黃萬撫,胡運(yùn)禎,黃李金鴻,曾祥榮,張?zhí)戾a

(1.江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.江西理工大學(xué) 建筑與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000)

超聲波是指頻率超過2×104Hz的聲波，具有聚束、定向、反射、投射等一系列特性，其振動可以引起礦漿內(nèi)礦粒產(chǎn)生極大的速度與加速度，給礦粒傳遞極大能量，對礦粒產(chǎn)生包括空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)等一系列特有效應(yīng)。隨著礦產(chǎn)資源的日益枯竭，礦石細(xì)貧雜的問題愈發(fā)明顯，在選礦過程中，尋找新工藝，減少礦產(chǎn)資源浪費(fèi)，提高資源利用率便迫在眉睫。超聲波作為一種具有自身獨(dú)特性質(zhì)的工藝，對礦漿進(jìn)行預(yù)處理后，能使選礦指標(biāo)有著較為顯著的提升。超聲工程學(xué)在礦物加工領(lǐng)域的研究應(yīng)用主要包括檢測超聲和功率超聲兩大類，本文對這兩方面在礦物加工中的作用機(jī)理、研究進(jìn)展、應(yīng)用情況進(jìn)行了探討。

1 檢測超聲在礦物加工過程中的應(yīng)用

檢測超聲利用了超聲傳播的特征和信息載體的特性，檢查材料缺陷，測量物體的幾何尺寸、物理化學(xué)性能及其他非聲學(xué)性質(zhì)和參量的方法和技術(shù)。由于超聲波頻率高，波長短，衍射現(xiàn)象不明顯等特點(diǎn)，在測量過程中有著靈敏度高，速度快，成本低，對人體無害，不需要直接接觸待檢測物進(jìn)行直接接觸等優(yōu)勢。

1.1 粒度檢測

粒度檢測是選礦中的重要指標(biāo)，浮選不但要求礦物單體解離，而且要求適宜的入選粒度，如果礦物粒度不當(dāng)，會引發(fā)一系列問題。例如浮選指標(biāo)下降，礦物資源、選廠用水、用電的浪費(fèi)。因此粒度檢測在礦物加工過程中有著重要的作用。現(xiàn)在常用的粒度分析設(shè)備有激光粒度分析儀，嵌入式在線粒度分析儀和超聲粒度分析儀等。

超聲粒度分析儀相比于嵌入式分析儀，無須與礦漿直接接觸，分析速度快，精度高。相比于激光粒度分析儀，超聲波的強(qiáng)穿透性可以保證探頭和礦漿存在緩沖區(qū)，探頭不會被飛濺的礦漿污染和阻塞。

超聲波粒度分析儀根據(jù)反映的聲波性質(zhì)和衰減系數(shù)α的性質(zhì)設(shè)計(jì)的。造成超聲波衰減的主要原因是流體介質(zhì)對超聲波的吸收和流體介質(zhì)中懸浮粒子對超聲波的散射。在確定的傳播距離內(nèi)，在介質(zhì)的其他物理性質(zhì)近似的情況下，相同頻率的超聲波在不同的介質(zhì)濃度和不同的介質(zhì)粒度組成條件下，其強(qiáng)度的衰減是不同的。也就是說它們的衰減系數(shù)a是介質(zhì)濃度和粒度的函數(shù)。而在介質(zhì)濃度和介質(zhì)粒度相同的條件下，在不同頻率的超聲波作用下，超聲波強(qiáng)度的衰減與介質(zhì)粒度之間有著不同的非線性關(guān)系。

(1)

上式中I為接收探頭接收到超聲波的聲強(qiáng)，I0發(fā)射探頭發(fā)出超聲波的聲強(qiáng)，α為衰減系數(shù)，x為超聲波移動的距離。

圖1為超聲粒度分析儀原理圖，通過發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，緩沖區(qū)1反射的聲波由接收探頭3接收，樣品區(qū)反射的聲波由接收探頭2接收，緩沖區(qū)2反射的聲波由接收探頭1接收，投射的音波由接收探頭4接收。通過對比各個(gè)探頭接收到聲波的強(qiáng)度，就可以計(jì)算出樣品的粒度。

