選礦工程技術的現(xiàn)狀與發(fā)展.docx

1、.選礦工程技術的現(xiàn)狀與發(fā)展綜述礦物加工工程的發(fā)展與人類對自然界礦產(chǎn)資源日益擴大的質(zhì)與量的需要密切相關。 選礦過程本身已有很長的歷史發(fā)展過程。 很早就有手工揀選 , 19 世紀以后國外相繼出現(xiàn)了機械選礦設備 , 20 世紀二十年代泡沫浮選的應用和各種浮選藥劑和設備的出現(xiàn) ,大大促進了選礦技術的發(fā)展 ,同時也促進了難選、復合礦及細粒嵌布礦產(chǎn)的開發(fā)利用。生產(chǎn)的發(fā)展和需要促進了人類對選礦理論的深入研究。1 選礦工程的任務選礦工程的發(fā)展就有可能對自然界“含量貧、 結晶細、成分雜”的礦產(chǎn)資源進行開發(fā)、利用 ,并為下一步的深加工提供經(jīng)濟上合理、技術上可行的初級原料或產(chǎn)品。 由此可以看出選礦學科在國民經(jīng)濟發(fā)展

2、中的重要戰(zhàn)略地位 ,確定它的具體任務是 :(1) 提高有用礦物的品位 ,擴大礦產(chǎn)資源的利用圍 ,據(jù)勘查 ,我國貧礦多 ,富礦少 ,很多貧礦資源均需選礦處理后才能作為下一步的工業(yè)原料。如黑色金屬中的鐵礦 ,品位大于 50%者僅占全國鐵礦總量的23%,其余均需選礦處理后制造成人工富礦才能作為煉鐵原料。(2) 提高產(chǎn)品質(zhì)量 :非金屬礦高嶺土、膨潤土、沸、螢、硅灰土、硅藻、絹云母等都需要去掉鐵、鈦等雜質(zhì)和提高白度 ;煤炭也需要洗選,降低灰分和硫、磷含量 ,才能生產(chǎn)合格的冶金焦炭。(3) 共生、伴生成分的綜合利用 :有色金屬礦常是共生產(chǎn)出 ,由于他們互為雜質(zhì)無法利用 ,需經(jīng)選礦處理將所含礦物分離后分別富

3、集才能作為冶煉原料。w.(4) 二次資源的開發(fā)利用 :二次資源包括舊金屬及其它固體廢料 ,廢水和“廢氣”的治理和利用,在很大程度上依靠選礦技術,自然礦產(chǎn)的最大特點是數(shù)量有限和開發(fā)的一次性,因此“資源的循環(huán)利用”是最大的節(jié)約。(5) 海洋資源的利用。海洋資源包括海水中溶解的鹽類物質(zhì)和洋底錳結核。海水中含有 36 種元素 ,除可提取 NaCl 、KCl 、MgCl2 、Na2SO4 、MgCO3 、B、I、Li 外,還可以提取 U、Th 及氚等能源物質(zhì) ,開發(fā)利用前景廣闊。2 選礦工程在國民經(jīng)濟發(fā)展中的戰(zhàn)略地位礦產(chǎn)資源是人類賴以生存和社會發(fā)展的基礎。當今世界有80%的工業(yè)原料和95%的能源取自礦產(chǎn)

4、資源。隨著各國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,社會對礦產(chǎn)品的需求越來越多,它一面促進了礦物加工工程技術的進步,另一面污染了人類生存的環(huán)境。如使礦產(chǎn)資源開發(fā)與環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展 ,是世界各國面臨的共同問題。而自然資源開發(fā)利用的深度和廣度 , 依賴于科學技術的發(fā)展,其中選礦技術的發(fā)展起著很關鍵的作用。例如每立公里的巖中含Al2 300 萬 t 、Fe 1 300 萬 t 、Cu26 萬 t 、Sn10 萬 t 、Au1 萬 t 、U7 000 萬 t, 如果高科技將其分離 ,則地球上提供我們可利用的資源是非常寬廣的, 這將極大地促進社會經(jīng)濟的發(fā)展。3 國外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢3·1 國外現(xiàn)狀上世紀 5070 年

