礦物加工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、礦物加工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢摘要簡要概述了礦物加工技術(shù)的起源、歷史發(fā)展。對礦物加工技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)狀、面臨的新問題及未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了討論。由于礦物資源愈來愈復(fù)雜，二次資源、工業(yè)廢料、海洋資源的加工處理也將成為礦物加工的重要對象，傳統(tǒng)的礦物加工技術(shù)面臨著嚴(yán)重挑戰(zhàn)，直接從各種資源中，分離、提取、加工成礦物材料、化學(xué)品等直接可用的物料，實現(xiàn)礦物加工過程高效益、低能耗、無污染，將是礦物加工學(xué)科發(fā)展的必然趨勢。關(guān)鍵詞礦物加工技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展CURRENTSITUATIONANDTRENDOFDEVELOPMENTONMINERALPROCESSIONTECHNOLOGYABSTRACTSbriefreview

2、oftheorigingandhightoryofmineralprocessingtechnologyismadeinthispaper.Therecentdevelopment,presentstatus,currentproblem-bothscientficandtechnologicalsaswellasthefuturetrendsarediscussed.MineralProcessing,whichusuallgproducesonlyconcentratemaydeveloptowardthemineralextractivemetallurgy,mineralchemica

3、lengineeringandmineralmaterialstoachievethepurposeofhighefficiency,lowcostandnopollutionoftheprocesses.KEYWORDSMineralprocessingtechnology,Discipline,Development1什么是礦物加工、發(fā)展歷史和它戰(zhàn)略地位1.1 什么是礦物加工工程礦物加工工程是根據(jù)自然界礦物物理，化學(xué)或物理化學(xué)的差異，利用物理、化學(xué)或生物化學(xué)的方法將礦物資源中有礦物（或有用成分）和脈石礦物1（或有害成分）分離的綜合加工過程:1.2 礦物加工技術(shù)的發(fā)展史礦物加工技術(shù)的發(fā)展與人

4、類對自然界礦產(chǎn)資源日益擴(kuò)大的質(zhì)和量的需要密切相關(guān)。礦物加工技術(shù)本身已有很長的歷史發(fā)展過程。很早就有手工揀選，后來發(fā)展成為簡單工具洗淘從沙石中間回收金、銀、錫等密度大的礦物，天工開物早有記載，這屬于選礦的原始技術(shù)階段。本世紀(jì)20年代，各種近代礦物加工技術(shù)已基本成型，雖然，RichardsRH曾總結(jié)了當(dāng)時美國90家選廠的工藝流程，但還無系統(tǒng)的選礦理論和科學(xué)體系。隨著選礦技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，對各種選礦工藝過程機制及基礎(chǔ)理論的研究也隨之展開。首先，隨著流體力學(xué)的發(fā)展，重選的基礎(chǔ)研究起步較早2019世紀(jì)下半葉，奧地利人Rittinger提出了“等降現(xiàn)象；Monroe等人進(jìn)一步提出“干涉沉降”。本世紀(jì)4

5、0年代，蘇聯(lián)學(xué)者提出了跳汰是在上升水流中“按懸浮體的相對密度分層”的學(xué)說；德國學(xué)者M(jìn)ayer從床層位能降的角度解釋了分層過程。英國學(xué)者Bagnold在50年代觀察到了剪切運動下層流斜面流中多層粒群的松散分層現(xiàn)象。這些學(xué)說成了重選的理論基礎(chǔ)。在電磁選礦方面，由于物理學(xué)的發(fā)展，人們早就認(rèn)識到可用永久磁鐵選別磁鐵礦石。當(dāng)電磁鐵被用作磁選機的磁場并有了各種工業(yè)生產(chǎn)的電磁選礦機后，電磁選礦理論也初步確立。在浮選方面35,從本世紀(jì)30年代開始，美國的Taggart及蘇聯(lián)的Plaksins等先后提出了捕收劑的“化學(xué)反應(yīng)假說”或“溶度積假說”，以解釋重金屬硫化礦的可浮性順序。美國的GaudinAM、蘇聯(lián)的Bo

