矿物加工工程专业实验指导书

《矿 物 加 工 实 验 技 术》

实 验 指 导 书

武 汉 工 程 大 学 环 境 与 城 市 建 设 学 院

二00四年六月

目 录

实验守则

一、 细粒物料粒度组成筛分分析 二、 物料可磨度测定

三、 松散物料密度组成测定及数据分析 四、 异类粒群悬浮分层的规律研究 五、 细粒物料螺旋分选 六、 摇床分选 七、 物料的静电分选 八、 磁性物料的分选回收 九、 散体物料磁性物含量测定 十、 材料表面润湿接触角测定 十一、最大泡压法测定液体的表面张力 十二、小浮选实验 十三、微细矿物油团分选 十四、悬浮液絮凝沉降特性研究 十五、悬浮液过滤特性试验 十六、简振系统动力学试验

（一） 细粒物料粒度组成筛分分析

一、试验目的

学习使用振筛机对松散细粒物料进行干法筛分的方法；学习筛分数据的处理及分析方法，研究、确定、分析物料的粒度组成及分布特性；学习、训练利用筛分试验结果数学分析及粒度特性曲线分析。 二、基本原理

松散物料的筛分过程主要包括两个阶段：

1. 易于穿过筛孔的颗粒和不能穿过筛孔的颗粒所组成的物料层到达筛面； 2. 易于穿过筛孔的颗粒透过筛孔。

实现这两个阶段，物料在筛面上应具有适当的相对运动，一方面使筛面上的物料层处于松散状态，物料层将按粒度分层，大颗粒位于上层，小颗粒位于下层，易于到达筛面，并透过筛孔；另一方面，物料和筛子的运动都促使堵在筛孔上的颗粒脱离筛面，有利于其它颗粒透过筛孔。

松散物料中粒度比筛孔尺寸小得多的颗粒在筛分开始后，很快透过筛孔落到筛下产物中，粒度与筛孔尺寸愈接近的颗粒（难筛粒），透过筛孔所需的

振筛机 时间愈长。

一般，筛孔尺寸与筛下产品最大粒度具有如下关系

式中 d

最大

d最大?K?D （1-1）

——筛下产品最大粒度，mm；

D——筛孔尺寸，mm； K——形状系数。

K值表 孔形 K值 圆形 0.7 方形 0.9 长方形 1.2~1.7 通常用筛分效率E来衡量筛分效果，其表示如下：

E??(???)?(???) （1-2）

式中 E——筛分效率，％；

?——入料中小于规定粒度的细粒含量，％；

?——筛下物中小于规定粒度的细粒含量，％；

?——筛上物中小于规定粒度的细粒含量，％。

三、仪器设备及材料

1. 振筛机一台，摇动次数221次/min，振动次数147次/min；振筛仪1台； 2. 标准套筛，直径200mm，孔径0.5、0.25、0.125、0.075、0.045mm的筛子各

一个，底、盖一套；

3. 托盘天平一台，称量200~500g，感量0.2~0.5g； 4. 中号搪瓷盘6个，中号搪瓷盆6个；大盆2个；

5. -0.5mm散体矿样若干（煤泥、石英沙、磁铁粉各400g）； 6. 制样铲、毛刷、试样袋。 四、实验步骤与操作技术

（以煤泥干法筛分为例，湿法小筛分仅做演示） 1. 学习设备操作规程，熟悉实验系统；

2. 接通电源，打开振筛机电源开关，检查设备运行是否正常；确保实验过程的

顺利进行及人机安全；

3. 将烘干散体试样缩分并称取80g；

4. 将所需筛孔的套筛组合好，将试样倒入套筛；

5. 把套筛置于振筛机上，固定好；开动机器，每隔5min停下机器，用手筛检查

一次。检查时，依次由上至下取下筛子放在搪瓷盘上用手筛，手筛1分钟，筛下物的重量不超过筛上物重量的1％，即为筛净。筛下物倒入下一粒级中，各粒级都依次进行检查；

6. 筛完后，逐级称重，将各粒级产物缩分制成化验样，装入试样袋送往化验室

进行必要的分析；

7. 关闭总电源，整理仪器及实验场所；

8. 实验指导教师进行湿法筛分的过程演示及注意事项讲解。 五、数据处理、实验报告

1. 将试验数据和计算结果按规定填入散体物料筛分试验结果表中。 2. 误差分析：

3. 筛分前试样重量与筛分后各粒级产物重量之和的差值，不得超过筛分前煤样

重量的2.5％，否则试验应重新进行。 4. 算各粒级产物的产率，%；

5. 绘制粒度特性曲线： 直角坐标法（累积产率或各粒级产率为纵坐标，粒度为

横坐标）、半对数坐标法（累积产率为纵坐标，粒度的对数为横坐标）、全对数法坐标法（累积产率的对数为纵坐标，粒度的对数为横坐标 ）； 6. 分析试样的粒度分布特性；

7. 编写实验报告。

表1.1 松散物料筛分试验结果记录表

试样名称______ 试样粒度______毫米 试样重量____克

试样来源______ 试样其它指标： 试验日期_____ 粒度 mm +0.5 0.5~0.25 0.25~0.125 0.125~0.074 0.074~0.045 -0.045 合计 误差分析 网目 重量 g 产率 % 正累积 % 负累积 % 试验人员： 日期： 指导教师签字：

六、思考题

1. 影响筛分效果的因素有哪些？湿法与干法筛分的效率有何差别？

2. 如何根据累积粒度特性曲线的几何形状对粒度组成特性进行大致的判断？ 3. 举出几种其它的微细物料粒度分析方法，并说明其基本原理和优缺点； 4. 查阅文献，举出几种常用的超细粉体分级设备，简述其原理及特点；

教学指导

1. 引导学生对筛分效率公式中各指标实际意义的理解；介绍限上率和限下率的

概念；

2. 让学生讨论只进行细粒级的检查是否可以？此问题的讨论主要让学生进一步

理解难筛粒的概念；

3. 引导学生结合数理统计、及高等数学知识分析频率曲线和累积粒度曲线的数

学关系、正负累积的数学关系；

4. 适当介绍常用的粒度分布方程并分析各自的特点；

5. 建议感兴趣的同学验证Rosin-Rammier方程，并确定所研究物料的均匀常数。

?R（x)?exp?????x??????x??a???nRosin-Rammier方程

R(X)为筛上累积；x、xa、 分别为颗粒大小及筛下累积

百分率为63.2%时的颗粒尺寸；n为被测物料的特征常数，也称均匀性常数。

（二） 物料可磨度测定试验

一、实验目的

了解实验室磨碎设备的基本原理和结构，学习物料可磨度的常用评价方法，掌握绝对可磨度的测定方法，训练磨矿数据的处理、分析能力。 二、基本原理

用所测出的磨矿设备单位容积生产能力或单位耗电量的绝对值来度量物料的可磨度，叫绝对可磨度。

开路法是将一定数量的平行试样在所需的磨矿条件下，依次分别进行不同时间的磨矿，然后将每次的磨矿产物用套筛进行筛分，建立磨矿时间与磨矿产品各粒级累积产率的关系，从而找出将物料磨到目标细度（如按-75微米含量计算）所需要的磨矿时间T。

磨机的单位生产能力即绝对可磨度，有两种表示方式： 1）按给料量计算，可表示为：

q?60GVT???????

其中?：?

ｑ＿在指定的给料和产品粒度下，按给料量计算的单位容积生产能力（?ｇ／

１?ｈ）；?

Ｇ＿试样原始重量，?ｇ；???试验用磨矿机体积（?）；?

??磨到目标细度所需要的磨矿时间min；?

2）按单位容积新生的目标细度（如-75微米）产品计算应为：

q?75?60G??75100VT????

ｑ????按新生???微米产品量计算的单位容积生产能力??g/1.h；??????新生???微米含量，（?）。?