5、代末選礦工業(yè)在國外有較大的發(fā)展,主要表現(xiàn)在 :w.(1) 選廠的大型化。(2) 設備大型化。(3) 選礦新工藝與科學技術的研究及應用。其中最具有代表性的重大發(fā)展有用于簡化礦碎磨流程的“干、濕自磨技術”; 用于難處理難分離礦產(chǎn)的“聯(lián)合流程”, 其中包括“選冶、選礦生物冶金”聯(lián)合法處理細粒礦產(chǎn)的新技術。(4) 新型高效設備的研制。(5) 學術機構的發(fā)展。多的著名大學開設選礦工程學科課程 ,工業(yè)先進的成立選礦或顆粒學協(xié)會并有專門雜志。選礦工業(yè)的發(fā)展同時也提出了一些亟待解決的問題:(1) 選礦廠規(guī)模的擴大和設備的大型化 ,給設備的制造、生產(chǎn)操作管理帶來了新問題 ,要求更高的機械化及自動化水平 ,否則單

6、純的設備大型化未必帶來更好的經(jīng)濟效益。(2) 新工藝及新設備在實踐中出現(xiàn)多新問題需要進行解決,例如絮凝浮選不僅需要新藥劑,而且礦需要細磨 ,工業(yè)上的應用尚存在一定的困難。(3) 原有的模擬放大算法已不適用大型化及新設備。(4) 復雜共生、低品位、微細嵌布的礦產(chǎn)資源日益增多 ,及很多非金屬礦產(chǎn)資源的大量開發(fā)利用 ,也帶來了很多新問題需要解決。3 我國礦產(chǎn)資源概況與市場需求3·1我國礦產(chǎn)資源概況我國是世界礦產(chǎn)資源種類齊全、儲量豐富的少數(shù)幾個之一。新中w.國成立之前 ,我國礦產(chǎn)資源加工工業(yè)十分薄弱 ,用機械化設備加工礦產(chǎn)品的工廠僅有幾十家。 1949 年我國年產(chǎn)鋼 15 萬 t, 煤 3

7、200 萬 t 、有色金屬 1·3萬 t、硫鐵礦 1 萬 t 、磷不足 10 萬 t,全國礦業(yè)總產(chǎn)值不到 18 億元。當時 ,我國礦業(yè)幾乎處在白手起家的境地 ,是個微不足道的礦業(yè)小國。新中國成立以后 ,特別是黨的十一屆三中全會和改革開放以來 ,十分重視礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用。到 1998 年我國已建成 10 879 座國有大中型礦山和 27 854 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、集體企業(yè) ;已有礦山為依托的城市 300 余座 ;已開發(fā)利用的礦種 150 多種 ,礦產(chǎn)資源開發(fā)與利用的從業(yè)人員 1 400 多萬人 ,1998 年鋼鐵、煤炭、水泥三大主力礦產(chǎn)資源居世界第一位 ;有色金屬和黃金產(chǎn)量分別居第二位和第五位

8、 ;時至至今 ,我國有色金屬總產(chǎn)量躍居世界第一位。 全國礦業(yè)總產(chǎn)值超過 4 000 億元 , 與礦業(yè)相關的能源和原材料產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值超過 2 萬億元 ,中國已成為僅次于美國的世界第二礦業(yè)大國。礦業(yè)原料加工的快速發(fā)展 ,為我國國民經(jīng)濟建設提供了強大的物質(zhì)基礎 ,但礦物原料加工技術與經(jīng)濟發(fā)達相比 ,仍有差距 ,造成礦產(chǎn)資源消耗過快。建國以來我國國民生產(chǎn)總值增長了 10 多倍 ,而礦產(chǎn)資源的消耗增長了 40 多倍 ,在人口、資源、環(huán)境之間的矛盾日益突出的世紀之交 ,認真分析我國礦產(chǎn)資源狀況 ,回顧礦物加工工程技術領域所取得的成就及其與國外的差距 ,在新世紀發(fā)展戰(zhàn)略中強調(diào)技術創(chuàng)新 ,努力開發(fā)擁有自己知識產(chǎn)

9、權的礦物加工技術 ,將有助于我國礦產(chǎn)資源開發(fā)與利用業(yè)朝著可持續(xù)發(fā)展向前進。我國礦產(chǎn)資源總量豐富 ,但人均占有量少 ,是世界第 53 位。據(jù)專家們估算平均每平公里國土面積所擁有w.的資源潛在價值 ,我國的金屬、非金屬、燃料礦產(chǎn)為110 萬美元 ,大體和美國相當 , 如單就燃料而言 ,比美國高27%,我國的礦產(chǎn)資源有以下特點 :(1) 礦產(chǎn)資源總量豐富 ,品種齊全 ,但人均占有量少。(2) 支柱性大宗礦產(chǎn)的某些礦種短缺或后備儲量不足 ,而儲量較多的則是部分用量不大的礦產(chǎn)。(3) 大型和特大型礦床少 ,中小型礦床多。(4) 單一易選的富礦少 ,貧細雜難選共生礦多 ,開發(fā)利用難度大 ,生產(chǎn)成本高 ,難