圖1 超聲粒度分析儀原理圖Fig.1 The schematic of ultrasonic grain size analyzer

美國Autometrics生產(chǎn)出第1代PSM-100粒度分析儀，適用于測量-0.053 mm占20%～80%的目的礦漿；緊接著推出PSM-200粒度分析儀，適用于-0.025 mm占90%的細(xì)粒物料[1]；芬蘭奧特昆普公司的PSI系列粒度分析儀；我國最早研制出的馬鞍山設(shè)計(jì)院研制出CLY型粒度分析儀，其結(jié)構(gòu)與美國PSM分析儀類似；北京礦冶研究總院開發(fā)、研制BSDM-1型礦漿濃度計(jì)；丹東東方測控技術(shù)股份有限公司的DF-PSM粒度分析儀，可以測量顆粒 ≤1 mm，P80為25～295 μm的分布[2-5]。

目前超聲波粒度儀已經(jīng)在國內(nèi)多處公司投入使用[6]。DF-PSM在線超聲粒度分析儀在金堆城百花嶺、卅畝地選廠投產(chǎn)，用于磨礦系統(tǒng)中，溢流-200目含量和礦漿濃度誤差都在2%以內(nèi)，便于調(diào)整磨礦操作，使旋流器分流的濃度、細(xì)度更加穩(wěn)定，為浮選作業(yè)提供更好的環(huán)境，提高鉬精礦產(chǎn)品質(zhì)量，跑粗現(xiàn)象減少，尾礦品位降低[7]。

1.2 濃度檢測

濃度對泡沫浮選有著重大影響，適宜的濃度有益于礦粒與氣泡碰撞吸附，保證了氣泡對礦物具備足夠的負(fù)載能力。礦漿濃度過低時(shí)，回收率較低；濃度過高時(shí)，又會導(dǎo)致浮選機(jī)工作環(huán)境變差，使浮選指標(biāo)變差。

目前市場上有靜壓力法、重力法、浮子法、γ射線法、振動法、光電法等多種濃度檢測方法。在測量礦漿中礦粒的粒徑時(shí)，粒徑本身相差較大，探頭工作環(huán)境差，工作時(shí)間長等一系列因素，對探頭耐磨耐腐蝕性要求較高，導(dǎo)致其他方法無法長期穩(wěn)定的進(jìn)行測量。而超聲波法自身由于穿透力強(qiáng)，無需與礦漿直接接觸。

超聲濃度檢測的方法主要是利用超聲衰減作用進(jìn)行測量，超聲波在礦漿中傳播時(shí)，振幅會隨著礦漿中固體含量多少和固體顆粒大小而變化。選取合適的超聲頻率，便可以得出衰減量與礦漿濃度的關(guān)系。按照聲學(xué)原理，振幅衰減和礦漿濃度呈指數(shù)相關(guān)：

A1=A0·e-K1lr3f4q

(2)

經(jīng)推導(dǎo)計(jì)算得出：

(3)

礦粒對高頻超聲波的衰減主要是散射衰減，它與礦粒的濃度、粒度、比重和表面形貌(平整或是凹凸不平)等等有關(guān)。其中r為礦漿中礦粒的半徑，q為礦漿濃度，l為超聲波在礦漿中的傳播距離，f為超聲波頻率，K1為衰減系數(shù)，A0為超聲波在純水中傳播l距離后的振幅，A1為在礦漿中傳播l距離后的振幅。見圖2，礦漿濃度檢測儀主要是利用礦漿中礦粒對超聲波的衰減作用，通過探頭A和B發(fā)射、接收并測量超聲波強(qiáng)度，通過懸濁液中懸浮粒子對超聲的衰減，計(jì)算出懸濁液濃度。

我國從上世紀(jì)60年代就開始對超聲工業(yè)測量技術(shù)開始研究，受限于當(dāng)時(shí)材料和電子科學(xué)的限制，在上世紀(jì)90年代，南化集團(tuán)生產(chǎn)出USC型超聲波硫酸濃度計(jì)[8]。丹東東方測控技術(shù)股份有限公司的DF-6420，測量精度：2.0%(1σ)，濃度范圍：-70%[9]。截止2014年，已成功用于50多個(gè)工業(yè)現(xiàn)場，為礦山選廠有很好的指導(dǎo)意義。贊比亞穆利亞西銅礦于2016年采用DF-6420型超聲波礦漿濃度計(jì)，礦漿測量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差<1.7%，克服了氣泡、粒度、溫度、磨損等因素的影響[10]。安慶銅礦充填自動化控制系統(tǒng)中采用超聲波濃度計(jì)對膠結(jié)填充礦漿進(jìn)行測量，測量、維護(hù)方便，使得填充工藝流程基本實(shí)現(xiàn)了自動化[11]。