三、仪器设备与材料

1. 仪器：实验室磨机、标准套筛、振筛机、天平

2. 工具：试样盘（盆）6，毛刷1、试样铲1、缩分器1、缩分板2、秒表 3. 材料：3~0.5毫米无烟煤（磁铁矿、铜矿、石灰石、蒙脱石）2Kg、试样袋 四、实验步骤与操作技术

1. 学习设备的操作规程；检查所用磨矿设备是否运转正常，确保实验过程的顺利进行和人机安全。

2. 缩制3份平行样（烘干样），每份100克待用；

3. 依次将每份试样装入磨机进行磨碎，磨碎时间分别为T1、T2、T3分钟； 4. 将磨矿产品全部清理收集，用标准套筛筛分； 5. 对每一层筛上物进行称重，记录相关数据；

6. 注意事项：实验过程应保证每次磨矿入料的性质、磨矿条件的平行；每次磨

矿结束应将磨矿机清理干净，磨矿产品全部进行筛分； 7. 清理实验设备，整理实验场所。 五、数据处理及实验报告

a. 将实验数据记录于下表；

磨碎实验数据记录表

样品名称： 样品粒度范围： 序号 磨碎时间T（min） 产率 粒度级mm 合计 入料重量g 误差 重量 g 1 2 重量 g 3 产率% 重量g 产率% 产率% 实验人员： 日期： 指导教师签字： b. 计算目标产品的产率，分析物料粒度组成与磨矿时间的变化关系； c. 绘制-75微米的产率与磨矿时间的关系曲线； d. 计算ｑ???； e. 编写实验报告。 六、思考题

1. 本实验过程中，如何保证各次磨矿结果的可比性？

2. 参考相关文献，试列举几种其他的物料可磨度评价与测定方法。 3. 解释闭路磨矿和开路磨矿的概念及两种磨矿方式的特点。 4. 影响磨矿效果的因素有哪些。 教学讨论：

1. 向学生介绍磨介级配的概念及意义。 2. 引导学生注意对磨碎理论的理解与认识。

(三)粒群密度组成与重选可选性分析

一、试验目的与意义

学习粒群密度组成测定的基本原理与方法；了解浮沉液的配制方法；学习浮沉数据的处理与重选可选性曲线的绘制、分析方法。 二、基本原理

当散体物料置于一定密度的重液中时，根据阿基米德定律，密度大于重液密度的颗粒将下沉（沉物），密度小于重液的颗粒则上浮（浮物），密度与重液密度逼近或相同的颗粒处于悬浮状态。对重力选矿来说，矿石密度与矿石品位之间具有很强的相关性，这也是采用重力分选获得较高品位（质量）矿物产品的依据。根据上述原理，使用特制的工具在不同密度的重液中捞起不同密度物料的的试验即为浮沉试验。浮沉实验根据所处理的粒度范围分为小浮沉和大浮沉。

对重力选矿来说，矿样可按下列密度分成不同密度级：1.30、1.40、1.50、1.60、1.70、1.80、2.00kg/L….。

重液密度可依据下式计算（密度瓶法）：

??G3?G1G2?G1??w

式中

G1——空密度瓶重量，kg；

G2——注水后密度瓶与水的总重量，kg；

G3——注满待测重液时密度瓶和待测重液的总重量，kg； ?——待测重液的密度，kg/L； ?w——水的密度（取1），kg/L。 也可用密度计直接测量。 三、仪器设备及材料

1. 浮沉试验主要设备：密度计（1套）、台秤（1公斤）、大浮沉器具（1套）、小

浮沉器具（1套）、天平（1套）；

2. 6－3mm级浮沉试样4公斤；-0.5毫米煤泥60克； 3. 中号试样盘（盆）若干；

4. 氯化锌、四氯化碳、苯（或三溴甲烷）。 密度计使用示例

四、实验步骤与操作技术

（以测定煤炭密度组成的大浮沉为例，小浮沉由实验员演示）

1. 重液配置

煤炭浮沉试验常用氯化锌配制重液，其优点是易溶于水、易配制、价廉等，缺点是腐蚀性较大。

配制各种密度的氯化锌重液可参考表3.1进行，并用密度计反复测量，使重液密度准确到0.003kg/L。

2. 将已配制的重液装入重液桶并按密度大小顺序排列，桶中重液的液面不低于桶上缘350mm。最低密度重液分别装入两个重液桶，一个作浮沉试验用，另一个作为缓冲液（考虑为什么？）。

表3.1 重液配制表 药剂 重液密度 Kg/l 1.3 1.4 1.5 1.8 2.0 水、氯化锌 水溶液中氯化锌重量百分比 % 31 39 46 52 63 四氯化碳、苯 四氯化碳和苯 体积，% 四氯化碳 60 74 89 苯 40 26 11 四氯化碳、三溴甲烷 四氯化碳和三溴甲烷 体积，% 四氯化碳 98 79 59 三溴甲烷 2 21 41 3. 称4kg煤样放入网底桶内，用水洗净附着在煤块上的煤泥，滤去洗水 再进行浮沉试验。收集冲洗出的煤泥水，用澄清法或过滤法回收煤泥，然后干燥称重，此煤泥称为浮沉煤泥。

4. 将网底桶（装有洗好的煤样）放入缓冲液中浸润一下，提起并斜放在桶边上滤尽重液，再放入做浮沉用的最低密度的重液桶内，用木棒轻轻搅动或将网底桶缓缓地上下移动，然后使其静止分层，分层时间不少于下列规定：

A．粒度大于25mm时，分层时间为1~2min； B．最小粒度为3mm时，分层时间为2~3min； C．最小粒度为1~0.5mm时，分层时间为3~5min。

5. 小心地用捞勺按一定方向捞取浮物。捞取深度不得超过100mm。捞取时应注意勿使沉物搅起混入浮物中。待大部分浮物捞出后，再用木棒搅动沉物，然后仍按上述方法捞取浮物，反复操作直到捞尽为止。捞出的浮物倒入盘中，并做好标记。

6. 把装有沉物的网底桶缓慢提起，斜放在桶边上滤尽重液，再放入下一个密度的重液桶中，用同样方法逐次按密度顺序进行。直到该煤样全部试验完为止，最后将沉物倒入盘中。

7. 各密度级产物分别滤去重液，用水冲尽产物上残存的重液（最好用热水冲洗）。然后放入温度不高于100?C的干燥箱内干燥，干燥后取出冷却，达到空气干燥状态再进行称重。

注意事项:

(1) 浮沉试验所用重液是具有腐蚀性的液体，在配制重液和进行试验过程中应避

免与皮肤接触，要戴眼镜、穿胶鞋、围胶皮围裙等。

(2) 在整个试验过程中应随时用密度计测量和调整重液的密度，保证重液密度值的准确。

(3) 试验中注意回收氯化锌溶液。

(4) 浮沉顺序一般是从低密度级向高密度级进行。如果煤样中含有易泥化的矸石或高密度物含量多时，可先在最高密度重液内浮沉。捞出的浮物仍按由低密度到高密度顺序进行浮沉。

8. 小浮沉试验过程演示（实验员讲解、操作）。 五、试验数据的记录及整理

1. 各密度级产物和煤泥烘干后分别称重，将数据记入表中；

2. 将各级产物和煤泥分别缩制成分析煤样，测定其灰分；当原煤硫分超过1.5％时，各密度级产物应测定全硫。

浮沉试验报告表

浮沉试验编号： 试验日期： 年 月 日 煤样粒级： mm 煤样灰分： ％ 全硫：Sr.d ％ 煤样重量： kg 密度级 Kg/l <1.3 1.3~1.4 1.4~1.5 1.5~1.6 1.6~1.8 >1.8 合计 浮沉煤泥 总计 重量 kg 产率 占本级 占全样 质量 灰分% 浮物，% 累积 沉物，% +0.1含量 % 1. 误差分析：

1）数量误差分析：浮沉试验前空气干燥状态的煤样，重量与浮沉试验后各密度级产物的空气干燥状态重量之和的差值，不得超过浮沉试验前煤样重量的2％，否则该试验应重新进行。

2）质量指标误差分析（不同对象对应有不同的要求，具体请参考有关标准）。 2. 绘制可选性曲线：说明每条曲线的物理意义及使用方法； 3. 编写实验报告。 六、思考题

