我国矿产综合利用技术现状与若干发展方向.pdf

第 1 期 2 0 1 3年 2月 矿 产 保 护 与 利 用 CON S E R V AT I ON A N D U T I L I Z AT I ON OF MI N E R AL R E S OU RC E S N o 1 F e b 2 01 3 我 国矿产 综合利用技术 现状与若干发展方 向 冯 安 生 ( 1 中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所 ， 河南 郑州， 4 5 0 0 0 6； 2 国家非金属矿资源综合利 用工程技术 中心 ， 河南 郑州， 4 5 0 0 0 6) 摘 要： 介绍了我国矿产综合利用技术的进展和技术指标体系， 提出了矿产资源利用效率的概念和计算方法， 展望了矿产开发利用技术若干发展方向。 关键词： 矿产资源； 综合利用； 技术进展； 综合利用效率； 研究方向 中图分类号： T D 9 8 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 0 0 7 6 ( 2 0 1 3 ) O 1 0 0 0 1 0 5 P r o g r e s s a n d D e v e lo p me n t a b o u t Co mp r e h e n s iv e Ut iliz a t io n T e ch n o lo g y o f Min e r a l Re s o u r ce s in C h i n a FENG Ans h e n g 。 ( 1 。 Z h e n g z h o u I n s t i t u t e o f Mu l t i p u r p o s e U t il i z a t i o n o f Min e r a l R e s o u r ce s ，CA GS；2 Mi n e r a l R e s o u r ce Co mp r e h e n s i v e E n g in e e r i n g R e s e a r ch C e n t e r ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 6， Ch i n a ) Ab s t r a ct ：T h e p a p e r in t r o d u ce s s o me p r o g r e s s e s i n mi n i n g ，p r o ce s s i n g a n d co mp r e h e n s iv e u t iliz a t i o n o f mi ne r a l r e s o u r ce s ，a n d r e v ie ws e q u a t io n s co n ce r n in g t h e e v a lu a t io n o f min in g a n d p r o ce s s in g s e ct o r s T he n， t h e a u t h o r d e fi n e s t h e co n ce p t min in g p r o ce s s in g e ffi ci e n cy a n d it s co mp u t in g me t h o d Fi na lly，t h e a ut ho r pr o s p e ct s s o me imp o r t a nt t e chn iq u e s t o be f o cu s e d f o r f u t u r e Ke y wo r d s ：min e r a l r e s o u r ce s ；co mp r e h e n s i v e u t iliz a t io n；p r o gre s s in t e ch n o lo g y；min in gp r o ce s s in g e ffi cie n cy ； r e s e a r ch p r o j e ct 社会发展的长河 流淌 出需求引领 、 创新驱动 的 历史。