圖2 超聲濃度分析儀原理圖Fig.2 The schematic of ultrasonic concentration analyzer

1.3 流量檢測

在選礦流程中，礦漿流量的測量是保證選廠過程控制與金屬平衡計(jì)算的重要參數(shù)，在礦山中，旋流器進(jìn)漿流量、溢流流量、尾礦濃密機(jī)底流流量、中間產(chǎn)品流量，結(jié)合相應(yīng)礦漿濃度，進(jìn)行礦量計(jì)算，方便礦山對流程工藝進(jìn)行控制管理。

現(xiàn)有礦漿流量測量工藝有兩種，一種為電磁流量計(jì)，另一種是超聲流量計(jì)。由于礦漿成分較為復(fù)雜，具有磨蝕、易粘著、易沉積等特性，電磁流量計(jì)在接觸測量的過程中，電極和探頭磨損嚴(yán)重，傳感器上存在礦物沉積，導(dǎo)致測量結(jié)果準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性較差。超聲波測量礦漿流量，無需接觸，對礦漿流動不產(chǎn)生影響，不受流體導(dǎo)電性和磁性的影響，穿透力強(qiáng)可用于測量大管道的流量測量，并且可以通過測量礦漿氣泡來對測量結(jié)果進(jìn)行修正，準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性較高。

超聲流量計(jì)常用的有兩種，其一是通過超聲在不同介質(zhì)中傳播速度不同而產(chǎn)生的聲速流量計(jì)，成為時(shí)差法超聲流量計(jì)。另一種是基于多普勒效應(yīng)的多普勒超聲流量計(jì)。超聲波流量計(jì)通常由測量變換器、超聲波產(chǎn)生和接收電路及信號處理系統(tǒng)三部分組成。測量變換器，簡稱變換器，它包括超聲波發(fā)射換能器、接收換能器，實(shí)現(xiàn)換能器與流體媒質(zhì)之間聲耦合的聲導(dǎo)(或稱聲楔)及其相應(yīng)的機(jī)械聯(lián)結(jié)組件等。

超聲波在靜止的媒質(zhì)中的傳播速度與在流動的媒質(zhì)中傳播速度不同。具體變化值與媒質(zhì)流速有關(guān)。因此通過測量超聲傳播速度的變化，就可以測定媒質(zhì)的流速，得出媒質(zhì)的流量。

現(xiàn)在常用的是多普勒流量計(jì)，其原理為多普勒效應(yīng)：物體輻射的波長因?yàn)椴ㄔ春徒邮拯c(diǎn)的相對運(yùn)動而產(chǎn)生變化。通過測量流體中運(yùn)動粒子散射聲波的多普勒頻移，以此完成流量檢測。

見圖3，由發(fā)射探頭發(fā)射與礦漿流向夾角為θ，頻率為的超聲波，部分超聲波由礦粒反射，由接收探頭接收，接收到的頻率為f2，c為超聲波在礦漿中的傳播速度，通過多普勒效應(yīng)計(jì)算便可以得出礦漿流速v。

圖3 多普勒超聲流量計(jì)原理圖Fig.3 The schematic of Doppler ultrasonic flowmeter

(4)

由于聲速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于礦漿流速，所以有，

(5)

(6)

19世紀(jì)20年代，Rutten O發(fā)明了世界上第一臺時(shí)差法超聲波流量計(jì)[12]；20世紀(jì)80年代，多普勒式超聲波流量計(jì)開始成為主流。我國超聲流量計(jì)起步較晚，20世紀(jì)90年代，同濟(jì)大學(xué)聲學(xué)工作室等開始獨(dú)立研發(fā)[13]。至今，浙江大學(xué)，天津大學(xué)、華中科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等學(xué)校已經(jīng)在超聲流量測量技術(shù)方面取得了一定的成果，也有多家公司開始投入生產(chǎn)超聲波流量設(shè)備[14]。2013年中鐵資源伊春某鉬礦采用了DN900聲吶流量計(jì)，用于測量旋流器溢流中礦漿流量[15]。2017年江銅德興某銅礦，對旋流器進(jìn)漿管道流量進(jìn)行測量。測量誤差都<1.0%[16]。

