114 高普考高考三級 採礦工程 選礦學 考古題詳解

核心觀念

本題考「等速沉降粒」及其對重力分選的影響。比重較大的細粒，可能與比重較小的粗粒具有相同的沉降速率；若兩者進入同一沉降分選設備，就不易只依比重將其分開。

以球形顆粒在同一流體、同一力場中沉降為例，令重粒與輕粒的密度分別為 $\rho_H$、$\rho_L$，且 $\rho_H>\rho_L$；流體密度為 $\rho_f$。兩者達到相同終端沉降速率時，粒徑比可表示為：

其中 $d_L$ 為輕粒粒徑、$d_H$ 為重粒粒徑；$m$ 隨沉降阻力狀態而異。Stokes 沉降區通常取 $m=\frac{1}{2}$，Newton 沉降區通常取 $m=1$。此比值稱為自由沉降比；在受阻沉降條件下，計算時應以懸浮液的表觀密度等條件修正。

解題方法

避免不同比重礦粒發生等速沉降，主要採用控制粒度、分級後再分選：

核心觀念

重液分選是利用介質與礦粒間的比重差異進行分離。介質比重介於欲分離礦粒的比重之間時，比重較大的礦粒下沉，比重較小的礦粒上浮。

介質可分為真重液與擬重液，主要差異在於介質是否為均勻的單一液相，以及達到所需比重的方式。

解題方法

作答時比較兩類介質的組成、比重調整方式、分選效果及適用上的限制：

核心觀念

捕集劑（collector）是浮選藥劑中用來選擇性提高礦物表面疏水性的藥劑。它吸附於欲浮礦物表面，使礦粒較容易附著氣泡並進入泡沫層，藉此與親水脈石分離。捕集劑種類與用量須配合礦物性質、礦漿條件及其他藥劑調整。

解題方法

本題分兩部分作答：先說明捕集劑正常用量下的作用，再說明過量時浮選效果如何變化，並從礦物表面吸附與浮選選擇性解釋原因。

捕集劑吸附後，其疏水端朝向水相，使礦物表面與水的親和性降低、與氣泡的附著能力提高。適量添加可提升目標礦物的浮選速率與回收率。

捕集劑過量的影響及機制

捕集劑添加過量，通常會使精礦品位與分選選擇性下降；捕集劑若也吸附於脈石或非目標礦物，這些礦物的疏水性也會增加，因而跟著氣泡進入泡沫層，造成精礦污染。若泡沫層中固體負荷增加，還可能使泡沫夾帶更多細粒脈石。

其影響機制主要有：

核心觀念

本題比較三種浮選設備的氣泡生成方式、氣泡與礦粒接觸的位置、槽內流場與泡沫層配置，並由此判斷其適用的礦粒粒度、作業目的與操作條件。

浮選的共同基礎是：經捕收劑作用而具疏水性的礦粒，與氣泡碰撞、附著後上浮成為泡沫產品；親水性礦粒則留在礦漿中。三者的差別，在於如何提供氣泡，以及主要在哪裡完成礦粒與氣泡的接觸、附著與分離。

解題方法

依「氣泡如何產生 → 礦粒在哪裡與氣泡接觸 → 如何完成泡沫分離 → 適用條件」逐一比較。這樣能由設備構造直接連結到其分選特性與操作用途。

1. 丹佛型浮選機

丹佛型屬於機械攪拌式浮選機。葉輪使礦漿循環、保持固體懸浮並將空氣分散為氣泡，礦粒與氣泡主要在葉輪附近及槽內湍流區接觸。疏水礦粒附著氣泡後上升至液面形成泡沫，再由刮泡裝置排出。

其優點是設備通用、調整操作方便，且葉輪攪拌能維持礦粒懸浮，適合多數一般礦石選別及粗選、掃選等作業。強烈湍流可促進接觸，但也會增加能耗；過度攪拌可能使已附著的礦粒脫落，因此操作上須兼顧懸浮、氣泡分散與泡沫穩定。

2. 柱狀浮選機

核心觀念

篩分與分級都是選礦中的粒度分離作業，目的在於把物料分成適合後續破碎、磨礦或選別的粒度範圍。兩者的主要差異在於分離原理與分離所依據的粒徑概念：

• 篩分（screening）：利用篩面孔隙作為幾何界線，顆粒依能否通過篩孔分流。分離主要依據顆粒的實際粒徑；小於篩孔的顆粒傾向成為篩下物，大於篩孔的顆粒傾向成為篩上物。
• 分級（classification）：利用顆粒在流體（通常是水，也可為空氣）中的運動或沉降速度差異分流。分離依據的是顆粒的沉降特性或等降粒徑，會受到粒徑、密度、形狀及流體性質影響。

因此，篩分較接近依幾何尺寸直接切割；分級則是依顆粒在流體中的行為間接分離。分級所得的同一產品中，可能同時含有較粗但密度較低的顆粒，以及較細但密度較高的顆粒。

常見設備方面，篩分有固定篩、振動篩及滾筒篩；分級則有螺旋分級機、水力分級機及水力旋流器等。

解題方法

作答時可依序比較「分離介質與作用方式、分離依據、適用粒度與物料狀態、分離效果及流程目的」，最後再說明設備選擇依據。這樣能同時回答題目的「差異性」與「選擇依據」，也能避免只列設備名稱而未說明原理。

篩分與分級的差異