从石器 、 铁器 ， 到蒸汽机 、 互联 网， 这些资源利 用水平和材料利用程度 的表征 ， 也是历史发展阶段 的时代标杆 。从这个意义上说 ， 把握资源科技的脉 搏不仅重要， 更有助于我们确立合适的矿业发展道 路。 回顾建 国以来我 国矿业发展之路 ， 可 以归纳为 三个 不同 的发展 阶段： 第 一 阶段 的“ 开 发矿 业 ” _ 2 J 、 第二阶段 的“ 提高资源利用率” _ 3 和“ 提高资 源综合利用率” _ 4 到第三 阶段 的“ 大幅度提高能源 资源利用效率， 提升各类资源保障程度” 。矿产 资源综合利用事业走 上新 的发展 阶段 ， 说 明了我 国 产业结构转型和生态文 明社会建设迈开了坚实的步 伐 。 1 矿产综合利用技术进步显著 根据 中国资源综合利用年度报告 ( 2 0 1 2 ) ， 2 0 1 1年 ， 我国黑色金属矿共伴生 的 3 O多种有用组 分 中， 有 2 0多种得到综合利用 ； 有色金属矿的 4 5种 共伴生组分中 ， 有 3 3种得到综合利用 ； 全 国共伴 生 金属矿产约 7 0 得到综合利用 ， 综合利用 的金属量 占到全 国金属 总产量 的 1 5 。全 国 3 5 的黄金 、 9 0 的银 、 1 0 0 的铂族元素 、 7 5 的硫铁矿和 5 0 以上的钒、 碲、 镓、 铟、 锗等稀有金属来 自于综合利 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 21 8 基金项目： 中国地质调查局地质矿产调查评价计划项 目( 编号： 1 2 1 2 0 1 1 2 2 0 9 3 0 ) 作者简介 ： 冯安生( 1 9 6 4一) ， 男， 河南商丘人， 二级研究员， 博士， 所长， 主要研究方向为矿产资源综合利用。 2 矿产保护与利用 2 0 1 3芷 用 。贫镍硫化矿 、 贫锡多金属矿、 复杂低品位铜铅锌 和钨钼铋多金属矿高效经济选别技术 ， 低 品位黑 白 钨混合精矿直接水冶、 钼铋精矿直接提取铋和钼等 一 批重大新工艺 、 新技术得到突破和应用。全铁品 位低于 1 0 的超贫磁铁矿得 到开发利用 ， 铜 、 铀等 低品位难选冶矿石的地下溶浸和就地浸出实现工业 化 ， 无底柱分段崩落采 矿技术在矿 山得到推广 j 。 矿产资源对 国家社会经济发展 的支 撑力量持续 增 强 ， 如表 1 所示 。 表 1 2 0 1 1 2 0 1 2年我国主要矿产品产量 我 国金川铜镍矿富含镍 、 铜 、 钴 、 金 、 银、 锇 、 铱 、 钌 、 铑 、 铂 、 钯 、 硒 、 碲 、 硫、 镁 、 铬 、 铁、 镓、 铟 、 锗 、 铊 、 镉 等 2 2种有用组分 ， 目前 已能回收提取镍 、 铜、 钴 、 金 、 银 、 锇、 铱 、 钌 、 铑 、 铂、 钯 、 硒 、 碲 、 硫 、 镁、 铁 等 1 6 种 。 湖南柿竹园有色金属有 限责任公司地下立体分 区大规 模 控制 爆 破 开采 技术 矿 段 开采 回采率 由 4 2 提高到9 0 ； 华锡集团股份有限公司铜坑矿采 用诱导崩落连续采矿技术开采隐患矿体 ， 通过非重 叠区回采， 使矿体开采贫化损失率大大降低( 相对 原房柱法开采 ) ， 贫化率 由原来 的 2 5 4 0 降至 1 5 以下 ， 损失率由 3 5 降至 1 5 4 。 高压辊磨新工艺成套技术与装备真正实现了选 矿厂的多碎少磨， 马钢集团南山矿业公司凹山选矿 厂矿石采用高压辊磨 ， 将矿石碎磨 到 一3 m m， 在磨 前湿式粗粒磁选抛尾 ， 减少 了近 5 0 的磨矿量 ， 节 省了大量的能耗和钢球损耗 ， 电耗节省约 2 5 ， 球 耗仅为 0 40 5 k g t 原矿 ， 粗粒磁选抛尾减少 了 1 2 0万 t a尾矿输送和排放量 ， 凹山选矿厂的处理能 力也 由 5 0 0万 t a 提高到 7 0 0万 t a 。 