1.4 料位檢測

采用料位儀對礦山選廠的礦倉進(jìn)行料位測量，可以杜絕空倉，溢倉等事故，還能改善工人的勞動環(huán)境，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。

現(xiàn)有料位檢測設(shè)備主要有重錘式料位儀、阻尼葉片式料位儀和超聲波料位儀。重錘式料位儀在測量中誤差較大，重錘會沒入物料而發(fā)生故障。阻尼葉片式料位儀只能測量固定礦倉內(nèi)固體物料高度，無法進(jìn)行動態(tài)測量。超聲料位儀不僅能夠動態(tài)、精確測量物料高度，還能對液位高度進(jìn)行測量。

現(xiàn)有物料測量中，在連續(xù)測料位的超聲技術(shù)中，應(yīng)用最廣的是超聲波脈沖回波法，它的基本原理是:發(fā)射超聲換能器發(fā)出的超聲脈沖，通過傳聲媒質(zhì)傳到被測液面，經(jīng)反射后再通過傳聲媒質(zhì)返回到接收換能器，測出超聲脈沖從發(fā)射到接收在傳聲媒質(zhì)中傳播的聲時(shí)，再根據(jù)傳聲媒質(zhì)中的聲速，就可以算得從換能器到物料的距離，從而確定料位。

在礦倉頂端垂直向下安置超聲波探頭，探頭間斷性向下發(fā)射脈沖，通過測量接收探頭接收到反射回的聲波的時(shí)間，來計(jì)算發(fā)射探頭到物料位面的距離。

(7)

h=L-α

(8)

其中，ν為聲波在空氣中的傳播速度，t是接收到反射超聲波所用的時(shí)間。通過計(jì)算，可以得出料位高度h。

上世紀(jì)60～70年代，美國THERMO RAMSEY公司的超聲料位儀，德國Endres&Hauser公司的NIvotester FTU181，日本的UMK等一系列超聲料位儀已經(jīng)有了成熟應(yīng)用。我國超聲料位儀的起步較晚，但在1979年，我國研制的USK型超聲波位置控制器開始投產(chǎn)，相比于輻射式物位計(jì)、機(jī)械式物位計(jì)、電磁式物位計(jì)、光學(xué)式物位計(jì)等其他類型物位計(jì)，有著安全無污染，精確度高，不會損害物料等一系列優(yōu)點(diǎn)[17]。現(xiàn)在超聲料位儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類礦山倉庫，杜絕了礦倉空砸等設(shè)備事故，減少了操作人員在惡劣環(huán)境下工作，提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率[18]。

2 功率超聲在礦物加工過程中的應(yīng)用

功率超聲是通過超聲能量對物質(zhì)的作用來改變或加速改變物質(zhì)的一些物理、化學(xué)和生物特性或狀態(tài)。在工業(yè)上常用某些逆壓電效或材料的磁致伸縮效應(yīng)來制作超聲換能器。在應(yīng)用上，分為大功率和高聲強(qiáng)兩類。在超聲傳遞過程中，伴隨著空化效應(yīng)、力學(xué)效應(yīng)、熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)等一系列效應(yīng)。因此功率超聲能夠大幅度加快反應(yīng)速度且提高處理質(zhì)量。

2.1 超聲波粉碎

超聲空化使在礦漿中礦石等破碎的工藝過程稱超聲碎，超聲粉碎裝置一般由換能器、變幅桿和超聲頻電源組成。超聲波粉碎利用超聲波的高能量密度(每cm2接觸面有數(shù)千千瓦的能量)與高頻應(yīng)力(20 kHz)兩個(gè)特點(diǎn)。兩個(gè)特點(diǎn)相補(bǔ)充，可以在短時(shí)間內(nèi)有較好的破碎效果。