6、gdanov及澳洲的Wark等人較多的研究了礦物的潤濕性與可浮性的關(guān)系，浮選劑的吸附作用機理，浮選的活化等。美國的FuerstenauDW等人系統(tǒng)地研究了礦物表面電性與可浮性的關(guān)系。到60年代前后，浮選的三大基本理論（潤濕理論、吸附理論及雙電層理論）已初步形成。重選以流體力學(xué)為學(xué)科基礎(chǔ)，根據(jù)不同礦物的密度差異在一定的介質(zhì)中進(jìn)行不同礦物的分選。電磁選以電磁學(xué)為學(xué)科基礎(chǔ)，根據(jù)不同礦物磁性的差異分選不同礦浮選以化學(xué)為學(xué)科基礎(chǔ)，根據(jù)不同礦物表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異，實現(xiàn)不同礦物的分選。這個時期的選礦主要是從天然礦石（金屬礦、非金屬礦、煤炭等）中，分離、富集其中的有用礦物，為冶金、化工、建材提供原料。國外

7、所用“選礦”詞匯多為“OreDressing”或“MineralDressing1.3 礦物加工工程在國民經(jīng)濟(jì)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(chǔ)。當(dāng)今世界有80%：業(yè)原料和95%勺能源取自礦產(chǎn)資源。隨著各國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會對礦產(chǎn)品的需求越來越多，它一方面促進(jìn)了礦物加工技術(shù)的進(jìn)步，另一方面污染了人類的生產(chǎn)環(huán)境。如何使礦產(chǎn)資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展，是目前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(xué)技術(shù)的發(fā)展，其中礦物加工技術(shù)的發(fā)展起著很關(guān)鍵的作用。2礦物加工技術(shù)的形成發(fā)展和現(xiàn)狀礦物加工技術(shù)的形成發(fā)展60年代以來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，一方面人類對礦

8、物資源的需求不斷增加，另一方面，礦物資源中，富礦減少、貧細(xì)礦物資源增加，而且礦山、冶煉廠排出的廢水、固體廢棄物等對環(huán)境的污染與治理問題也開始受到重視，傳統(tǒng)的選礦技術(shù)與理論已不能完全適應(yīng)解決這些問題。為了從貧細(xì)礦物資源中有效地分離、富集有用礦物，充分合理地利用資源，并能解決環(huán)境問題，選礦科技工作者開始認(rèn)識到，不僅僅是傳統(tǒng)的選礦技術(shù)不能有效的解決貧細(xì)礦物資源的分離問題，而且資源的綜合利用是更重要的問題。這就需要綜合利用多學(xué)科的知識與新成就，尋找新的學(xué)科起點，開發(fā)新的科學(xué)技術(shù)，以實現(xiàn)礦物資源的綜合利用，包括分離、富集貧細(xì)礦物資源的新技術(shù)、工藝和設(shè)備；對礦物的提純與精加工；環(huán)境的綜合治理；礦物新用途的

9、開發(fā)等。即礦物資源的利用不單純是通過“選礦”得到礦產(chǎn)品的問題，而綜合“加工”利用的問題。為此，近幾十年來，選礦及相鄰學(xué)科的科技工作者在選礦學(xué)科及交叉學(xué)科領(lǐng)域，進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)理論與工藝技術(shù)的研究。而且，由于相鄰學(xué)科的發(fā)展，如電化學(xué)、量子化學(xué)、表面及膠體化學(xué)、紊流力學(xué)、生物工程、冶金學(xué)、材料科學(xué)與工程及計算機科學(xué)與技術(shù)在選礦學(xué)科領(lǐng)域中的應(yīng)用，形成許多新的學(xué)科方向和各種加工利用礦物資源的新技術(shù)?！斑x礦”已不能涵蓋多數(shù)新的加工利用礦物資源的科學(xué)領(lǐng)域，“礦物加工“呼之欲出。礦物加工技術(shù)無論從其學(xué)科基礎(chǔ)，技術(shù)領(lǐng)域及其研究對象方面遠(yuǎn)比傳統(tǒng)選礦技術(shù)更廣、更深。事實上，國外從60年代開始，就逐步采用“Mine

10、ralProcessing”代替“OreDressing,在我國,也經(jīng)過近10年的醞釀，于90年代國家就將“選礦技術(shù)”更名為“礦物加工技術(shù)”。礦物加工技術(shù)的現(xiàn)狀在近30年礦物加工技術(shù)的形成與發(fā)展過程中，世界礦物加工領(lǐng)域的科技工作者進(jìn)行了廣泛、深入的研究，有許多頗具影響的學(xué)科群體。如美國加州大學(xué)的材料和工程科學(xué)系、哥侖比亞大學(xué)的HenryKrumb礦業(yè)學(xué)院、賓州大學(xué)的材料科學(xué)系，尤他大學(xué)冶金工程系；加拿大大不列顛哥侖比亞大學(xué)的礦物工程系、麥吉爾大學(xué)礦冶系；澳大利亞CSIRO礦物化學(xué)研究室、昆士蘭大學(xué)礦物研究中心；瑞典勒律歐工業(yè)大學(xué)選礦室；意大利CNR選礦研究所；德國克勞斯塔爾大學(xué)、弗來堡研究院、