中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所研发 的“ 共伴生难选钼矿资源选矿关键技术” ， 创造性地 采用磁选分选滑石铁矿连生体， 实现 了钼矿粗细分 选 ， 目前 此新技术 已在 洛钼集 团三川 选厂 完成 了 8 5 0 t d的工业试验后 ， 指标 的稳定性和先进性在同 行业领先 ， 钼 的回收率达到 7 2 以上 ， 铁精矿 品位 达到 6 8 ， 洛钼集团计划利用此技术在三年 内建成 日处理量2 0 0 0 0 t d规模 的滑石型钼矿选矿厂 ， 彻 底解决滑石型钼矿难利用 的选矿难题 。宁化行洛坑 钨矿有 限公 司采 用 “ 细 泥预 处理一常 温浮选一重 选” 处理复杂难处理钨细泥 ， 钨细泥原矿进入 q b 5 3 m浓密机浓缩后 ， 通过旋流器组脱泥 ， 溢流直接排入 尾矿库 ， 沉砂先浮选脱硫 ， 硫化矿粗精矿进人硫化矿 综合 回收车间， 脱硫尾矿再选钨， 选钨采用浮选一离 心机重选相结合 的方式 ， 最终得到 WO ，品位 2 0 的合格钨精矿 ， 细泥综合 回收率 6 0 ； 攀钢集 团矿 业有限公司选钛厂采用 “ 强磁一强磁一浮选 ” 工艺 流程 ， 在原料量不变的情况下 ， 选钛厂钛精矿年产量 由2 6万吨提高到 2 0 1 2年的 5 2万吨 ， 回收率 由2 0 左右上升到 3 7 2 6 ， 硫钴精矿产量 由 1万吨提高 到 2万吨左右 ， 年新增铁精矿 2 0万吨规模 ， 已累计 创效 8 2 3亿元。 高砷、 高炭、 微细粒浸染难处理低品位金矿石通 过采用干式磨矿和控制沸腾焙烧条件 ， 提高 了有机 炭氧化率 、 硫的氧化率 、 砷 的氧化率和金的裂 隙度 ， 达到了显著提高金 回收率的 目的。贵州金兴黄金矿 业有限责任公司紫木凼金矿原矿金 品位 2 6 g t ， 有 机炭含量 为 1 4 3 ， 砷含 量为 1 2 6 ， 硫 含 量为 4 4 1 ， 采用此工艺技术砷 的氧化率 9 9 ， 硫 的氧 化率 9 8 ， 有机炭 氧化率9 5 3 5 ， 砷 的固化率 9 8 9 9 ， 硫的固化率7 2 9 5 ， 金总回收率 8 0 。 风 化型砂 质高岭土机碓破碎不仅微米粒级增 加 ， 而且矿物晶体外型和粒度分布得到改善 ， 从而提 高可塑性。龙岩高岭土有限公司一条拥有 3 7 2碓头 的年产 1 万吨 3 2 5目机碓高岭土生产线 ， 流程为 ： 高岭土原矿机碓一 ( 机碓高岭土原矿 高岭土原矿) 配矿一 捣浆一水力选矿一浓缩一压滤一3 2 5目高岭土产品 3 2 5目产品可塑性指数 由 0 4 5提高到 0 6 5 ， 3 2 5目产 品选矿粒级 回收率 由设计 的 9 0 提 高到 9 4 。 第 1 期 冯安生 ： 我国矿产综合利用技术现状与若干发展方向 3 2 矿产综合利用技术指标体系初步建 立 中国 地质 科 学 院郑 州 矿产 综 合 利 用研 究 所 2 0 1 2年承担 了新 “ 三率” 指标 的研究 和全 国2 0 6 0 0 家矿山企业的“ 三率” 调查任务 。新“ 三率” 指标 通过国土资源部发布成为矿产资源开发与管理的重 要指标。 2 1 开采 回采率 指当年开采范围内采出矿石量与消耗的可利用 储量的百分比， 以百分数表示 ， 记为 K。它是矿山采 区开采回采率、 矿井回采率、 工作面回采率的综合反 映 。 K= 0 0 “一消耗资源储量 式中， 分子分母的计量对象和计量单位一致。如以 矿石量为计量单位时分子分母皆为矿石量； 以金属 量或矿物量为单位时 ， 分子分母 皆为金属 量或矿物 量 。 2 2选矿 回收率 反映选矿过程中矿石各有用组分的回收利用水 平。指各选矿产 品中， 有用组分 的质量与入选原矿 中有用组分质量比值， 以百分数表示， 记为 。 s= 0 0 一原矿中该有用组分质量 不同元素或组分的回收率可用 加下标以示区 另 0 ， 女 口 c 、 z 等。 