1. 小浮沉使用离心机的目的是什么？举例说明离心分离在固液分离领域的其它应用。

2. 浮沉试验在重选生产实践中有哪些作用？

3. 查阅文献，加强对理论分选密度、实际分选密度、错配物、分配率、+0.1含量等概念的理解。

4. 设计：设计一套考察某重选（重介旋流器、跳汰机等）设备分选效率的实验方案，绘制工作流程图，给出各环节的注意事项。

教学讨论：

1. 本实验的操作过程比较简单，强调注意事项后，将重点放在数据处理与分析

上（手工绘制可选性曲线）。

2. 对几种常用的可选性曲线类型进行介绍：亨利曲线、迈耶尔曲线、米特罗方

诺夫曲线。

3. 介绍重液、重悬浮液的特点及实际应用。 常用的加重质及特性如下表： 加重质 重晶石 磁黄铁矿 黄铁矿 磁铁矿 砷黄铁矿 细磨硅铁 方铅矿 比重 4.4 4.6 5.0 5.0 6.0 6.9 7.5 可能达到的最大悬浮液比重 2.2 2.3 2.5 2.5 2.8 3.1 3.3 莫氏硬度 3.0~3.5 3.5~4.5 6.0~6.5 5.5~6.5 5.5~6.0 7.0 2.5~.75 4. 指导有兴趣的学生探讨采用非浮沉法确定粒群密度组成的可能途径。

（四）异类粒群悬浮分层的规律研究

一、目的意义

观察和研究异类粒群在上升水流中的悬浮分层现象和规律。验证异类粒群悬浮分层的临界水速公式，加深对干扰沉降基本规律的理解。 二、基本原理

异类粒群的悬浮分层有两种观点：即里亚申科的相对密度悬浮分层学说与张荣曾等提出的重介质分层学说。

前者认为粒群所构成的悬浮体在密度方面具有与均质介质相同的性质，当两种悬

浮体彼此混合时，与两种密度不同的均质介质混合一样，在上升水流作用下，始终是密度高的悬浮体集中于下层，密度低的悬浮体集中与上层。

第二种观点则认为粒度比小于自由沉降比的异类粒群悬浮分层，遵循动力平衡原理，即在上升水流作用下，是按干扰沉降速度分层的，干扰沉降速度大者在下层，干扰沉降速度小者在上层。而粒度比大于自由沉降等沉比的粒群分层过程是按重介质作用分层的。即较轻颗粒的浮沉取决于重颗粒与水所组成的悬浮液的物理密度。若轻颗粒的密度小于重颗粒与水组成的悬浮液的密度，则轻颗粒在上层，否则在下层，若两者密度相等，则混杂。

实验过程的有关公式如下：

?悬??（???）??，克/厘米3

4?G??（固体容积浓度， 管内断面流速为：

?Dh?g2)

ua?QA?4Q?D，厘米/秒

临界水速：

?a临?v01v02里亚申科公式：

????(??22??1??)nv01?(?1??)nv02????，厘米/秒；

n?a临?v02张荣曾公式：

??2??1??????2??，厘米/秒；

nv0??25.8d(????)2/3(??)1/3 ，厘米/秒；

其中：v01、 v02为煤及石英在水中的自由沉降末速，厘米/秒；?1?2分别为煤粒及石英颗粒的密度，克/厘米3；n为颗粒形状修正指数，近似取3.5；?为水的密度，取1克/厘米3。三、仪器设备与材料

1. 直径为56毫米、长度1.5米有机玻璃干扰沉降管1套；

2. 秒表、钢卷尺、天平、500毫升量筒各1个； 3. 0.25！0.3毫米石英沙（密度2.65克/厘米3）200克；

4. 密度1.35~1.4克/厘米3煤，其中2~2.5毫米40克，粒度0.5~0.6毫米30克。 5. 0.01~0.02%的水玻璃溶液。 四、实验步骤与操作技术

1. 粒度为0.25~0.3毫米的石英沙50克和0.5~0.6毫米的煤30克，均匀混合后加入沉降

管，颗粒全部沉积后，缓缓开大阀门，使物料悬浮，由小到大改变水速，观察、记录、分析分层现象；

2. 将上述物料倒出，然后加入0.25~0.3毫米的石英沙150克、2~2.5毫米煤粒40克混匀后加入沉降管。待颗粒全部沉积后缓慢开水阀，观察、记录分层现象。水速较小时，煤粒在上层，但水速继续增大时，分层现象消失；进一步增大水速，煤粒反而处于下层。分层现象消失的水速即为临界水速??临，用秒表及量筒测 定临界水速，并在临界水速左右改变水速4次。每一水速稳定后， 测定流量Q，记录分层情况并测定悬浮高度h1、h2，计算此时的

上升水速??及悬浮体的密度?悬1、?悬2。

沉降管

五、实验数据处理与实验报告

1. 将实验数据及现象记录于下表； 上升序号 上升水流 水速 1 2 3 4 5 试样名称 试样重量 悬浮高度 悬浮体密度 分层现象 2. 根据异类粒群（粒度比大于自由沉降比）在上升水流中的悬浮分层结果。计算对应于每一水速的?悬1、?悬2，以及?悬2与?1之间的关系，并进行分析。

3. 根据实验条件，计算临界水速理论值，并与实际比较并分析。 4. 编写实验报告。 六、思考题

1. 研究沉降理论有何实际意义？举例说明沉降分离技术的应用。 2. 何谓干扰沉降？何谓自由沉降？

3. 离心沉降与重力沉降有何不同？举例说明离心沉降规律的实际应用。

教学讨论：

1. 实验过程应加强学生对等沉比概念的理解？让学生注意流体介质中按密度分选过程中粒度的影响或按粒度分级过程中密度的影响。

2 引导有兴趣的同学探讨沉积法进行粉体粒度分析的原理与装置，分析影响分

析精度的因素。

（五）细粒物料螺旋分选试验

一、 目的

了解螺旋分选机的结构和工作原理，观察物料在螺旋分选机中的运动状态与分离过程。了解螺旋分选试验的基本操作过程，了解影响螺旋分选的主要因素。 二、 基本原理

螺旋分选过程主要涉及水流在螺旋槽面上的运动规律、物料颗粒在螺旋槽面上的运动规律及颗粒在运动过程的综合受力规律。

在螺旋槽面的不同半径处，水层的厚度和平均流速不同。愈向外缘水层越厚、流速愈快。给入的水量增大，湿周向外扩展，但对靠近内缘的流动特性影响不大。随着流速的变化，水流在螺旋槽内表现为两种流态，即靠近内缘的层流和外缘的紊流。

在流动过程中，水流具有两种不同方向的循环运动。其一是沿螺旋槽纵向的回转运动；其二是在螺旋槽内外缘之间的横向循环运动。两种流动的综合效应使上下水层的流动轨迹不同。

由于横向循环运动的存在，在槽内圈水流表现有上升的分速度，而在外圈则具有下降的分速度。

颗粒在槽面上的运动同时受重力、惯性离心力、水流的推动力及摩擦力的作用。 水流的动压力推动颗粒沿槽的纵向运动，并在运动中发生分散和分层。由于水流速度沿深度的分布差异，悬浮于上层的细泥及分层后较轻的颗粒具有很大的纵向运动速度，因而也就具有很大的离心加速度。而位于下层的重颗粒沿纵向运动的分速度较小，相应的离心加速度也较小。由于上述差异而导致物料颗粒在螺旋槽的横向分层（分带）。

重力的方向始终垂直向下。由于螺旋槽的空间倾斜，故重力分布除了推动颗粒沿纵向移动外，也促使颗粒向槽的内缘运动。颗粒的惯性离心力方向与其回转半径相一致，并大致与所处位置的螺旋线的曲率半径重合。

直接与槽底接触的颗粒其所受的摩擦力更加明显。位于上层的颗粒受水介质的润滑作用摩擦力较小。微细颗粒呈悬浮态运动，不在有固体边界的摩擦力。

上述各作用的综合结果导致物料颗粒在螺旋中的分选分离经过三个主要阶段：首先为分层阶段，在紊流作用下，重颗粒逐渐进入下层，轻颗粒逐渐进入上层。这一阶段在完成1次回转运动后初步完成；第二阶段是分层结束的轻重颗粒的横向展开、分带过程。离心加速

度较小的底层重颗粒向内缘运动；上层的轻颗粒向中间偏外运动，而悬浮的细泥则被甩向最外缘。流体的横向循环和螺旋面的横向坡度对这种分布具有重要的影响。随着回转运动次数的增加，不同的颗粒逐渐达到稳定运动的过程；第三阶段即平衡阶段，不同性质的物料颗粒沿着各自的回转半径运动，分选过程完成，此后的运动将失去实际意义。研究表明，颗粒分层和分带作用区域主要在螺旋横断面的中部，该区域的主要特点是矿浆的浓度基本不变，颗粒与水层之间具有较大的速度梯度。