10、以參與國際市場競爭。3·2市場需求狀況從目前來看 ,我國國民經(jīng)濟的增長在很大程度上仍依賴于自然資源,尤其是礦產(chǎn)資源的大量消耗。 從 21 世紀開始 ,我國一直處于資源需要量加大的時期 ,在 21 世紀開始的 10 年,我國的礦產(chǎn)品絕對需求量大幅度增加 ,一些主要礦產(chǎn)品需求量是以前的 2 倍,而支柱性大宗礦產(chǎn)將難以保證需求 ,如富鐵礦、富錳礦、部分有色金屬和化工礦產(chǎn)品不得不進口 ,而鉻、鉀、金剛等礦產(chǎn)品也因過度消耗 ,現(xiàn)有儲量難以保證需求,將漸漸變成短缺礦產(chǎn)。 2010 年我國的礦產(chǎn)品已經(jīng)面臨經(jīng)濟建設對礦產(chǎn)品需求增長的峻挑戰(zhàn)。3·3與國外先進水平的差距解放以來我國礦產(chǎn)資源開發(fā)

11、利用取得了多重要的成就 ,甚至在某些面居國際先進水平。 但從總體上來看低于國外先進水平。 目前我國年開采礦量在 53 億 t, 僅次于美國居世界第二位 ;但人均擁有礦量很低 ,w.僅為世界人均擁有礦量的43%左右,居世界第 80 位。因此應繼續(xù)大力開發(fā)礦產(chǎn)資源 ,同時應重視研究解決目前我國礦產(chǎn)資源開發(fā)上落后的主要問題。(1) 資源儲量利用率 (產(chǎn)量與儲量比 )不高。僅為主要礦產(chǎn)資源大國的 1/21/5 。原因主要是在于有些礦產(chǎn)開采品位過高 ,例如鐵礦 ,美國、加拿大的開采邊界品位為 15%23%, 原聯(lián)為 15%,我國一般為26%30%,致使我國、于家溝儲量達 20 億 t 的貧磁鐵礦沒有開采

12、利用。(2) 礦產(chǎn)資源中有用礦物的回收率低。根據(jù)全國3 498 個礦山統(tǒng)計,我國鐵礦和有色金屬礦采礦回收率為50%60%;非金屬礦產(chǎn)資源均為 20%60%; 煤礦僅 34%50% 。由于采選、冶水平與國外有差距 , 我國礦產(chǎn)資源的總回收率只有 30%40%, 比國外水平低 10%20% 。(3) 礦產(chǎn)資源的綜合利用率低。根據(jù)全國 845 個礦山調(diào)查 ,綜合利用率只有 15%, 75%的礦山企業(yè)綜合利用率不到 2· 5%。就有色金屬而論 ,國外先進礦山綜合利用率可達到 80%90%, 而國的平均水平為50%,比國外約低 30%40%。(4) 非金屬礦產(chǎn)資源開發(fā)利用落后。非金屬礦產(chǎn)資源種

13、類繁多 ,性質(zhì)各異 ,用途廣泛 ,國外非常重視非金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用。目前發(fā)達非金屬礦產(chǎn)值為金屬礦的 1· 52 倍,我國有豐富的非金屬礦產(chǎn)資源,然而選礦回收率低 ,精礦品位低 ,超級產(chǎn)品少 ;我國應把非金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)擺在極為重要的地位 ,特別是金屬礦產(chǎn)中伴生的非金屬礦產(chǎn)資源的綜合回收應引起足夠的重視。(5) 二次資源的回收利用率低。目前我國的工業(yè)固體廢棄物綜合w.利用率為 25 · 54%, 與經(jīng)濟發(fā)達的工業(yè)大國相比 ,存在相當大的差距 , 也是由于綜合利用率低 ,歷年礦業(yè)部門的工業(yè)固體廢棄物 ,累積堆存已達 440 823 萬 t, 占地面積 17 971 萬 m

