K </math>來決定。礦物磁性愈強愈容易被磁極所吸引。同一磁性之礦物其粒度越大感應所生成之[[磁距]]<math>M</math> 也越大(<math>M=JV</math>)， 且越容易被吸引，但其粒度卻與重量有關。因此粒度也不能大過作用於它的磁力。在實際的操作上，以 '''1-5mm 左右'''之礦粒大小為最適宜。
====原理====
* 磁極強度是以磁束密度<math>B</math>來表示，磁極愈強愈容易將礦粒吸引。磁選機所使用的磁極有永久磁鐵與電磁極兩種。
* 礦粒被磁極吸引的作用力是依[[庫侖定律]]。若所使用的為兩[[平極]]，兩極間各處磁力強度均勻， 在兩磁極間之礦粒不易移動，因此要使礦粒吸引至磁極，必須考慮磁極之強度要產生差異，將其中一極之形狀改成尖狀極''(V- Shaped Pole)''， 則靠尖狀處之磁 力較強，成為一極集中磁場。另外也可在一極上夾入無磁性之材料，相間疊作成層狀極也能集中磁力，此型多用於轉輪磁極。
物質的[[感磁係數]]與[[導磁係數]]均可用實驗測定，或測定其一，並求出另一數值。此性質，對磁力選礦至關重要。
靜電選礦機主要有：
# 板式：帶電荷之礦物在分別帶正電荷及負電荷兩極板之間落下，由於同性電荷者相拒，異性電荷相吸，使帶不同電荷之礦物分開。
# 筒式：給礦接觸帶電轉筒''[Electrified Roll]''後，電導性礦物即由轉筒傳得相同的電荷，整個礦粒所帶的電荷與轉筒者相同，因此被排斥，乃落至導體礦物槽中。非電導性礦物則只與筒接觸的部份才帶與筒相同的電荷，其他部份由於誘導作，皆帶與筒相異的電荷，因 此非電導性礦物礦粒整體而言。不但無相拒作用，且有相吸之力，乃落入非導體礦物槽中。有在轉筒的前方另置一固定筒，並使帶與轉筒 相異的電荷，以吸引電導性礦物，增大其行程者，此為雙筒靜電選礦機。亦有在轉筒前置電極使轉筒生誘導電者。
* 高壓電力選礦機：在帶電筒前方置放電電極，其[[電壓]]一般用16000~30000[[伏特]]。礦物接受放電而帶[[電荷]]，被帶異電荷之轉筒所吸引。[[電導性]]礦物接觸轉筒後電荷中和，隨又帶與轉筒之同性電，因此被排斥落下。
非電導性礦物則只有當接觸到轉筒，其電荷才被中和，並帶與轉筒相同電荷。大部份未接觸到轉筒的部份仍帶異性電荷，故被吸引，跟著轉筒旋轉，直至轉筒後方被刷子刷下。
===浮選===
浮選，最重要的分選方法，其在西元 1906 年被申請專利。浮選主要根據礦物表面性質不同，以達到分選的目的。
最早被用來處理硫化 礦物，而近年來已廣為應用於[[氧化]]礦物、[[非金屬]]礦物、或廢水處理等方面。
====原理====
礦物的可浮性與其"對水的親和力大小"<math>F</math>有關。如<math>F</math>大，則礦物容易為水所潤濕，因此難附著在氣泡上。相反的，<math>F</math>小，亦即表面為疏水性，易與氣泡黏結而上浮。
此等因礦物表面性質而造成顆粒上浮的難易稱之為"可浮性" 。
大部分的礦物均為親水性，僅少部分的礦物如：[[石墨]]、[[硫磺]] 輝鉬礦、[[金剛石]]、[[滑石]]、[[煤]]等為天然浮起性礦物。
浮選即為利用'''礦物表面性質與氣泡黏附之差異性'''而達到分 選的目的。
浮選方法建立在[[固體]]"(礦粒)"、[[液體]]"(溶液)"、[[氣體]]"(氣泡)"三相界面關係上。
首先在浮選槽中加入礦粒及水形成礦漿。礦粒的表面有效的[[陽離子]][[格點]]在 水中遇水，水化產生[[水合物]]。這些水合物的多寡與主控的 [[pH]] 值有密切的關係。當捕集劑（見下文）加入後，捕集劑的極性基會吸附在礦粒表面水合物 上，而另一端疏水性的非極性基則朝向外側。吸附的種類有二：
# 物理性吸附-為正負離子以[[凡得瓦爾力]]吸引，
# 化學性吸附-以[[共價鍵]]形成[[化合物]]
礦粒表面如有足夠的格點並吸附有足夠的捕集劑，會使得礦粒表面形成[[疏水]]性。
礦粒因攪拌作用而游走浮選槽內，須與氣泡碰撞而產生黏結。若未產生'''碰撞'''，則浮選不可能成功。當礦粒與氣泡相接近時，會將二者之間的液體排出而 形成一個液體薄膜。此薄膜若是穩定，則礦粒無法沾附在氣泡表面。形成疏水性之礦粒有助於造成[[薄膜]]的不穩定而破損，礦粒因而沾 附在氣泡上，並成穩定'''三相平衡'''。此時氣泡帶著礦粒上浮。
在上浮的過程中，如遇過大渦流所產生的[[離心力]]、減切力而劇烈的變形震動等，仍會造成礦粒脫離。
====浮選的藥劑====
浮選的藥劑依其功能可分為：
# '''起泡劑'''：起泡劑通常為[[有機]]物，其功用在提高氣泡的穩定性與壽命，使氣泡升至礦漿表面時不會立即破滅。常用的起泡劑有[[松節油]]、[[戊醇]]、[[甲酚]]等。
# '''捕集劑'''：通常亦為異極性之有機物，其分子有[[極性]]基與非極性基，極性基與礦物發生作用，非極性基則為疏水性，從而提高礦物表面疏水性。使欲上浮的礦粒易附著於氣泡上。一般常用者為化學捕集劑，如[[陰離子]]捕集劑包括[[脂肪酸]]、皂類、黃酸鹽等。[[陽離子]]捕集劑包括[[有胺類]]等。
# '''調整劑'''：有促進或消除某捕集劑對某礦物的作用，其包括有活性劑、[[抑制劑]]、[[清潔劑]]等。
== 參考文獻 ==
{{reflist}}
[[Category: 450 礦冶總論]]