因螺旋分选机具有工作无需动力，若有高差可实现无能耗工作，操作维护简单，且工作稳定，使用寿命长、基本无需检修等特点，其已广泛适用于铁矿、钛铁矿、海滨砂矿、锡矿、砂 金、钨矿等金属矿及煤等非金属矿的选别及脱泥。 三、 仪器设备与材料

1. 仪器设备：螺旋分选机、天平（台秤）；

2. 工具：20L接料桶3个、样品盘5个、小盆10个； 3. 材料：6毫米以下物料（原煤或其它矿样与物料）20公斤。 四、 实验步骤和操作技术

1. 学习设备操作规程，检查设备，对动力部分进行试转； 2. 缩制两份重量分别为2.5和5公斤的试样。

4. 入料桶中加入试样并加水至所需浓度，同时搅拌保证料浆悬浮； 5. 准备好接样，将入料桶中的悬浮混合物料加入螺旋分选机； 6. 料浆排完后，适量用水冲洗沾附在槽壁上的物料，并入接料桶； 7. 彻底冲洗给料桶和分选机，将各产品脱水、烘干、称重； 8. 根据需要，制取入料及产品的分析、化验样，进行分析化验。 五、 数据处理与实验报告

1. 实验数据记录于下表；

入料粒度 入料 浓度 入料 品位 序号 产品1 产品2 产品3 计算入料 重产品重产品重产品重产品量 率 位 量 率 位 量 率 位 量 率 位 2. 编制实验报告。 六、 思考题

1. 影响螺旋分选效果的主要结构因素有哪些，如何影响？ 2. 简述螺旋分选技术的特点、适用范围及应用领域；

教学讨论：

1 本实验主要验证螺旋分选的基本原理，操作简单，因此建议作为演示实验进行； 2 让学生讨论给料量稳定性对分选效果会产生怎样的影响。

3 如果条件允许，可以鼓励部分同学开展一些条件探索实验。

（六）细粒物料摇床分选实验

一、 目的

了解摇床的结构和工作原理，验证摇床分选的基本理论，观察分选过程中物料在床面上的扇形分布，了解影响摇床分选效果的主要因素与调节方法。 二、 基本原理

摇床分选过程主要包括以下几个环节： 1. 物料在床面上的松散分层

在摇床分选过程中，水流沿床面横向流动，不断跨越床面隔条，流动变化的大小是交替的。每经过一个隔条即发生一次水跃。水跃产生的涡流在靠近下游隔条的边沿形成上升流，而在沟槽中间形成下降流。水流的上升和下降是矿石松散、悬浮的动力，而松散悬浮又是发生颗粒分层使得重颗粒转入底层的前提。由于底层颗粒密集且相对密度较大，水跃对底层的影响很小，因此在底层形成稳定的重产物层。而较轻的颗粒由于局部静压强较小，不能再进入底层，于是在横向水流的推动下越过隔条向下运动。沉降速度很小的颗粒始终保持悬浮，随横向水流排出。

2. 物料在床面上的分带

1） 横向水流包括入料悬浮液中的水和冲洗水两部分。由于横向水流的作用，位于同一高度层的颗粒，粒度大的要比粒度小的运动快，密度小的又比密度大的运动快。这种运动差异又由于分层后不同密度和颗粒占据了不同的床层高度而愈加明显：水流对于那些接近隔条高度的颗粒冲洗力最强，因而粗粒的低密度首先被冲下，即横向运动速度最大；沿着床层的纵向运动方向，隔条的高度逐渐降低，原来占据中间层的颗粒不断地暴露到上层，于是细粒轻产物和粗粒重产物相继被冲洗下来，沿床面的纵向产生分布梯度。

2） 由于床面前冲及回撤的加速度及作用时间不同导致的床面差动运动，引起颗粒沿床面纵向的运动速度不同。特别是颗粒群分层以后更加剧了不同密度和粒度的颗粒沿床面的纵向运动差异。既底层的密度较高的颗粒由于与床面间的摩擦系数较大，因而具有随床面一起运动的倾向。而位于上层的颗粒由于水的润滑及所具有的相对松散的状态摩擦力较小，，因而随床面一起运动的趋势较弱。所以低密度颗粒尽管与床面间具有较大横向运动速度，但综合的结果是低密度颗粒沿床面的纵向距离较短；而高密度不但沿床面的横向运动速度较小，且由于每次负加速度的作用，可以获得一段有效的前进距离。进一步导致了轻重颗粒的运动差距离差异。

颗粒在床面上的实际运动是横向运动与纵向运动的合成。运动方向是横向与纵向运动方向的向量和。定义颗粒的实际方向和床面纵轴的夹角称为偏离角?，则有：

tg??vyvx由此可见，横向速度越大，?越大。

摇 床

（1、床面；2、给料槽；3、接料斗；4、传动机构；5、支撑；6、护罩；7、电机） 不同颗粒每一瞬时沿横向和纵向的运动速度并不一样。受隔条的阻挡，颗粒的实际轨迹是阶梯状的，颗粒的最终运动方向只能由两个方向的平均速度决定。根据前面分析，低密度、粗颗粒具有最大偏离角，高密度细颗粒具有最小偏离角。其它颗粒界于两者之间。最终导致轻重产物的扇形分布。扇形分带愈宽，分离精度越高。而分带的宽窄由颗粒间的运动速度差异决定。

摇床分选技术已广泛用于钨、锡、钽、铌及其它稀有金属和贵金属矿石的分选，也可以用于选别铁、锰、铬、钛、铅等矿石及煤等非金属矿，可用于粗选、精选、扫选等作业。 三、 仪器设备与材料

1. 实验室用摇床一台；天平（1公斤）一架； 2. 物料桶5个，瓷盆若干，量筒1个（1000毫升）；

3. 毛刷1把，秒表1块，测角仪把，转速表1块，钢尺1把。 4. 3~0.5毫米物料（最好轻重产物之间有较大的视觉差异）混合试料； 四、 实验过程与操作技术

1. 学习操作规程，熟悉设备结构，了解调节参数与调节方法；试运转检查，确保实验过程的顺利进行与人机安全；称取试样两份，重量1公斤；

2. 选定工作参数，清扫床面，调节好冲水后确定横冲水流量；将润湿好的矿样在2分钟内均匀的加入给料槽，调整冲水及床面倾角，使物料床面上呈扇形分布，同时调整接料装

置，分别接取各产品。待分选过程结束后，停机，继续保持冲水，清洗床面，将床面剩余颗粒归入重产物；

3. 按照上述参数，用备用样做正式实验，接取3个产物； 4. 实验结束后清理实验设备、整理实验场所。 五、 数据处理与实验报告

a) 将实验条件与分选结果数据记录于下表； b) 分析实验条件与分选结果间的关系； c) 编写实验报告

入料粒度mm 产品 单元试验结果 摇床分选实验数据记录表 处理量 横向倾角 冲水量 kg/h L/min 重量，g 产率，% 1 产品1 产品2 产品3 合计 2 冲次/min 冲程 mm 接料点距床尾距离mm 单元试验条件 品位分析 六、 思考题

1. 设想隔条的高度沿纵向不变会发生什么现象，为什么？ 2. 摇床分选过程中那些颗粒容易发生错配？ 3. 影响摇床分选的主要因素有哪些？如何影响？ 教学讨论：

1. 实验过程主要验证扇形分带规律，因此在选择试样时最好能从视觉上充分体现粒度、密度的分布规律差异。

2. 实验操作比较简单，建议安排为演示实验，如果有小型的摇床，可鼓励部分同学进行条件探索实验。

3. 介绍一些摇床的实际应用举例。

（七）物料的静电分选试验（电选实验）

一、目的、意义

了解电选设备的基本结构和原理，观察电选分选过程的现象，加深对电选原理的理解。 了解电选设备的基本调节与操作方法，熟悉电选实验的基本操作过程。 二、基本原理

电性质差异是实现物料分选的重要物理性质之一。待分选物料一般根据电导率的大小可

以分为导体（电导率??106~107s/m）、半导体（电导率?=105~10-7s/m）、非导体（电导率??10-10s/m）。以矿物加工为例，其涉及的对象大部分为半导体和非导体，前者如金属氧化矿、硫化矿等，而后者主要为硅酸盐矿物、碳酸盐矿物。电选是依靠不同物料间的电性差异，借助于高压电场作用实现分选、分离的一种物料分选方法。在静电选过程中，由于高压电场的作用，不同电导率的物料携带不同性质和大小的电荷，从而受不同的电场力作用而实现分选、分离。