2 3综合利用率 反映动用资源中具有经济利用价值的各组分被 合理利用的水平。指各精矿产品 中主、 共伴生有用 组分的质量和与动用资源储量 中主、 共伴生有用组 分的质量和的比值， 用百分数表示， 记为 。在计算 过程中， 各共伴生元素按照比价法折算为主元素的 品位或质量。 各精矿产品中可计价或可被 R = 丽 箍 o 动 用 资 源 储 量 中 主 、共 伴 生 有 用 组 分 的 质 量 和 2 4 矿产资源利用效率 2 0 1 2年党的“ 十八大” 进一步要求大力推进生 态文明建设 ， “ 全面促进资源节约， 提高利用效率和 效益” m 。矿产资源利用效率是不同矿山之间资源 利用水平 比较的指标。 矿产资源利用效率 =p 全登 笪 ( 动用资源储量( 万吨) 式中， P为价格调整系数， 动用储量为全部有用组分 按照比价法折算为主要组分的动用储量和。 3 矿产开发利用技术若干发展方向的 建议 3 1 更加生态友好的矿山开发利用技术 积极推广井下采矿 、 破碎一粗选一尾矿充填一 体化工作站和井下选矿厂， 研究解决井下尾矿和废 弃物处置的环境无 害化技术 ， 解决一大批矿 山的原 矿石运输与尾矿处置问题。为了解决 日益严重的环 境问题 ， 开发井下预选技术和尾矿直接充 填技术意 义重大 ， 有朝一 日甚至会 出现井下选矿厂 ， 使得采选 对地面环境的扰动基本消失 ， 尾矿扬尘被彻底解决。 开发选矿 、 冶炼厂 固体废弃 物利用和 “ 城市矿 产” 循环利用新技术 。“ 十八大” 报告 指出 ， 节约资 源是保护生态环境 的根本之策 ， 我 国一大批 冶炼厂 的固体废弃物蕴含着巨大的具有潜在经济效益 的物 质 ， 提高选 矿 、 冶炼 厂 固体废弃 物利用 和“ 城市矿 产” 的利用程度既是资源利用也是环境保护。 提升环保和节能矿物利用技术。国家正在逐步 强制推广建筑材料外保温 、 中空和真空玻璃节能技 术， 一大批非金属矿如珍珠岩、 蛭石等具有得天独厚 的优势。同时 ， 黏土矿物深加工用于环保 、 高纯石英 用于光伏发电、 高纯石墨用作核电密封材料和慢化 材料 ， 都需要技术 的提升。 继续加强选矿和冶炼废水的治理与循环利用技 术。其利用技术虽然取得了巨大的成绩， 但是仍然 有巨大的潜力。我国部分地区农产品重金属含量超 标 ， 选冶废弃物通过废水传递到作物上面 已经引起 国内外的注意 ， 局部地 区的大米重金属含量超标数 十倍。因此 ， 选冶废水 的治理与利用技术 的解决一 要查清污染物传递的机制， 针对性地予以治理， 二要 开发高效的废水循环利用工艺。 3 2工艺矿物学面 临新 的突破 现代 测试技术 已经从微米 尺度 深入到纳米 尺 矿产保护与利用 度 ， 查明不同矿物之 间的嵌布嵌镶关系有 了新 的条 件 。滑石型钼矿、 红柱石矿选矿的突破 ， 就是分别找 到了铁矿物与滑石在特定粒度下的嵌布嵌镶关系和 铁矿物与云母蛭石之 间的嵌 布嵌镶关 系取得 突破 的。现有复杂共生矿具备 了开展新一轮工艺矿物学 研究的条件 。 通过工艺矿物学研究 ， 将解决一大批复杂共伴 生矿的综合利用问题， 提高资源综合利用率。更加 重要的是 ， 当前呆滞 的复杂共伴 生矿也有望随着工 艺矿物学研究的进展， 指明合理的利用途径而被高 效分离和提取。因此 ， 复杂共伴生矿的工艺矿物学 研究与高效利用技术协调开发具有广阔前景 。在市 场经济条件下 ， 复杂共伴生矿不仅不是负担 ， 有时是 抵抗市场风险的财富。如当前钼矿价格下跌的时候 能够综合回收白钨的企业效益就好起来了； 伴生萤 石价格的上涨大幅度抵消了铅锌价格 、 稀土价格下 跌对铅锌矿和稀土矿 的影响。一些矿山主矿种在不 同经济时段 由于矿产品价格 的变化会不断变化 ， 一 些混合精矿分离的技术路线也可能随着新产品的开 发转而在化工冶金阶段分离制备不 同的产品而全面 回收。合理高效地开发利用复杂共伴生矿 ， 甚至使 得现有独立矿种 的一些低品位矿 山开始退出开发 ， 扭转现有矿业格局。 