选矿工程技术的现状与发展.docx

1、.选矿工程技术的现状与发展综述矿物加工工程的发展与人类对自然界矿产资源日益扩大的质与量的需要密切相关。 选矿过程本身已有很长的历史发展过程。 很早就有手工拣选 , 19 世纪以后国外相继出现了机械选矿设备 , 20 世纪二十年代泡沫浮选的应用和各种浮选药剂和设备的出现 ,大大促进了选矿技术的发展 ,同时也促进了难选、复合矿及细粒嵌布矿产的开发利用。生产的发展和需要促进了人类对选矿理论的深入研究。1 选矿工程的任务选矿工程的发展就有可能对自然界“含量贫、 结晶细、成分杂”的矿产资源进行开发、利用 ,并为下一步的深加工提供经济上合理、技术上可行的初级原料或产品。 由此可以看出选矿学科在国民经济发展

2、中的重要战略地位 ,确定它的具体任务是 :(1) 提高有用矿物的品位 ,扩大矿产资源的利用围 ,据勘查 ,我国贫矿多 ,富矿少 ,很多贫矿资源均需选矿处理后才能作为下一步的工业原料。如黑色金属中的铁矿 ,品位大于 50%者仅占全国铁矿总量的23%,其余均需选矿处理后制造成人工富矿才能作为炼铁原料。(2) 提高产品质量 :非金属矿高岭土、膨润土、沸、萤、硅灰土、硅藻、绢云母等都需要去掉铁、钛等杂质和提高白度 ;煤炭也需要洗选,降低灰分和硫、磷含量 ,才能生产合格的冶金焦炭。(3) 共生、伴生成分的综合利用 :有色金属矿常是共生产出 ,由于他们互为杂质无法利用 ,需经选矿处理将所含矿物分离后分别富

3、集才能作为冶炼原料。w.(4) 二次资源的开发利用 :二次资源包括旧金属及其它固体废料 ,废水和“废气”的治理和利用,在很大程度上依靠选矿技术,自然矿产的最大特点是数量有限和开发的一次性,因此“资源的循环利用”是最大的节约。(5) 海洋资源的利用。海洋资源包括海水中溶解的盐类物质和洋底锰结核。海水中含有 36 种元素 ,除可提取 NaCl 、KCl 、MgCl2 、Na2SO4 、MgCO3 、B、I、Li 外,还可以提取 U、Th 及氚等能源物质 ,开发利用前景广阔。2 选矿工程在国民经济发展中的战略地位矿产资源是人类赖以生存和社会发展的基础。当今世界有80%的工业原料和95%的能源取自矿产

4、资源。随着各国经济的不断发展,社会对矿产品的需求越来越多,它一面促进了矿物加工工程技术的进步,另一面污染了人类生存的环境。如使矿产资源开发与环境保护协调发展 ,是世界各国面临的共同问题。而自然资源开发利用的深度和广度 , 依赖于科学技术的发展,其中选矿技术的发展起着很关键的作用。例如每立公里的岩中含Al2 300 万 t 、Fe 1 300 万 t 、Cu26 万 t 、Sn10 万 t 、Au1 万 t 、U7 000 万 t, 如果高科技将其分离 ,则地球上提供我们可利用的资源是非常宽广的, 这将极大地促进社会经济的发展。3 国外现状与发展趋势3·1 国外现状上世纪 5070 年

5、代末选矿工业在国外有较大的发展,主要表现在 :w.(1) 选厂的大型化。(2) 设备大型化。(3) 选矿新工艺与科学技术的研究及应用。其中最具有代表性的重大发展有用于简化矿碎磨流程的“干、湿自磨技术”; 用于难处理难分离矿产的“联合流程”, 其中包括“选冶、选矿生物冶金”联合法处理细粒矿产的新技术。(4) 新型高效设备的研制。(5) 学术机构的发展。多的著名大学开设选矿工程学科课程 ,工业先进的成立选矿或颗粒学协会并有专门杂志。选矿工业的发展同时也提出了一些亟待解决的问题:(1) 选矿厂规模的扩大和设备的大型化 ,给设备的制造、生产操作管理带来了新问题 ,要求更高的机械化及自动化水平 ,否则单

6、纯的设备大型化未必带来更好的经济效益。(2) 新工艺及新设备在实践中出现多新问题需要进行解决,例如絮凝浮选不仅需要新药剂,而且矿需要细磨 ,工业上的应用尚存在一定的困难。(3) 原有的模拟放大算法已不适用大型化及新设备。(4) 复杂共生、低品位、微细嵌布的矿产资源日益增多 ,及很多非金属矿产资源的大量开发利用 ,也带来了很多新问题需要解决。3 我国矿产资源概况与市场需求3·1我国矿产资源概况我国是世界矿产资源种类齐全、储量丰富的少数几个之一。新中w.国成立之前 ,我国矿产资源加工工业十分薄弱 ,用机械化设备加工矿产品的工厂仅有几十家。 1949 年我国年产钢 15 万 t, 煤 3