在高压静电场中，物料颗粒受电场的感应而带电。导电性好的颗粒在靠近电极的一端产生和电极极性相反的电荷，而另一端产生与电极电荷极性相同的电荷。颗粒所带有的这种感应电荷在一定的条件下是可以转移的。如果移走的电荷与电极电荷相同，则剩下的电荷与电极相反，此时颗粒将被吸向电极一边；而导电性差的颗粒虽然处于同样感应电场，但只能被电场极化，此时颗粒两端虽然也表现出相反的电荷，但电荷不能被移走，因此不能表现出明显的电性而被吸向电极一边。这样导电性不同的颗粒就出现了明显的分布差异，在其它外力的综合作用下，居于不同的区域，实现分选、分离。

实践中使用的电选机多采用电晕电场实现物料的分选。该电场通常由一对辊式电极构成，其中直径较小的为电晕电极。当电场电压达到一定的数值时，通常作为负电极的电晕电极放出大量的电子，在其附近电离气体分子形成气体负电荷，发生电晕放电。在电场的作用

下，两电极间的气体不断的被电离形成气体电荷，同时飞向正极，形成所谓的电晕电场。物料颗粒进入分选电场以后，不断与气体电荷碰撞获得负电荷。但由于导电性的不同，不同的物料颗粒表现出不同的行为。导电性好的颗粒迅速将负电荷传递给正极，本身不显示电性，因而不受电场力的作用；而导电性差的物料颗粒电荷传递速度很慢，不同程度的显示出负电性而受到正极 的吸引作用，这样就实现了不同电性物料颗粒的分离。入料性质、设备性能、给料方式等是影

响电选性质的主要因素。 三、仪器设备和材料

1. 仪器设备：分选实验用电选机、天平（1公斤）、秒表；

2. 材料：粉煤灰（2~0.074毫米）2公斤、金属矿粉末（3~1毫米）2公斤 3. 工具：毛刷、万用表、制样工具、常用机修工具 四、实验步骤和操作技术

1. 熟悉设备的结构及操作规程；

2. 设备检查、试运转及其它准备工作； 3. 选择设定运转参数并记录；

4. 开机，选择电压至所需要的值，进行不同电压条件下的分选实验。每一次分选实验要求持续一段时间，在前一段时间可以根据直接观察的分选情况适当调整有关操作参数，特别是分隔板的位置，正式接料。

5. 将接取的各产物称重，制样并进行相应的分析，详细记录原始数据。 五、数据处理与实验报告

1. 实验原始数据记录于下表；同时注意记录观察到的各种现象。 电压 项目 产品 产品1 产品2 产品3 合计 V1（ ）伏 重量 g 产率 % 品位 % V2（ ）伏 产率 % 品位 % 实验现象

2. 分析分选指标（产率、品位等）与电压指标之间的关系。 3. 编写实验报告。 六、思考题

1. 物料颗粒的导电性差异是如何影响其电选分选行为的？ 2. 影响电选的主要因素有哪些？

3. 电选入料为什么要保持干燥？为什么要去除入料中的微细级物料？ 4. 查阅文献，概述电选分选技术的应用领域及现状。 教学讨论：

1. 对于高压带电作业，应注意向学生强调操作安全；

2. 对本科生而言，本实验最好安排为集体演示实验，但应注意对实验现象的突出,如选用产品视觉差异较大的物料等。

3. 部分兴趣较高的同学，可以在实验员指导下开展一些条件实验。

品位 % V3（ ）伏 重量 g 产率 % 品位 % （八）磁性物料的分选回收（弱磁分选实验）

一、目的、意义

了解实验用磁选机的结构、工作原理及其操作方法；了解影响磁选效果的主要因素。掌握评价磁选效果的方法和指标。 二、基本原理

物料颗粒之间的磁性差异是实现物料分选、回收的重要物理性质之一。磁选是利用磁性颗粒和非磁性颗粒在分选空间的运动行为差异进行分选的过程。

混合物料进入磁选机的分选空间后，颗粒受到磁力和机械力（重力、离心力、惯性力、流体动力等）的作用。磁性不同的物料颗粒受到的磁力大小不同，因此其运动的路径（轨迹）不同。当作用于颗粒的磁性力大于作用于其上的机械力的合力时，颗粒将被吸附于分选滚筒上，脱离分选区进入卸料区，从精矿排料槽排出；而当作用于颗粒的磁性力小于作用于其入卸料区，从精矿排料槽排出。当作用在颗粒的磁力小于作用在颗粒上的机械力的合力时，颗粒继续处于分选箱内，与大部分分散介质一起排入尾矿管。

磁选过程的基本条件是：f1>f2>f3，其中F1为作用于颗粒上的磁作用力，F2为作用于颗粒上的与磁作用力相反的机械力的合力，F3为作用于弱磁性颗粒上的磁作用力。

三、仪器设备与材料

1. 仪器设备：实验室用鼓形湿式磁选机、天平（1公斤）； 2. 0.5毫米磁铁粉与煤泥的混合样10公斤；

3. 500毫升烧杯2个，洗瓶1个；接料桶（20升）3个。

四、实验步骤与操作技术

1. 学习操作规程，设备检查、试运转，确保实验过程顺利进行和人机安全； 2. 在给料桶中配置浓度为100克/升的悬浮液20升； 3. 调整磁极位置，启动磁选机，调压使输出电流为20A。

4. 将悬浮液缓慢放入磁选机中，同时开启喷水管和反冲水管适量给水； 5. 接收精矿和尾矿；

6. 给矿1分钟后，将运转按钮切断，转鼓停止转动；关闭冲水管； 7. 清洗精矿槽和尾矿槽，并入各自产品槽中； 8. 过滤、烘干（105~110?C）、称重；

9. 制备磁性物含量分析试样各50克，进行产品的磁性物含量分析。 五、数据处理与实验报告

1. 将实验条件与数据记录于下表； 2. 分析实验条件对磁选效果的影响。 3. 编制实验报告。

条件 序号 磁场强度A/m 磁偏角 磁选时间min 入料 实验数据表 精矿 尾矿 磁性浓度 重量物含g/l g 量%

磁性磁性产重量 物含产率 物含g 率% 量% 量% 1 2 六、思考题

1. 何谓磁偏角？影响磁选效果的其它因素还有哪些？如何影响？ 2. 顺流式、逆流式和半逆流式的工作方式各有什么特点？ 3. 简述磁性分离技术在选矿、选煤厂等的其它应用。

4. 设计：设计一套评价磁选机工作效果的单机检查实验方案，绘制操作流程，叙述主要操作步骤与注意事项。 教学讨论：

1. 该实验主要让学生了鼓式磁分选设备磁场的产生及分布特点、磁选选矿的主要操作与调节因素。试验操作过程比较简单，因此可与词性物含量实验结合，此部分可全过程演示。

2. 介绍磁性分离技术与设备的工业应用实例。

3. 结合“211”高硫煤脱硫降灰系统介绍磁选设备在介质回收中的应用以及磁选工艺的相关知识。

（九）散体物料磁性物含量测定（磁选设备性能评价）

一、试验目的

1. 了解磁选管的结构、工作原理及操作方法；

2. 学会散体物料磁性物含量的测定方法，掌握试验的操作步骤。 二、试验原理

具有不同磁性的矿物粒子，通过磁选管形成的磁场，必然要受到磁力和机械力（重力及流体作用）的作用。由于磁性较强和磁性较弱的矿粒所受的磁力不同，便产生了不同的运动轨迹。磁性较强的颗粒富集在两磁极中间，而磁性弱的颗粒则在水流的作用下排出，由于磁选管与磁极间的相对往复运动，使得磁极间的物料产生“漂洗作用”，将夹杂在磁性颗粒间的非磁性颗粒冲洗出来。于是物料颗粒按其磁性不同分选为两种单独的产物。 三、仪器设备及材料