上世紀(jì)80年代，美國猶他粉碎中心就研制了第1臺超聲波粉碎設(shè)備。我國超聲粉碎方面起步較晚，在礦物加工方面多用于非金屬礦的超細(xì)粉碎[19]。相較于其他超細(xì)碎設(shè)備，超聲粉碎效率更高，粉碎用時(shí)更短，產(chǎn)品粒級更窄，很少會出現(xiàn)過磨等情況。但是超聲波粉碎由于自身特性，相較于礦物加工過程中的破碎，超聲波粉碎在食品加工、粉末冶金和材料科學(xué)的應(yīng)用更廣。

2.2 超聲波強(qiáng)化浮選

浮選是通過捕收劑選擇性的吸附在礦粒表面，改變礦物疏水性的過程。捕收劑選擇性的吸附在礦粒表面晶格缺陷，另一端吸附氣泡。

在浮選過程中，影響回收率的主要因素很多，礦石粒度、礦石性質(zhì)、礦漿溫度礦漿pH等等。超聲波在溶液中通過空化效應(yīng)、力學(xué)效應(yīng)、熱效應(yīng)等一系列作用，對礦漿和浮選藥劑有如下作用：

(1)改善礦石結(jié)構(gòu)與表面性質(zhì)。超聲產(chǎn)生的空化作用對礦粒表面產(chǎn)生清洗作用。在空化作用下，去除礦石表面與罩面雜質(zhì)。促進(jìn)礦粒裂隙發(fā)育，使目的礦物更好的暴露出來。增加礦粒與藥劑接觸幾率，增加藥劑在礦粒表面的吸附量，提升浮選效果。

(2)提高固體顆粒的分散性。超聲波的空化作用使顆粒分散，同時(shí)顆粒懸浮體在超聲振動周期性壓縮拉伸的作用下，破壞礦漿中團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，使體系達(dá)到分散。不同于化學(xué)分散，超聲分散不需要額外添加分散劑，在不影響礦漿性質(zhì)的同時(shí)，提高礦粒的分散性。

(3)提高藥劑乳化。部分選礦藥劑的溶解度并不高，通過超聲處理后，乳化藥劑穩(wěn)定性較高，相較于直接給藥，可以減少藥劑用量的同時(shí)提高產(chǎn)率。

(4)增強(qiáng)氣泡穩(wěn)定性。超聲駐波聲場會對氣泡產(chǎn)生聚集作用。在駐波聲場作用下，礦漿中產(chǎn)生氣絮團(tuán)。礦漿中氣泡的穩(wěn)定性要比沒有超聲作用的直接浮選好。

(5)改變礦漿溫度。超聲熱效應(yīng)使礦漿溫度上升，Q=2Iαt，其中Q為產(chǎn)生的熱量，I為超聲強(qiáng)度，α為礦漿吸收系數(shù)，t為超聲在礦漿中的傳播時(shí)間。在超聲作用下，礦漿溫度上升，加速反應(yīng)進(jìn)行，有利于浮選。

因此，在選礦過程中，通過超聲預(yù)處理礦石、藥劑或超聲強(qiáng)化浮選過程，可以減少藥劑用量的同時(shí)提高選礦各項(xiàng)指標(biāo)。

Yuran Chena等研究表明，超聲波的作用在藥劑液滴周圍產(chǎn)生了空化氣泡，當(dāng)氣泡破裂時(shí)，導(dǎo)致大量的細(xì)小油滴與較大的油滴分離，以此可以通過適當(dāng)?shù)某晻r(shí)間和強(qiáng)度來處理藥劑，使之分散乳化，便于與礦粒更好的接觸反應(yīng)[20]。馬永義等研究了超聲波預(yù)處理對方鉛礦浮選行為的影響，發(fā)現(xiàn)超聲處理能暴露出礦物新鮮表明，是礦物可浮性明顯提高[21]。Shu Kaiqian研究了超聲波處理對鈦鐵礦浮選及捕收劑吸附的影響，發(fā)現(xiàn)在pH 4～5的范圍內(nèi)，未經(jīng)超聲處理和經(jīng)超聲處理后的鈦鐵礦浮選回收率分別為43.17%和89.54%[22]。Mao Yuqiang等為了提高粉煤浮選效率，采用超聲波對浮選過程進(jìn)行強(qiáng)化，發(fā)現(xiàn)短時(shí)間超聲會提高選擇性，改善脫硫性能；但長時(shí)間超聲會氧化煤粒表面，導(dǎo)致浮選效率降低[23]。江西理工大學(xué)黃萬撫、胡運(yùn)禎等進(jìn)行了超聲波脫去鉬精礦中選礦藥劑的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)超聲波去除鉬精礦中的浮選藥劑效果比現(xiàn)有工藝中的微波加熱法更穩(wěn)定，藥劑脫除率也更高[24]。