7、200 万 t 、有色金属 1·3万 t、硫铁矿 1 万 t 、磷不足 10 万 t,全国矿业总产值不到 18 亿元。当时 ,我国矿业几乎处在白手起家的境地 ,是个微不足道的矿业小国。新中国成立以后 ,特别是党的十一届三中全会和改革开放以来 ,十分重视矿产资源的开发利用。到 1998 年我国已建成 10 879 座国有大中型矿山和 27 854 个乡镇、集体企业 ;已有矿山为依托的城市 300 余座 ;已开发利用的矿种 150 多种 ,矿产资源开发与利用的从业人员 1 400 多万人 ,1998 年钢铁、煤炭、水泥三大主力矿产资源居世界第一位 ;有色金属和黄金产量分别居第二位和第五位

8、 ;时至至今 ,我国有色金属总产量跃居世界第一位。 全国矿业总产值超过 4 000 亿元 , 与矿业相关的能源和原材料产业的产值超过 2 万亿元 ,中国已成为仅次于美国的世界第二矿业大国。矿业原料加工的快速发展 ,为我国国民经济建设提供了强大的物质基础 ,但矿物原料加工技术与经济发达相比 ,仍有差距 ,造成矿产资源消耗过快。建国以来我国国民生产总值增长了 10 多倍 ,而矿产资源的消耗增长了 40 多倍 ,在人口、资源、环境之间的矛盾日益突出的世纪之交 ,认真分析我国矿产资源状况 ,回顾矿物加工工程技术领域所取得的成就及其与国外的差距 ,在新世纪发展战略中强调技术创新 ,努力开发拥有自己知识产

9、权的矿物加工技术 ,将有助于我国矿产资源开发与利用业朝着可持续发展向前进。我国矿产资源总量丰富 ,但人均占有量少 ,是世界第 53 位。据专家们估算平均每平公里国土面积所拥有w.的资源潜在价值 ,我国的金属、非金属、燃料矿产为110 万美元 ,大体和美国相当 , 如单就燃料而言 ,比美国高27%,我国的矿产资源有以下特点 :(1) 矿产资源总量丰富 ,品种齐全 ,但人均占有量少。(2) 支柱性大宗矿产的某些矿种短缺或后备储量不足 ,而储量较多的则是部分用量不大的矿产。(3) 大型和特大型矿床少 ,中小型矿床多。(4) 单一易选的富矿少 ,贫细杂难选共生矿多 ,开发利用难度大 ,生产成本高 ,难

10、以参与国际市场竞争。3·2市场需求状况从目前来看 ,我国国民经济的增长在很大程度上仍依赖于自然资源,尤其是矿产资源的大量消耗。 从 21 世纪开始 ,我国一直处于资源需要量加大的时期 ,在 21 世纪开始的 10 年,我国的矿产品绝对需求量大幅度增加 ,一些主要矿产品需求量是以前的 2 倍,而支柱性大宗矿产将难以保证需求 ,如富铁矿、富锰矿、部分有色金属和化工矿产品不得不进口 ,而铬、钾、金刚等矿产品也因过度消耗 ,现有储量难以保证需求,将渐渐变成短缺矿产。 2010 年我国的矿产品已经面临经济建设对矿产品需求增长的峻挑战。3·3与国外先进水平的差距解放以来我国矿产资源开发

11、利用取得了多重要的成就 ,甚至在某些面居国际先进水平。 但从总体上来看低于国外先进水平。 目前我国年开采矿量在 53 亿 t, 仅次于美国居世界第二位 ;但人均拥有矿量很低 ,w.仅为世界人均拥有矿量的43%左右,居世界第 80 位。因此应继续大力开发矿产资源 ,同时应重视研究解决目前我国矿产资源开发上落后的主要问题。(1) 资源储量利用率 (产量与储量比 )不高。仅为主要矿产资源大国的 1/21/5 。原因主要是在于有些矿产开采品位过高 ,例如铁矿 ,美国、加拿大的开采边界品位为 15%23%, 原联为 15%,我国一般为26%30%,致使我国、于家沟储量达 20 亿 t 的贫磁铁矿没有开采