1. 磁选管一台；

2. 500mL烧杯2个，塑料洗瓶1个，50mL烧杯1个； 3. 秒表1块；

4. 托盘天平1台，称量100g，感量0.1g； 5. 磁铁矿重介质粉100g，粒度要求小于0.2mm； 6. 酒精适量。 四、实验过程与操作技术

1. 检查设备，并接设备与控制器、控制器与电源间连线。

2. 用软胶管将玻璃管和自来水管相连接，注水进玻璃管，调节尾矿管上的夹

子，使玻璃管内水的流量保持稳定，水面高于磁极30mm左右；

3. 按动电钮，电源接通。电机通过传动装置使玻璃管作往复上下移动和转动。

调整手柄使激磁电流为2.5A，至此仪器处于待使用状态；

4. 称取20g磁铁矿量介质粉放入500mL的烧杯中，滴入5~6滴酒精，并加入适

量清水，用玻璃棒搅拌；

5. 将仪器调至待用状态。此时尾矿管有水流出，应用桶接水并收集尾矿； 6. 缓慢将矿浆从给料漏斗中给入磁选管，边给料边搅拌。给料完毕，用清水将

杯及玻璃棒上的矿粒冲洗入磁选管。此时，磁性物附在磁极相对应的玻璃管上，非磁性物随水一起从尾矿管排出。

7. 矿样给入磁选管后，继续给水，直至玻璃管内水清晰不混时，夹住尾矿管的

夹子，同时停水。

8. 切断电源，打开尾矿管的夹子，用500mL烧杯接取磁性物，用水将管壁的磁

性物洗净。

9. 将激磁调整手柄回至零位。

10. 精矿和尾矿过滤脱水，滤并送入105?C干燥箱内烘干，干燥后冷却至室温称

重。 11. 注意事项：

(1) 磁选管的磁场强度大于磁选机，所以试验时手中不得拿铁器，以免打碎玻璃管；勿将手表等物接近磁极，以免磁化受损。

(2) 分选时一定要冲洗至水清晰不混浊为止。 五、试验数据处理与分析

1. 将试验所获数据和计算的数据填入表中。 试验 编号 试料重量 g 磁性物含量测定结果表 精矿重量 尾矿重量 磁性物 g g 含量% 磁选时间 min 激磁电流 A 2. 磁性物含量按式计算：

??GGj?100%(6?1)

式中 ?——磁性物含量，％；

Gj——磁性物（磁选出的精矿）重量，g； G——试料计算重量，g。

3. 编写实验报告 六、思考题

1. 磁性物含量与磁选回收率是一个概念吗？ 2. 试样调制成浆过程为什么要加几滴酒精？

3. 重介质选矿生产过程中，哪些场合需要测定磁性物含量？有何意义。 教学讨论：

1. 让学生讨论加料前的予湿有何意义？如果将磁铁矿粉直接加入磁选管可以吗？让学生知道一般情况下，干粉试样的湿法处理实验都应当预先用待试液体润湿。

2. 讨论予搅拌时加入适量酒精的目的何在？

（十）接触角测定（材料表面润湿性测定）

一、目的和意义

了解接触角测定装置的基本结构和工作原理，学会测定物料接触角的基本操作，结合物理化学知识了解表面活性剂对物料接触角的影响及实际应用。

二、基本原理

润湿接触角是指液滴在物体表面扩展并达到平衡状态后，三相周边上某一点引气液界面的切线，则该切线与固液界面的夹角称为润湿接触角。

应用特定的仪器可以准确测得该角。物体表面润湿接触角的大小与物体表面被该液体润湿的难易程度有关。对于矿物加工来说，矿粒表面的润湿接触角的大小直接反映其可浮性的好坏。矿物的可浮性=1-cos?，?为润湿接触角。利用特定的装置和手段即可测得该角。本实验以JY-82型润湿接触角测量仪为基础，目前市场上已有借助显微摄象和计算机多媒体技术测定接触角的设备，更易操作、人为误差小、精度较高。

表面不饱和键性质 离子键 共价键 金属键 离子-共价键（部分自身闭合） 分子键为主（层面间），离子、共价键为辅（层端、断面） 色散力为主的分子键 矿物表面润湿性分类 表面同水的接触角 作用能E 类型 界面水结构 代表性矿物 强亲水性 >>1 无 弱亲水 弱疏水 1左右 无或很小 石英、云母、锡石、刚玉、直接水化层 菱铁矿、高岭石、方解石 方铅矿、辉直接水化层铜矿、闪锌为主 矿 次生水化层为主 滑石、石墨、辉钼矿、 叶腊石 自然硫、 石蜡 疏水 <1 中等（40~90度） 大（90~110度） 强疏水 <<1 次生水化层 三、仪器设备和材料

1. 仪器设备：接触角测定仪； 2. 烧杯、量筒、竹镊子、注射器；

3. 丁基黄药、煤油等表面改性药剂、水玻璃 4. 磨料：400号、600号

5. 矿物磨片：方铅矿、黄铁矿、煤、石英、石蜡、聚胺脂抛光片或其他材料（规

格：4厘米X2厘米X0.5厘米。

四、实验步骤和操作技术

1. 学习了解所用仪器设备的操作说明书和操作规程。 2. 检查设备，使之处于待测状态；

3. 净化物料磨片（抛光片）：将待测磨片置于干净的玻璃板上，用磨料轻轻磨去表面的污染物，用蒸馏水洗净；然后用潮湿的昵粘打光，并用蒸馏水清洗；

4. 用绒布擦干，用镜头纸包好待测；

5. 将待测磨片置于样品盒上，用微量注射器给上一滴水滴，然后调整焦距，使影像清晰的出现与目镜中，按照所用仪器的测试原理测定润湿接触角，重复两次取平均值；

6. 将待测磨片置于药剂溶液中，浸泡3分钟后用镜头纸擦干，再次测定润湿接触角；

7. 注意：每次测量时间越短越好，水滴直径不能太大，最好保持在1~2毫米。测试过程必须注意保持磨片的洁净度。

8. 整理仪器、清理实验现场，报请指导教师验收和数据记录签字。 五、数据处理与实验报告

1. 实验条件及测试结果记录于下表 序号 1 2 3 4 测试对象 表面改性措施或条件 润湿接触角 2. 分析药剂作用前后接触角的变化及原因分析，结合界面化学和表面活性剂知识分析表面改性剂的作用机理与实际应用。

3. 编写实验报告 六、思考题

1. 测试时间太长、液滴直径过大等对测量结果有何影响？

2. 选矿用捕收剂和抑制剂的作用机理是什么？举例介绍其实际应用。 教学讨论：

1. 介绍材料特别是矿物材料表面改性技术及应用情况。

2. 鼓励学生根据物理化学的知识设想一些其它的接触角测定思路。

（十一）液体的表面张力测定

一、实验目的和意义

表面活性剂都能显著降低液体的表面张力，测定表面张力是研究表面活性剂作用

的重要手段之一。由于表面活性剂在润湿、起泡、乳化和促溶等方面的重要作用，其给轻工、选矿等工农业生产及日常生活带来莫大的利益。

用鼓泡法测定正丁醇溶液的表面张力，掌握最大泡压法测定溶液表面张力的基本原理和操作过程，提高对起泡剂作用原理和效果的理解和认识。 二、基本原理

在定温定压条件下，纯溶剂的表面张力为定值。当其中加入可以降低溶剂表面张力的溶质后，根据能量最低原理，表面层中溶质的浓度比溶液内部大；反之若溶质能使溶剂表面张力提高时，则溶质在表面层中的浓度低于溶液内部，上述溶液内部与表面层溶质浓度不同的现象叫表面吸附。

表面张力和表面吸附量之间的关系通常用吉普斯方程表示：

???C?d????RT?dc?T

其中?为吸附量（mol.m2）,?为表面张力（N/m）,C为溶液的浓度（mol/m3），T为绝对温度（K），R为气体常数（8.314N.m.mol-1.K-1）。

根据上述关系，确定吸附量首先得测定表面张力和浓度之间的关系。本实验旨在用最大泡压法测定表面张力。其原理如下：

从浸入液面下的毛细管端鼓出空气泡时，需要高于外部大气压的附加压力来克服气泡的表面张力，该附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为：