11、阿亨大學(xué)；蘇聯(lián)米哈諾布爾礦冶研究院；我國的中南工業(yè)大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)、北京科技大學(xué)、長沙礦冶研究院、北京礦冶研究總院、北京有色金屬研究總院、廣州有色金屬研究院等。這些礦物加工學(xué)術(shù)與研究中心的研究涉及礦物加工學(xué)科的各個領(lǐng)域，促成了礦物加工技術(shù)的形成與發(fā)展。目前，礦物加工的主要技術(shù)方向有：(1)浮選化學(xué)：浮選電化學(xué)：根據(jù)電化學(xué)原理，研究浮選過程的機制主要針對硫化礦，電化學(xué)反應(yīng)主導(dǎo)硫化礦與浮選劑作用機理，通過電化學(xué)調(diào)控，實現(xiàn)多金屬硫化礦分離。浮選溶液化學(xué)：根據(jù)溶液化學(xué)原理，研究浮選行為，主要針對非硫化礦。根據(jù)礦物/浮選劑溶液化學(xué)反應(yīng)行為，預(yù)測非硫化礦浮選分離條件與浮選機理。浮選表面及膠體化

12、學(xué)：根據(jù)表面及膠體化學(xué)原理，研究顆粒間相互作用，討論細(xì)粒礦物選擇性凝聚、分散與浮選分離行為。討論超細(xì)顆粒加工制備過程機制。如疏水凝聚、選擇性絮凝、載體作用等。主要針對超細(xì)粒礦物、煤炭的加工利用與廢水治理等。(2)復(fù)合物理場礦物加工：根據(jù)流變學(xué)、紊流力學(xué)、電磁學(xué)等研究重力場、電磁力場或復(fù)合物理場(重力+磁力)中，顆粒運動行為，確定細(xì)粒礦物的分級、分選條件。如磁流體水力旋流器分選，振動脈動高梯度磁選，流化床層干法選煤等。(3)高效低毒藥劑分子設(shè)計：根據(jù)量子化學(xué)、有機化學(xué)、表面化學(xué)研究藥劑的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，針對特定的用途，設(shè)計新型高效礦物加工用藥劑。(4)礦物資源的生化提?。河蒙锝?、化學(xué)浸出、溶

13、劑萃取、離子交換等處理復(fù)雜貧細(xì)礦物資源，如低品位銅礦、鈾礦、金礦的提取。由于細(xì)菌兼有氧化、吸附、降解等作用，不僅強化浸出過程，而且在環(huán)境與工藝控制上具有優(yōu)勢。生化提取的基礎(chǔ)理論與技術(shù)的研究近幾年已成為礦物加工學(xué)科的重要方向之一。(5)直接還原與礦物原料造塊：主要從事礦物原料造塊與精加工方面的科學(xué)研究。研究鐵精礦煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原、粉體物料成型等過程的機理。(6)復(fù)雜貧細(xì)礦物資源綜合利用：研究選-冶聯(lián)合、選礦-化工聯(lián)合、多種選礦工藝(重、磁、浮)聯(lián)合等處理一些大型復(fù)雜貧細(xì)多金屬礦的工藝技術(shù)和基礎(chǔ)理論，研究資源綜合利用效益。(7)礦物精加工與礦物材料：通過提純、超細(xì)粉碎、表面改性等方法，不經(jīng)冶煉，

14、將礦物直接加工成可用的材料。如性能優(yōu)良的潤滑劑，超純輝鋁礦的加工，功能陶瓷所需超細(xì)皓英砂、高嶺土的加工；電子漿料所需超細(xì)金紅石的加工；民用、工業(yè)用型煤、水煤漿的加工等。(8)礦物加工過程計算機技術(shù)：用計算機科學(xué)技術(shù)對礦物加工過程進(jìn)行模擬、仿真及優(yōu)化、預(yù)測、設(shè)計，建立礦物加工過程專家系統(tǒng)，實現(xiàn)礦物加工過程的計算機管理與控制。3礦物加工技術(shù)面臨的問題及發(fā)展趨勢“人口、發(fā)展與環(huán)境”是21世紀(jì)國際社會共同關(guān)心的重要議題，一方面人口增加、社會發(fā)展對資源的需求與日俱增，而天然資源愈來愈復(fù)雜、貧細(xì)、短缺；另一方面，人類生活對環(huán)境問題愈來愈重視。雖然經(jīng)過幾十年的發(fā)展，礦物加工學(xué)科已形成了較為完整的學(xué)科體系，發(fā)