现代测试 技术还为不断发现 和利用矿 物新性 质 、 新用途提供 了基础。国家的竞 争力在于 国家的 创新力和生产力， 企业的竞争力在于产品的差异性、 特殊性和不可替代性。因此 ， 开展 矿产资源产品的 性质研究， 不断解决矿物表界面、 单体与集合体、 分 离与复合等方面的性 质研究具有重要的意义 ， 将会 推动地质找矿实现从 目标找矿 向价值导 向型找矿的 转移。 3 3 工业机器 人在 矿 山逐步应用 本世纪前 1 O年， 我 国矿产开发和利用设备在大 型化和 自动化方面取 得了巨大 的进展 ， 显著缩小了 与发达国家的差距。但是在地下大型采矿设备 、 高 效破碎和高效 固液分离设备等方面 目前仍然以进 口 为主。不断研制推广新技术 、 新装备仍然是我们面 临的重大任务 。 开发矿山设备加工用工业机械手 、 机器人 ， 用于 矿山设备加工， 使得矿山设备的精度和设备寿命、 稳 定性大幅度加强， 设备效率更高。我们调研发达国 家矿山设备制造车间的时候 ， 发现这方面的应用非 常普遍 ， 而我国大量矿 山设备企业还停 留在手工 和 机械加工阶段。解决这一问题对提高我国矿山设备 的竞争力有重要意义。 开发矿山开采机器人 。随着技术 的进步 ， 相信 不久的将来 ， 薄矿体采矿机器人将使得高品位 的薄 矿体得到开采 ， 超厚矿体无人采矿和水下采矿机器 人成套技术装备将会投入使用 ， 从而使得资源 的开 采 回采率更高， 作业过程更安全。 3 4 矿山技术监督标准逐步建立和落实 资源节约与高效利用作为国策 ， 必然要求矿 山 开发利用从行政管理逐步走向技术监督与行政管理 相结合。抓好技术监督 ， 这是人们追求健康生 活质 量的必然， 也有发达国家可资借鉴的实践。以加拿 大油砂尾矿处置为例， 该国就明确规定了具体的技 术监督措施 ： 第一年、 第二年和第三年液相尾矿中的 一 3 2 5目固体颗粒最小沉 积量 ， 每季度检测报告一 次 ； 尾矿沉淀后表面确实达到满足交通条件 ( 前一 年不排水抗剪强度大于5 k P a ， 然后去除不合乎要求 的沉积物 ， 沉淀停止 5年后尾矿具有足够的强度 、 稳 定性和结构满足交通的要求， 要进行静力触探试验， 不排水抗剪强度必须大于 1 0 k P a ， 相关数据必须检 测和形成年度报告等) 。 随着人们提高资源节约意识和环境保护意识 ， 矿产开发利用的技术要求 、 尾矿排放与处置 的技术 要求、 矿山开发管理的报告与监督机制应当尽快制 定和完善。 3 5 提高资源利用效率的关键技术 国家核心竞争力是生产力和生产率。提高竞争 力的途径是产 品的差异性和不可替代性 。科技的 目 的就是发现 和利用差异性 ， 实现创新。因此 ， 新设 备 、 新药剂要从基础研究做起 ， 期待新发明创新。延 长矿产品产业链 ， 加强矿物材料的攻关 ， 实现矿物从 原料到材料的升级， 能源矿产从矿产到能源的升级。 矿产品的就地材料化已经成为大型矿业集团的重要 方向之一 ， 如金j iI 公 司生产微米级羰基镍铁粉 、 微米 级羰基铁粉 、 太 阳能真空镀膜 、 草酸钴 、 硒粉 、 四氧化 三钴等 ， 栾川钼业生产钼丝 、 钼粉等 ， 这些工作实际 具有承接产业转移 和提升矿 山竞 争能力 的双 重效 果。实际上现代科技从航天到深潜 、 从光伏发电到 石墨烯、 从微电子到光通讯 ， 无不涉及矿物材料或制 第 1 期 冯安生 ： 我国矿产综合利用技术现状与若干发展方向 5 品。矿产综合利用科技需要从传统的中低品位资源 利用中走出来 ， 向绿色 、 高效的矿物材料工业迈进。 参考文献 ： 1 冯安生 新形势下矿产资源节约集约利用创新对策 J 中国矿业 ， 2 0 1 3 ( 1 ) ： 5 7 6 0 2 任湘 纪念毛主席“ 开发矿业” 题词 4 5周年 J 中国地 质教育 ， 1 9 9 5 ( 1 ) ： 7 3 中共中央关于制定国民经济和社会发展第十个五年计 划的建议 P 人民日报， 2 0 0 51 01 9 ( 1 ) 4 朱镕基 关于国民经济