?p?2?R

其中?p为附加压力，?为表面张力，R为气泡曲率半径。

如果毛细管很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大；但随着气泡的形成，曲率半径逐渐减小，直到形成半球形，这时的曲率半径R与毛细管的半径相等，曲率半径达到最小值，这时附加压力达到最大值。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。

当R气泡半径等于毛细管半径r时的最大附加压力为：

?pmax?2?r??g?hmax

实际测量时，使毛细管端部刚好与液面接触，这样可以忽略鼓泡所需克服的静压

力，这样可以直接计算表面张力。当液体的密度为?，测得与最大附加压力相应的最大压差时，表面张力可以表示为：

??r2?hmax?g

将常数项合并为系统常数K，则表面张力的计算公式为：

???hmaxK

其中的系统常数可以用已知表面张力的标准物质测得。 三、仪器与材料

1. 鼓泡法的实验装置1套。

2. 10毫升移液管1支；2毫升刻度移液管1支，250毫升容量瓶1个，50毫升容量瓶9个；50毫升碱式滴定管1支； 3. 分析纯正丁醇若干。

水在不同温度下的表面张力（节选） 温度 10 11 12 13 14 15 16 表面张力表面张力3x10 x103 温度 （牛/米） （牛/米） 74.22 17 73.19 74.07 18 73.05 73.93 19 72.90 73.78 20 72.75 73.64 21 72.59 73.49 22 72.44 73.34 23 72.28 温度 24 25 26 27 28 29 30 表面张力x103 （牛/米） 72.13 71.97 71.82 71.66 71.50 71.35 71.18 温度 31 32 33 34 35 40 45 表面张力x103 （牛/米） - - - - 70.83 69.59 68.74 四、实验步骤与操作技术

1. 实验前将装置用铬酸混合液洗净。然后用水做标准物质，测定仪器的常数K。首先需要往试管中装入适量的蒸馏水，使毛细管下端与液面刚好接触，并按照装置图连接好全部仪器。可以根据实际条件和要求决定是否用恒温槽。缓慢打开放水旋塞，使气泡从毛细管端部尽可能缓慢地鼓出（控制在每分钟10~12个左右），注意读取气泡脱离管口瞬间测压计的两端液柱的突变，读取压力计的最大压差（读取数次取平均值）。

2. 配置重量百分浓度分别为：5%、10%、20%、40%的正丁醇溶液各50毫升待用（如需测定吸附等温线，可以增加测点数量）。

3. 按照步骤1的操作过程测定上述各溶液的表面张力。注意应当由低浓度的开始测，且每次都应先用少量待测溶液洗涤张力仪，特别是毛细管部分，以保证管内外溶液浓度的一致。

4. 实验结束后用蒸馏水清洗装置，并在试管中装好蒸馏水，将毛细管置入保存。 五、数据处理、分析与实验报告

1. 计算仪器常数；

2. 计算不同浓度时溶液的表面张力；

3. 分析表面张力与溶质浓度之间的变化关系； 4. 编制实验报告： 六、思考题

1. 如果气泡形成速度过快，对测量结果有何影响？ 2. 如果毛细管末端插入溶液测量可以吗？为什么？ 3. 绘制计算机处理本实验数据的程序框图或软件（选做）。 教学讨论：

1. 表面活性剂都能降低溶液的表面张力，因此测定表面张力是研究表面活性剂的重要手段。

2. 让学生讨论表面活行剂在工农业领域的应用实例。

3. 介绍其它的诸如圈环法、滴重法、毛细管法等测定表面张力的原理。

（十二）小浮选实验（磨矿粒度对浮选效果的影响）

一、目的

了解浮选实验装置的结构、原理及操作过程，学习浮选实验的基本操作过程。观察、分析浮选过程的现象。 二、基本原理

矿物表面物理化学性质-疏水性差异是矿物浮选基础，表面疏水性不同的颗粒其亲气性不同。通过适当的途径改变或强化矿浆中目的矿物与非目的矿物之间表面疏水性差异，以气泡作为分选、分离载体的分选过程即浮选。浮选过程一般包括以下几个过程：

矿浆准备与调浆：即借助某些药剂的选择性吸附，增加矿物的疏水性与非目的矿物的亲水性。一般通过添加目的矿物捕受剂或非目的矿物抑制剂来实现；有时还需要调节矿浆的PH值、温度等其它性质，为后续的分选提供对象和有利条件；

形成气泡：气泡的产生往往通过向添加有适量起泡剂的矿浆中充气来实现，形成颗粒分选所需的气液界面和分离载体；

气泡的矿化：矿浆中的疏水性颗粒与气泡发生碰撞、附着，形成矿化气泡； 形成矿化泡末层、分离：矿化气泡上升到矿浆的表面，形成矿化泡末层，并通过适当的方式刮出后即为泡末精矿，而亲水性的颗粒则保留在矿浆中成为尾矿。 三、仪器设备与材料

1. 5L实验室用浮选机1台； 2. 微量注射器2支； 3. 可控温烘箱1台；

4. 瓷盆4个； 5. 入浮试样1公斤；

6. 浮选药剂适量（具体视试样种类而定）。 四、实验步骤与操作技术（以煤泥浮选为例）

1. 学习操作规程、熟悉设备结构、了解操作要点；试运转，确保实验顺利进行和人机安全；

2. 检查、清洗浮选槽并安装就位； 3. 称取所需试样、计算药剂量；

4. 将试样置入烧杯加少量水搅拌，使矿样充分润湿后全部加入浮选槽，并采用该烧杯

向浮选槽加水至第一道刻度线；

5. 关闭进气阀，开动搅拌机开关；待矿浆搅拌均匀后，加水至第2道标线； 6. 向矿浆中加入所需用量的捕收剂，搅拌2分钟；

7. 向矿浆中加入所需用量的起泡剂，搅拌30秒后，打开充气开关向矿浆中充气；随

即开启刮泡机构刮取泡末并全部接取；

8. 随着浮选的进行，浮选槽中的液位会逐渐降低，为了保证均匀刮泡，需要用洗瓶不

断补加清水，同时冲洗粘附在搅拌轴、槽壁上的颗粒。清水补加量以不积压泡末、不刮水为准；

9. 待无泡末或泡末基本为水泡后，关闭充气阀，停机。边壁粘附的颗粒冲入槽中，溢

流口及刮子上的颗粒冲入精矿；排出槽中尾矿；

10. 将分选产品过滤、脱水；烘干（不超过75度）至恒重；冷却至室温后称重，并制

样、分析化验。

11. 清理实验设备、整理实验场所； 五、数据处理、分析与实验报告

1. 将试验数据记录于下表（以煤泥浮选为例） 入料浓度 起泡剂捕收剂实验条件 g/l g/t g/t 产品 重量 精矿 分选结果 尾矿 合计 误差 2. 编写实验报告 六、思考题

1. 搅拌调浆阶段为什么不应充气？ 2. 简述捕受剂和起泡剂的作用机理？

3. 如果将干试样直接倒入浮选槽可能发生什么现象？

充气量m3/m2.min 产率% 主轴转速r/mi n 灰分%

4. 简述浮选药剂的种类与作用。 教学讨论：

1. 本实验主要让学生熟悉小浮选实验的基本操作过程与操作因素，重点培养学生的动手能力，为后续独立从事浮选工艺实验奠定基础；

2. 注意引导学生观察浮选过程的现象，如泡末的状况、矿化程度、矿浆充气等。

（十三）微细矿物油团聚分选（超细颗粒浮选实验）

一、 实验目的

加深对疏水絮凝等界面分选原理和方法的理解与认识，了解油团聚分选实验的操作过程和影响因素。 二、 基本原理

油团聚又称球团聚，是微细矿物分选的一种有效的界面分选方法。

选择性球团分选法已用于煤、铁矿、黑钨矿、锡石、金矿、重晶石、钛铁矿等多种矿物的分选。

其基本原理是：矿石磨细后，用调整剂分散矿浆，加入表面活性剂使目的矿物疏水，加入中性油，使中性油在疏水颗粒表面铺展，由于疏水相互作用及油桥的形成，覆盖中性油的细颗粒互相粘附形成油聚团。此种絮团一般粒度较大、强度较高，通常可以采用筛分等方法分离回收。