15、展了許多新的礦物加工技術(shù)，但隨著未來人類可利用資源的變化及現(xiàn)有技術(shù)的局限性，礦物加工科技的發(fā)展仍將面臨許多挑戰(zhàn)。人類社會生活的發(fā)展要求礦物加工科技發(fā)展的目標(biāo)是實現(xiàn)礦物加工過程的“高效益、低能耗、無污染”。這就要求對礦物加工學(xué)科發(fā)展面臨的問題及科技發(fā)展趨勢進(jìn)行深入探討。3.1礦物加工技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)礦物加工技術(shù)的發(fā)展首先面臨的是資源變化的挑戰(zhàn)，礦物加工處理的資源從傳統(tǒng)的天然礦石向如下幾種資源變化。(1)復(fù)雜、貧細(xì)、大型多金屬礦床：這些礦床的特點是金屬品種及伴生稀有、貴金屬品種多，品位低，嵌布細(xì)，難處理。如柿竹園多金屬礦、大廠多金屬礦、攀枝花鐵礦、德興銅礦、廣西三水鋁鐵礦等。(2)各種非金屬礦床：包

16、括以非金屬礦物、煤炭為主的礦床及金屬礦山中伴生的非金屬礦。特別是后者，在金屬礦選礦過程中，經(jīng)過了碎磨過程，消耗了大量原材料和能耗，一般只回收了占總礦量約10%勺有色金屬礦或約30%勺黑色金屬礦，大量的伴生非金屬礦(尾礦)未能利用，礦山綜合利用率低。(3)二次資源：礦山、冶煉廠、化工廠等排出的廢水、廢渣、廢氣中的稀有、稀散和貴金屬,廢舊汽車、電纜、機器及廢舊金屬制品等二次資源。(4)海洋資源：海洋鈕結(jié)核是一種賦存于深海底的巨大礦產(chǎn)資源，除含鈕外，銅、鉆、鍥等金屬的儲量十分豐富。在未來陸地資源貧化、枯竭時，也將成為人類的寶貴資源。由于待處理的資源發(fā)生較大變化，而且長期以來礦物加工學(xué)科研究的局限性，

17、現(xiàn)有的礦物加工技術(shù)發(fā)展將在如下技術(shù)問題上面臨挑戰(zhàn)：(1)復(fù)雜貧細(xì)礦物資源綜合回收利用技術(shù)：目前，大多數(shù)礦山的選礦能耗高，產(chǎn)品單一，礦產(chǎn)品含雜較高，礦山綜合利用率低，虧損嚴(yán)重。急需開發(fā)各種貧細(xì)礦物資源的綜合利用技術(shù)，并進(jìn)行基礎(chǔ)研究。(2)二次資源再生利用技術(shù)：由于一次資源逐步減少，二次資源的再生利用技術(shù)的開發(fā)無疑成了礦物加工領(lǐng)域的重要課題。目前，這方面的技術(shù)也不成熟，特別是從三廢中回收有用物質(zhì)及對環(huán)境的治理方面還無有效手段，造成資源浪費與環(huán)境污染。(3)潔凈煤技術(shù)：煤炭是重要的能源，在中國尤是如此。但燃煤給環(huán)境帶來的污染已經(jīng)成為全球嚴(yán)重關(guān)注的問題。煤炭的脫硫及深加工技術(shù)一直是而且仍將是礦物加工面

18、臨的重要問題。(4)礦物精加工技術(shù)：傳統(tǒng)的礦物加工以提供精礦及粗級礦產(chǎn)品為主，產(chǎn)品的附加值低，而且也不能滿足現(xiàn)代科技發(fā)展對礦物材料性能要求愈高的需要。(5)節(jié)能、節(jié)水、降耗新工藝與新設(shè)備的研究：能耗高、水耗高、原材料消耗高一直是困擾礦山生產(chǎn)的難題，各種礦物加工技術(shù)的發(fā)展，在提高礦山資源綜合利用率的同時，必須解決節(jié)能耗的問題。3.2礦物加工技術(shù)的發(fā)展趨勢面對待處理資源的變化及技術(shù)上存在的問題，礦物加工科技工作者及相關(guān)學(xué)科的科技工作者，在礦物加工領(lǐng)域及相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域不斷進(jìn)行新的探索和研究，礦物加工工程技術(shù)與相鄰學(xué)科的技術(shù)相互交叉、滲透、融合，如物理學(xué)、化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)、生物工程學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、