2.3 超聲波強(qiáng)化浸出

浸出過程是礦粒和浸出劑的反應(yīng)過程。浸出劑擴(kuò)散并吸附在礦粒表面，同時(shí)隨著礦粒內(nèi)部孔隙經(jīng)毛細(xì)作用進(jìn)行內(nèi)擴(kuò)散。在此過程中浸出劑與目的礦物發(fā)生反應(yīng)，將目的礦物轉(zhuǎn)化為可溶性金屬鹽，再通過外擴(kuò)散作用進(jìn)入溶液中。

在浸出過程中，最重要的指標(biāo)為浸出率，影響浸出率的主要因素有礦石特征、工藝技術(shù)等。其主要影響有以下幾方面：

(1)礦石本身孔隙發(fā)育不足。在浸出過程中，內(nèi)擴(kuò)散和外擴(kuò)散都是通過礦粒孔隙進(jìn)行的。當(dāng)孔隙發(fā)育不足時(shí)，浸出劑很難進(jìn)入礦粒內(nèi)部與包覆的目的礦物反應(yīng)，同時(shí)反應(yīng)后的可溶性金屬鹽也很難向外進(jìn)入溶液中。

(2)化學(xué)反應(yīng)生成沉淀物。在礦粒中，除了目的礦物，經(jīng)常還有其他元素。在浸出過程中，有些元素會生成沉淀在礦粒表面聚集，使目的礦物難與浸出劑發(fā)生反應(yīng)。例如在硫化銅礦物的浸出中，銅礦中常伴有Ca和Fe等元素，在浸出過程中會生成CaSO4、Fe(OH)3等沉淀，會阻止礦石與浸出劑的反應(yīng)。

(3)化學(xué)反應(yīng)生成鈍化膜。在細(xì)菌浸出過程中，難溶物會慢慢沉積在礦物表面，形成一層致密薄膜，阻礙礦粒與生物進(jìn)一步的反應(yīng)。例如在黃銅礦鹽浸的過程中，酸性條件下，黃銅礦中的Fe3+和礦漿中的H+會將硫元素氧化成S0，在黃銅礦表面形成致密薄膜。具體反應(yīng)如下：

CuFeS2+4Fe3+=Cu2++5Fe2++2S

(9)

CuFeS2+4H++O2=Cu2++Fe2++2H2O+2S

(10)

反應(yīng)中生成的硫單質(zhì)形成硫鈍化膜，在礦粒表面覆蓋，阻止浸出劑和礦粒內(nèi)部接觸。

超聲處理礦石主要有如下幾個(gè)作用：

(1)改善礦石性質(zhì)，強(qiáng)化傳質(zhì)作用。超聲空化導(dǎo)致礦石表面的鈍化膜和沉淀物被破壞，暴露出新的活性表面；與此同時(shí)，超聲產(chǎn)生的微射流對礦粒表面產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊，不僅可以產(chǎn)生新的裂隙，還能促使礦粒原有裂隙發(fā)育。加強(qiáng)了浸出劑的內(nèi)外擴(kuò)散傳質(zhì)作用。

(2)促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。在超聲產(chǎn)生的空化氣泡在潰滅時(shí)，會產(chǎn)生7 000 K的瞬時(shí)高溫與200 MPa的瞬時(shí)高壓，在高溫與高壓的催化下，浸出劑與礦石反應(yīng)速度加快，加速了浸出過程，減少了鈍化膜的形成，提高了浸出效率。