一般认为，油团聚过程中，首先形成较小的种子油团，在搅拌、剪切作用下，种子油团不断的兼并、粘合形成大的稳定的油团。即具有成团、生长、平衡三个主要阶段。

影响油团聚的主要因素有PH值、捕收剂、中性油用量、搅拌强度、搅拌时间等。 三、 仪器与材料

1. 调速搅拌器1台；

2. 250毫升烧杯2个；玻璃棒1根；10毫升注射器3个； 3. 筛孔1毫米和0.5毫米圆筛（D=200）各1个；洗瓶1个； 4. 250毫米瓷盆6个；滤纸若干；

5. PH计；

6. A：水玻璃、煤油（柴油）若干、-75μm毫米煤泥500克；

B：-15μ黑钨矿200克、FeCl3和油酸钠若干、燃料油若干。

四、 实验步骤与操作技术

固定矿浆浓度，研究不同药剂用量或搅拌强度对分选效果的影响（也可根据需要研究其它因素）。

1. 用250毫升的烧杯，配置150毫升重量浓度10%的均匀矿浆；

2. 将烧杯置于搅拌架上，调整搅拌叶片的高度，使下端与烧杯底部距离1厘米左右； 3. 开机、选择搅拌速度（1000、1200、1400、1600r/min）；

4. 加入干煤重量（5%、10%、15%、20%）重量的煤油（柴油），搅拌15分钟； 5. 密切观察过程中颗粒絮团的粒度变化情况, 观察成团过程的三个主要阶段。 6. 用圆筛对矿浆进行分级（注意用洗瓶喷洗筛上物），筛下尾矿过滤， 7. 烘干、称重、制样、化验。 五、 实验数据处理与实验报告

1. 每个单元实验的数据记录于单元实验数据表； 2. 现象及结果分析： 3. 编写实验报告 六、 思考题

1. 根据物理化学的原理，分析球团形成的原因。 2. 油团分选过程为什么需要一定强度的搅拌？ 3. 球团分选与选择性絮凝有何区别？

条件编号 单元实验数据表 入料粒度 矿浆浓度 煤油用量 搅拌速度 入料灰分 % % r/min % -μ 团聚物重量 团聚物产率 团聚物灰分 尾矿重量 尾矿灰分 稳定条件 分选结果 实验人员： 指导教师： 教学讨论：

1. 引导学生观察本实验过程的现象并结合所学的物理化学知识进行解释是本实验的重点。如相界面能与油团聚过程进行的难易程度的关系分析、对搅拌速度对分选效果影响等。

2. 引导学生探讨油团聚与两液分、泡末浮选的相同点与不同点。

（十四）悬浮液絮凝沉降特性研究（污水净化实验）

一、目的

掌握悬浮液沉降特性试验的基本操作方法；了解试验所用絮凝剂的性质和作用机理。

二、基本原理

悬浮液中的细小固体颗粒表面带有电荷，由于排斥作用而分散。采用无机电解质凝聚剂可以抵消颗粒表面的电荷，然后靠颗粒间的吸附作用聚团。而有机絮凝剂主要通过高分子的活性基团的架桥作用使颗粒形成絮团。两者的配合使用往往效果更佳。

加入药剂以后，随着絮团的增大沉降速度加快，沉降过程中出现明显的澄清界面，由澄清界面的下降速度可绘出沉降时间与澄清界面下降距离的曲线——沉降曲线。

澄清界面的初始沉降速度可用下式计算：

BB1BMV?i?Ti?1H1?(?T1)(?Hi)i?ABB2ii?A2M?Ti?A?(?Ti)i?A

式中 v——澄清界面的初始沉降速度，mm/s； Ti——某一累计时刻（i=0、1、2、3??n），s； Hi——对应于Ti的澄清界面累计下降距离,mm； A——直线段起始端型值点顺序号（一般A＝1）； B——直线段末端型值点顺序号；

M——直线段A到B的型值点的累计个数。

M＝B－A＋1 三、仪器设备及材料

1. 带橡胶塞的磨口圆柱量筒，容量为500Ml； 2. 烧杯与锥形瓶，容量分别为500mL和260mL； 3. 磁力搅拌器，调速范围250~1000r/min； 4. 直管吸管，容量20mL；

5. 大肚吸管，容量20mL和50mL； 6. 称量瓶，60×30mm；

7. 注射器，容量1mL、5mL、20Ml；

8. 湿式分样器，分样误差（质量相对误差小于2％； 9. 粉状聚丙烯酰胺；

10. 小于0.5mm浮选尾煤煤样500g或其它悬浮液、污水等5升。 四、试验过程及步骤

（一）配制0.1％聚丙烯酰胺100mL：

用牛角勺以最少的次数将絮凝剂装进已知质量的洁净而又干燥的称量瓶中，称取0.25g，称量时要求准确到0.001g同时按0.1％的溶液浓度求出稀释水的体积Vp。

Vp?G(C?Cp)??Cp

式中 Vp——添加水量，mL；

G——称量的商品絮凝剂的重量，g；

C——商品絮凝剂的纯度（以小数表示），％； Cp——所配制的絮凝剂水溶液浓度，％； ?——添加水的密度，?=1kg/L。

将所求出的稀释水，使用量筒称量并注入500mL烧杯中，再将烧杯量置于磁力搅拌器上，放入搅拌磁棒，开启磁力搅拌器，调整转速使液体产生强烈涡流。再将称好的絮凝剂均匀地分散地撒在涡流面上，待絮凝剂全部撒完后，将磁力搅拌器转速调至300~400r/min，搅拌2h，使絮凝剂颗粒完全溶解。若搅拌完毕后仍有未溶解的聚团颗粒，此溶液作废，重新配制。

（二）进行沉降试验 1. 称取试样40g待用；

2. 将称好煤样仔细倒入500mL量窗口中，并注入少量清水进行润湿，上下倒置，

直至煤泥全部润湿并分散在水中为止。

3. 用普通坐标纸制成纸带，粘附于500ML量筒壁上，以液面为原点，单位为

mm，方向向下建立纵坐标系（见图7－1）。

4. 将蛇形日光灯管扭成垂直状，开启开关，放置在量筒附近，以观察量筒澄清

界面的形成和下降情况。

5. 根据0.8g/m’的药剂单元耗量计算，用注射器吸取絮凝剂溶液0.4mL，一次性

加入待试验的量筒中，盖紧橡胶塞。

6. 将量筒上下翻转5次，转速以每次翻转时气泡上升完毕为止。平行实验中翻

转次数，力度和时间应基本一致

7. 当翻转结束后，迅速将量筒立于日光灯管前，并立即开始记时。

澄清界面每下降0.5~1cm的距离，记录沉降时间，开始时沉降速度较快，以1cm为记录间隔，待澄清界面接近压缩区时，再以0.5cm为记录间隔，直至沉淀物的压缩体积不发生明显变化时为止。在记录沉降时间时，应由1人读沉降高度，1人读时间，

另一人负责记录数据。

本试验如提出正式报告时，需作平行试验。 五、试验数据处理及实验报告

1. 将实验数据填入下表中；

悬浮液絮凝沉降试验结果表

悬浮液来源： 絮凝剂： 名称 ________________ 悬浮液浓度： 分子量________________ 取样日期： 类 型________________ 试验日期： 絮凝剂溶液浓度________ 配制日期_______________ 顺序号 1 2 3 ： ： n 初始沉降速度,cm/min 平均初始沉降速度，cm/min 上澄清液浓度,g/L 沉积物高度,cm 絮凝剂用量，g/m3 甲样 乙样 时间，s 距离,mm 时间,s 距离,mm 2. 以澄清液面下降距离为纵坐标，沉降时间为横坐标绘制沉降曲线。

3. 在沉降曲线上，沉降起始点至压缩状态出现之前的线段内，以直线段部分的斜率做为沉降速度值，也可采用式7-1计算。

4. 两次平行试验的相对误差不超过8％，以算术平均值作为试验基础数据。 5. 叙述试验目的和试验的主要过程。 6. 计算初始沉降速度。 7. 将试验数据填入表中。 8. 绘制沉降速度曲线。 9. 试验总结。 六、思考题

1. 在此试验中，如煤泥中细泥含量较高，沉降后的澄清水会出现什么现象？试从理论上分析之。如果要使澄清水变清，你将采用什么方法？

2. 高分子絮凝剂的作用机理是什么？絮凝剂的分子量对药剂性能和使用有何影响？

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