19、采礦工程學(xué)、礦物學(xué)、材料科學(xué)與工程已大大促進(jìn)了礦物加工學(xué)科的發(fā)展，一些新的礦物加工學(xué)科領(lǐng)域已初露端倪。礦物加工科技發(fā)展將圍繞高效益、低能耗、無污染礦物加工新技術(shù)的開發(fā)來展開，將逐步形成如下技術(shù)領(lǐng)域。礦物富集、分離與綜合利用以傳統(tǒng)礦物加工工程技術(shù)為基礎(chǔ)，主要針對復(fù)雜貧細(xì)礦物資源的處理、礦冶三廢治理及二次資源的再生利用，開發(fā)新的技術(shù)、工藝及設(shè)備，研究其過程基礎(chǔ)理論，屬傳統(tǒng)的礦物加工技術(shù)領(lǐng)域，涵蓋傳統(tǒng)的浮選化學(xué)、浮選劑分子設(shè)計、復(fù)合物理場礦物加工、復(fù)雜貧細(xì)礦物資源綜合利用等技術(shù)方向。在這些傳統(tǒng)技術(shù)方向上，已開發(fā)出的新技術(shù)成果的推廣應(yīng)用，將促進(jìn)傳統(tǒng)礦物加工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益的提高。如“電位調(diào)控浮選技術(shù)，已

20、開始在硫化礦浮選廠推廣?！袄渲芮驁F(tuán)直接還原技術(shù)”已開始工業(yè)化，將解決冶煉優(yōu)質(zhì)鋼原料短缺的難題?！懊禾扛煞ㄟx別”技術(shù)的推廣應(yīng)用，為我國大部分缺水地區(qū)洗煤、選煤提供了全新的途徑。礦物提取以礦物加工學(xué)、冶金學(xué)、采礦工程學(xué)、生物工程學(xué)、電化學(xué)等為學(xué)科基礎(chǔ)，形成新的技術(shù)領(lǐng)域，主要針對復(fù)雜貧細(xì)礦物資源、海洋資源的開發(fā)利用。礦物提取是不經(jīng)選別過程直接從礦石中浸出、提取有用成分。如坑內(nèi)就地浸出(in-s讓eleaching),生物浸出(bio-leaching)、堆浸、礦漿電解(slurryelectrolyte)等。其中較成熟的技術(shù)有銅的浸出-萃取-電積技術(shù)，采用硫酸溶液將礦石中銅元素溶解，并可采用生物菌催

21、化溶解，含銅溶液經(jīng)萃取后進(jìn)行電積，得到高品級銅，取消了傳統(tǒng)的選礦和火法熔煉兩個高投資、高生產(chǎn)成本的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。3.2.3礦物材料以礦物加工工程學(xué)、材料科學(xué)與工程,化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)為學(xué)科基礎(chǔ)，針對各種資源的處理，研究不經(jīng)冶煉，直接從各種資源中加工制備各種材料的新技術(shù)與基礎(chǔ)理論。如超細(xì)礦物粉體材料。超細(xì)礦物粉體材料在石油化工行業(yè)中，用作填料、催化劑；在電子工業(yè)中，用作電子漿料、磁記錄材料、光電波吸收材料；止匕外，在造紙、農(nóng)業(yè)、航空航天、冶金、醫(yī)藥、食品等行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。3.2.4礦物化學(xué)品加工以礦物加工工程學(xué)、化學(xué)與工程為學(xué)科基礎(chǔ),針對復(fù)雜貧細(xì)礦物資源及海洋資品的新技術(shù)與基礎(chǔ)理論。如煤炭的氣化、液化；從鈕礦石中生產(chǎn)電子級碳酸鈕,從煤炭中生產(chǎn)活性炭、炭黑、腐植酸及腐植酸肥料等。礦物加工計算機技術(shù)與礦物經(jīng)濟(jì)礦物加工過程的計算機管理與控制仍是礦物加工工程重要的技術(shù)方向，需要研究礦物加工全過程的計算機仿真、模擬與優(yōu)化設(shè)計，建立礦山、選廠的專家系統(tǒng)，進(jìn)行生產(chǎn)、經(jīng)營管理。包括各