超声波在矿物加工中的应用与研究进展.docx

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1、超声波在矿物加工中的应用与研究进展wangsl导语：超声波由一系列疏密相间的纵波构成。当在液体中传播时液体会发生声空化现象1概述超声波由一系列疏密相间的纵波构成。当在液体中传播时液体会发生声空化现象，每个空化气泡都是一个“热门。液体中的声空化经过就是集中声场能量并迅速释放的经过。足够强度的超声波通过液体时，当在声波负压半周期时，假如声压幅值超过液体内部静压强，存在于液体中的微小气泡就会迅速增大，在相继而来的声波正压周期中气泡又绝热压缩而崩溃，在崩溃瞬间产生极短暂的强压力脉冲，气泡中间会产生接近5000K的高温，压力超过50MPa,气泡与水界面处温度也可达2000K，持续几秒后，热门随之冷却温度

2、变化率达109K/s，并伴有强烈的冲击波对于均相液体媒质和速度高达110m/s的微射流对于非均相媒质。冲击波和微射流作用会在界面之间形成强烈的机械搅拌效应，而且这种效应可以打破层流边界层的限制，强化界面间的理化效应。这就为矿物加工中的界面反响提供了一个理想环境。2超声波在矿物加工中的应用研究2.1超声波强化泡沫浮选从超声波场的特性来看，超声波可产生高的声波强度，进而对浮选起多种作用。早在20世纪30年代，PetersenW就在浮选中广泛地试验了超声波，后来的一些研究者也报道了超声波对浮选所起的促进作用。超声波能使浮选药剂乳化，增大药剂的分散性，使药效进步，以改善浮选效果，同时还可降低用药量；在

3、浮选前用超声波处理能改变矿物颗粒的外表状态，如超声波可脱除矿物外表的泥质，使矿物颗粒露出新颖的外表，这对浮选非常有利。C勒特马瑟等对超声波强化泡沫浮选研究最为全面。他们用石墨作为浮选试验样品，用Bandelin公司消费的HD200型超声波发生器，其频率为20kHz，最大功率200W。其试验结果说明，超声波处理可强化浮选经过，进步浮选别离的选择性和精矿的质量。在实验室浮选石墨时，在精矿固体产率维持较高程度的情况下，超声波分散矿浆使精矿灰分降低2.3%，以进步精矿纯度。波兰学者SlaczkaA研究超声波对浮选的影响时，发现超声波不仅能影响重晶石、萤石、方解石吸附药剂的才能，而且还影响它们的浮选效果

4、。超声处理矿浆后进步了捕收剂在重晶石上的吸附，却降低了在萤石上的吸附，而在方解石外表的吸附未发生任何变化。这主要是由于这些矿物的硬度和脆性不同。对重晶石进展超声处理可使其外表形成微小的凹痕，而对萤石那么起磨光作用，方解石不受超声波的影响。由于超声波作用后矿物反响不同，这在一定程度上进步了矿物浮选的选择性。2.2超声强化矿物浸取1强化金属矿的浸取。在金属矿的加工经过中，矿物的浸取是一项非常重要的加工技术，尤其是获得某些珍贵金属时，浸矿还是最主要的方式之一。在浸矿经过中，超声波是一种理想的强化手段，它在一定程度上可以减弱甚至代替强酸、强碱、高温、高压、剧毒等极端危险的浸矿条件，进步浸矿的回收率。早

5、在20世纪70年代，Tyntyunik等就对用超声波处理代替酸浸加工钽铌精矿进展了研究。通常白钨矿石的浸出是用浸出剂Na2CO3在高压釜中进展的，学者们用超声振荡来代替高压釜，用Na2CO3来浸出白钨矿。理论证实，用超声波强化能获得较高的浸出率。关于超声波在湿法浸出中的研究近几年也有报道，尤其是超声波在低品位难处理的矿石浸出中显示出了一定的上风。袁亮堂等人用40kHz的超声来强化锰银矿的提取，当向浸出体系中输入超声波时，浸出的反响速度可进步1倍，并且使浸出复原剂的用量减少20%以上。2强化非金属矿的浸取。C.G.Blanco等人以苯等8种溶剂提取油页岩中的沥青质为对象，比照超声浸取法和普通的S

6、oxhlet浸取法，发现超声浸取法2h的浸获得率与Soxhlet浸取法48h相应得率一样。M.D.Guillen等以27种有机溶剂提取煤焦油中的沥青质，比照超声波浸取法和Soxhlet浸取法，同样得出超声法可大大缩短操纵时间的结论。加拿大MCGILL大学的Cooke等研究了超声处理对烟煤抽提率的影响。抽提反响在索氏提取器中进展，选用喹啉做抽提溶剂，抽提反响温度为30，在超声频率为80kHz，超声强度为1.10W/cm2条件下，最大抽提率可达42%，而在温度、溶剂及煤粒粒度等一样的实验条件下，无超声处理的抽提率仅为27%。美国研究人员Mattoon等人考察了超声处理对烟煤及次烟煤抽提率的影响。一