Ping Guo等利用超聲波選擇去除難處理金礦中的銻，結(jié)果表明超聲波明顯降低了除銻所需的溫度和時(shí)間，在最佳條件下，超聲波處理后銻去除率達(dá)到94.50%，金浸出率達(dá)到40.56%，而不采用超聲波處理的礦石銻去除率僅為58.37%，金浸出率僅為13.35%[25]。超聲也已經(jīng)用于各類礦石的的浸出。ZHANG Jie等研究了超聲處理加強(qiáng)含銅尾渣浸出，最優(yōu)條件下，超聲處理后的銅礦浸出率達(dá)89.5%，比常規(guī)浸出的浸出率高14.8%[26]。昆明理工大學(xué)郭文倩研究了超聲波對含鍺渣中鍺的浸出強(qiáng)化，結(jié)果表明功率700 W的超聲，最佳浸出條件，鍺的浸出率高達(dá)92.7%，比常規(guī)浸出最佳條件下浸出率高4.35%[27]，李健飛等研究了超聲波對高品位混合稀土的浸出，發(fā)現(xiàn)在最優(yōu)條件下，超聲強(qiáng)化比無超聲強(qiáng)化的浸出時(shí)間縮短了72.22%；在最優(yōu)浸出時(shí)間下，稀土浸出率和Ce浸出率分別提高了24.4%和26.91%[28]。

2.4 超聲波強(qiáng)化重選

重選指利用被分選礦物顆粒間相對密度、粒度、形狀的差異及其在介質(zhì)中運(yùn)動速率和方向的不同，使之彼此分離的選礦方法。

在煤礦選礦中，常用重選工藝對煤炭進(jìn)行提純。但此工藝僅能用于處理高品位煤礦，對于低品位煤礦，這類方法往往效果不佳。影響作用效果的因素主要有：

(1)粒度較細(xì)，微細(xì)粒含量較高。

(2)粘土礦物含量較高。煤泥中有較多的黏土礦物，加之水分含量較高。

(3)硫含量高，灰分含量高。

采用超聲對煤泥進(jìn)行處理，由于超聲波的特性，破壞了煤中灰分和硫的附著，通過旋流器、離心機(jī)、搖床等重選設(shè)備，便可以降低灰分和硫的含量。

Vujnovic在1993年開發(fā)了一種新裝置，通過超聲波來處理煤泥，然后通過重力分選將煤和灰分、硫進(jìn)行分離[29]。Morton等發(fā)明一種超聲波振動塔盤裝置，通過超聲振動導(dǎo)致灰分雜質(zhì)和煤之間的物理斷裂，再進(jìn)行重選工藝，使得煤與灰分脫離[30]。Slomka 和Buttermore對含27.8%灰分的煤超聲波處理后，進(jìn)行重力脫硫，使去除顆?；曳趾繌牟唤?jīng)超聲的55%提升到86.9%，提升了22%[31]。

3 結(jié)語與展望

超聲技術(shù)有高效、安全、綠色等一系列優(yōu)勢，在環(huán)境、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。檢測超聲在粒度、濃度、流量和料位的測量中，具有精確性、實(shí)時(shí)性和直觀性，已經(jīng)成熟的應(yīng)用于各個(gè)礦山選廠。功率超聲在重選、浮選、浸出過程中，通過對藥劑和礦粒的處理，都能大大提高選礦指標(biāo)。除了上述的應(yīng)用以外，在篩分、磁電選等方面也有應(yīng)用。

作為一種很有發(fā)展前景的技術(shù)，超聲波技術(shù)目前還存在一些問題。具體表現(xiàn)有：

(1)功率超聲的部分應(yīng)用當(dāng)前還停留在實(shí)驗(yàn)室的小型實(shí)驗(yàn)階段，超聲波自身在傳播過程中能量遞減問題嚴(yán)重，因此，工業(yè)化和設(shè)備大型化還需要進(jìn)一步的設(shè)備設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

(2)超聲波反應(yīng)器成本較高且無法適應(yīng)長時(shí)間工作，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，無法連續(xù)作業(yè)，并且對于不同性質(zhì)的礦漿，要求反應(yīng)器具有耐磨、耐腐蝕性。在一定程度上限制了超聲波技術(shù)的應(yīng)用。

(3)目前超聲波作用礦種較少，且針對單一礦物。對不同組分不同性質(zhì)的礦石還未作詳細(xì)的研究。