14、2, 造成較為重的環(huán)境污染。4 發(fā)展向從 20 世紀 80 年代以來 ,世界各國在礦物加工技術領域不斷技術創(chuàng)新 ,以促進本國的礦產(chǎn)資源開發(fā)與綜合利用沿著可持續(xù)發(fā)展的向前進。礦粉碎面 :為了降低礦的破磨能耗 ,國外開發(fā)了超細粉碎機和高壓輥式破碎機 ,并不斷研究外加電場、激光、微波、高頻振蕩、等離子處理礦對粉碎和分選的影響 ;在礦物分選領域面 :已經(jīng)或正在研究“多種力場”聯(lián)合作用的分選設備 ,以及多種原理“聯(lián)合效應”和“綜合分選技術” , 并不斷將高技術引入礦物加工工程領域,例如將超導技術引入磁選 ,將電化學及控制技術引入浮選等等 ;為最大限度的利用礦產(chǎn)資源 ,世界各國競相研究開發(fā)無廢清潔生產(chǎn)工藝

15、 ;在設備面 :為使企業(yè)獲得最大規(guī)模的經(jīng)濟效益 ,研究開發(fā)的破磨、分選及固液分離設備趨向大型化 ;生產(chǎn)過程的檢測與控制面 :過程控制趨向自動化 ;技術面 :經(jīng)過 50 年來的發(fā)展 ,我國的礦物加工工程技術已經(jīng)取得多引人注目的成就。為使我國礦物加工工程技術在較短的時間全面趕上世界先進水平,必須注意以下幾個面進行技術創(chuàng)新,這將是跨世紀快速發(fā)展的關鍵。(1) 研究開發(fā)高效預選設備 ,高效節(jié)能新型破磨與分級設備 ,以及固液分離新技術與設備 ,大幅度降低礦破碎與固液分離過程的能耗 ,提高入選品位。(2) 研究開發(fā)各種能場的預處理對礦和分選的影響 ,開發(fā)利用各種w.能場的預處理新技術 ,以提高粉碎及分選精

16、度。(3) 在開發(fā)高效分選設備、高效無毒新藥劑中 ,重點研究復合力場分選設備 ,多種成分協(xié)同作用的新藥劑以及處理貧、細、雜難選礦的綜合分選技術。(4) 在礦綜合利用研究中 ,重點開發(fā)無廢清潔工藝 ,加強尾礦中礦物分離、提純、超細改性的研究 ,使其成為市場需要的產(chǎn)品 ,為礦物原料工業(yè)向礦物材料工業(yè)轉(zhuǎn)化提供新技術。(5) 大力將高新技術引入礦物加工工程領域 ,重點開展礦業(yè)生物工程技術、電化學調(diào)控和電化學控制浮選技術、過程自動化尋優(yōu)技術、以及用高技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的新技術研究。(6) 加強基礎理論與礦物工程分選技術相結合的新型邊緣學科研究,促進新一代礦物分選理論體系的形成 ,并派生出新興的礦物分選和提

17、純技術體系。發(fā)展戰(zhàn)略目標的指導思想是“立足國現(xiàn)狀、 瞄準國際先進水平”。根據(jù)我國經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃 ,立足我國礦產(chǎn)資源的特點 ,考查國外選礦現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ,擬定我國選礦發(fā)展的近、中期發(fā)展目標如下 :(1) 針對我國礦產(chǎn)資源利用有“三率低”( 儲量、綜合回收率、有用成分 )的問題 ,進行有針對性的理論研究及新工藝的開發(fā),特別是針對我國復雜、難選、大宗礦產(chǎn)資源及優(yōu)勢礦產(chǎn)資源開發(fā)利用存在的關鍵問題,以形成具有中國特色的選礦學派。(2) 建立“綜合選礦理論體系”w.1) 將有關物理、化學、地質(zhì)礦物、流體、磁電等基礎理論與選礦工藝結合 ;2) 將高科技如生物工程、高能技術、微電子、超導等與選礦工藝結合 ;3

18、) 多種力場結合 ,從而派生出高效的新的選礦技術體系。(3) 進行選礦工程的“數(shù)字化、最優(yōu)化、自動化”機制的研究 ,把目前選礦工程基本處于“實驗科學”的階段發(fā)展為“理論科學”。 大力推廣計算機在“選礦數(shù)學模型、模擬、最優(yōu)化、自動化”領域的普及應用。參考文獻 :1 自然科學基金委員會 .冶金與礦業(yè)科學 M .北京 :科學出版社 , 1997.2 永康 .國土資源與可持續(xù)發(fā)展資源產(chǎn)業(yè) . 1999, (6): 13.3 唐咸正 ,等.中國國土資源開發(fā)利用狀況對產(chǎn)業(yè)影響 .資源礦產(chǎn), 1999, (5): 1.4 訓,等.中國礦情 (第一卷 )M .北京 :北京科學出版社, 1999.5 宋瑞祥 . 1976 年中國礦產(chǎn)資源報告 .