7、样实验条件下包括抽提反响温度、抽提溶剂、煤粒粒度等，超声处理和无超声处理相比，最大抽提率进步大约45%。2.3超声强化过滤和脱水1凝聚与浓缩。超声对悬浮液的凝聚与浓缩作用早就被人们所熟知。但对凝聚与浓缩原理尚有一定争议。比拟有讲服力的是Kotyasov建立的声场凝聚效应模型。在声场作用下，分散相相对于颗粒的流动速率增加，伴随着速率升高，导致分散质之间的挤压力升高，使固体颗粒的密度进一步进步，凝聚与浓缩发生。此外，超声波还可以进展悬浮液浓度的测量，如赵亮富等研究的超声波沉降实验装置就能测量到悬浮液沉降经过中的浓度场，对沉降机理的研究有着很重要的作用。2过滤和脱水。凝聚与浓缩是固液别离的初级阶段，

8、要想得到水分适宜的产品，必须进展过滤和脱水。常规的过滤方法，会因过滤器在使用经过中被阻塞而降低过滤速率。实验说明，超声的引入可以进步过滤速率。超声用于过滤和脱水作业时，超声的主要作用表如今3个方面：其一是超声会使过细的颗粒发生凝聚，进而使过滤速率加快；其二是超声向系统提供足够的振动能，使局部粒子保持悬浮，为别离作业提供了较多的自由通道；其三是超声可以强化液体通过多孔介质时的扩散作用。超声对工业混合物的过滤和脱水效果明显。如超声用于煤浆真空过滤可使煤浆含水量由50%降到25%，而不加超声时，只能降到40%。超声用于离心脱水作业，如Swamy等研究了在高强度声场辐照下98kHz，100W/cm2，

9、用离心机脱除用水饱和的菱铁矿、沙和锯木屑等物料中的水分。结果说明：当离心脱水加以超声作用时，在不同条件下可以比不加超声的离心脱水法得到的最终含水量少25%95%。2.4超声用于强化选煤和脱硫的研究1超声技术强化选煤。日本学者KAsai和NSasaki在1945年开场以超声处理煤浆的应用研究。研究结果表明，细颗粒经过超声辐射后，在液体中呈悬浮状态，并与超声辐射的频率有重要关系。这个现象说明，当以适当超声频率辐射煤浆时，仅造成煤粒的絮凝，而象石英、粘土等细颗粒那么不被絮凝。据此可以把煤粒与石英、粘土分开，讲明超声具有强化选煤的作用。经超声处理的煤浆给入浮选机，浮选机的处理量能增加5070%。土耳其

10、学者MSCelik研究了超声预处理对煤可浮性的影响，发如今浮选前用氧化剂和复原剂处理过的煤进展超声处理能提高它的疏水性。未加捕收剂进展超声处理后除掉细泥，再加捕收剂，结果比未进展超声处理的煤的回收率高几倍。2超声技术强化煤的脱硫。巴基斯坦学者ZaidiSAH研究了在3070条件下，用0.0250.5mol的稀NaOH溶液，对低变质煤进展超声强化脱硫。指出低温下的超声强化脱硫效果较好，超声能量产生的剪切力可促进在处理经过中煤中细粒硫分与碱的作用。美国MRDanson等人在Ames实验室进展的研究是：用3种不同类型的实验去确定声能对高硫煤中黄铁矿和成灰矿物质分布的影响。将伊利诺斯6号煤短暂置于10

11、kHz声能作用下，比拟处理前后各粒级煤中数质量关系。试验说明，声能对解离煤中矿物很有效：声能能降低除最细粒级外几乎所有粒级的灰分。在声能作用下还能解离破碎肉眼可见的黄铁矿和石质粘土。从中还发现，对粘土矿物质影响最大的是煤样中0.074mm这一粒级中的高灰物质。以为声能只能解离微断口煤颗粒。声能能通过剥去煤外表的亲水性物质而改善煤的浮选。对解离易碎煤粒内的黄铁矿和充填物，声能是一种有效而经济的手段。笔者在超声强化煤的脱硫方面做了大量研究，并对矿浆超声强化后的性质变化进行了试验研究。试验结果说明，超声处理可促使矿浆体系PH值、外表电位、电导率、溶解氧等参数发生变化。以BET为浮选药剂，石灰、水玻璃

12、为抑制剂，初步探究了超声强化煤炭脱硫的原理。对山东淄博和山西介休2种实际煤样进展分选试验，使用超声强化与未使用超声相比，脱硫率能进步20%30%，效果明显。1Sulick.K.S.,HammertonD.A.,ClineR.E.Jr.ThesonochemicalhotspotJ.J.Am.Chem.soc.,1986,10817:564156422SuslickK.S.SonochemistryJ.Science,1990,24749:143914453C勒特马瑟等.应用超声波强化泡沫浮选.国外金属矿选矿，200210：21254Cershitskii,A.A.，Khavskii，N.N.，

13、Shmalei，B.N.&Smirnov，Yu.R.Chem.Abstr.，781973,602605PesicB，ZHOUTL.ApplicationofUltrasoundinExtractiveMetallurgy：SonChemicalExtractionofNickelJ.MetallurgicalTransaction，1992，23：13206St.SlaczkaA.EffectofUltrasoundonAmmoniumLeachingofZincfromGalmeiOreJ.Ultrasonic，19961：53557沈耀亚，赵德智，许风军.功率超声在化工领域中的应用现状和开展趋势措施.当代化工，200010：15188胡军.高硫煤脱硫降灰工艺与理论研究：博士论文.北京：北京科技大学，2000.15209胡军,胡永平,王淀佐.超声波强化煤泥浮选脱硫研究.应用声学,20001:222610胡军,王淀佐,胡永平.超声处理后Ca2+在黄铁矿外表作用的XPS分析.黑龙江科技学院学报,20011:15转自：中国煤炭0