12、利用。(2) 矿产资源中有用矿物的回收率低。根据全国3 498 个矿山统计,我国铁矿和有色金属矿采矿回收率为50%60%;非金属矿产资源均为 20%60%; 煤矿仅 34%50% 。由于采选、冶水平与国外有差距 , 我国矿产资源的总回收率只有 30%40%, 比国外水平低 10%20% 。(3) 矿产资源的综合利用率低。根据全国 845 个矿山调查 ,综合利用率只有 15%, 75%的矿山企业综合利用率不到 2· 5%。就有色金属而论 ,国外先进矿山综合利用率可达到 80%90%, 而国的平均水平为50%,比国外约低 30%40%。(4) 非金属矿产资源开发利用落后。非金属矿产资源种

13、类繁多 ,性质各异 ,用途广泛 ,国外非常重视非金属矿产资源的开发利用。目前发达非金属矿产值为金属矿的 1· 52 倍,我国有丰富的非金属矿产资源,然而选矿回收率低 ,精矿品位低 ,超级产品少 ;我国应把非金属矿产资源的开发摆在极为重要的地位 ,特别是金属矿产中伴生的非金属矿产资源的综合回收应引起足够的重视。(5) 二次资源的回收利用率低。目前我国的工业固体废弃物综合w.利用率为 25 · 54%, 与经济发达的工业大国相比 ,存在相当大的差距 , 也是由于综合利用率低 ,历年矿业部门的工业固体废弃物 ,累积堆存已达 440 823 万 t, 占地面积 17 971 万 m

14、2, 造成较为重的环境污染。4 发展向从 20 世纪 80 年代以来 ,世界各国在矿物加工技术领域不断技术创新 ,以促进本国的矿产资源开发与综合利用沿着可持续发展的向前进。矿粉碎面 :为了降低矿的破磨能耗 ,国外开发了超细粉碎机和高压辊式破碎机 ,并不断研究外加电场、激光、微波、高频振荡、等离子处理矿对粉碎和分选的影响 ;在矿物分选领域面 :已经或正在研究“多种力场”联合作用的分选设备 ,以及多种原理“联合效应”和“综合分选技术” , 并不断将高技术引入矿物加工工程领域,例如将超导技术引入磁选 ,将电化学及控制技术引入浮选等等 ;为最大限度的利用矿产资源 ,世界各国竞相研究开发无废清洁生产工艺

15、 ;在设备面 :为使企业获得最大规模的经济效益 ,研究开发的破磨、分选及固液分离设备趋向大型化 ;生产过程的检测与控制面 :过程控制趋向自动化 ;技术面 :经过 50 年来的发展 ,我国的矿物加工工程技术已经取得多引人注目的成就。为使我国矿物加工工程技术在较短的时间全面赶上世界先进水平,必须注意以下几个面进行技术创新,这将是跨世纪快速发展的关键。(1) 研究开发高效预选设备 ,高效节能新型破磨与分级设备 ,以及固液分离新技术与设备 ,大幅度降低矿破碎与固液分离过程的能耗 ,提高入选品位。(2) 研究开发各种能场的预处理对矿和分选的影响 ,开发利用各种w.能场的预处理新技术 ,以提高粉碎及分选精

16、度。(3) 在开发高效分选设备、高效无毒新药剂中 ,重点研究复合力场分选设备 ,多种成分协同作用的新药剂以及处理贫、细、杂难选矿的综合分选技术。(4) 在矿综合利用研究中 ,重点开发无废清洁工艺 ,加强尾矿中矿物分离、提纯、超细改性的研究 ,使其成为市场需要的产品 ,为矿物原料工业向矿物材料工业转化提供新技术。(5) 大力将高新技术引入矿物加工工程领域 ,重点开展矿业生物工程技术、电化学调控和电化学控制浮选技术、过程自动化寻优技术、以及用高技术改造传统产业的新技术研究。(6) 加强基础理论与矿物工程分选技术相结合的新型边缘学科研究,促进新一代矿物分选理论体系的形成 ,并派生出新兴的矿物分选和提

17、纯技术体系。发展战略目标的指导思想是“立足国现状、 瞄准国际先进水平”。根据我国经济发展规划 ,立足我国矿产资源的特点 ,考查国外选矿现状及发展趋势 ,拟定我国选矿发展的近、中期发展目标如下 :(1) 针对我国矿产资源利用有“三率低”( 储量、综合回收率、有用成分 )的问题 ,进行有针对性的理论研究及新工艺的开发,特别是针对我国复杂、难选、大宗矿产资源及优势矿产资源开发利用存在的关键问题,以形成具有中国特色的选矿学派。(2) 建立“综合选矿理论体系”w.1) 将有关物理、化学、地质矿物、流体、磁电等基础理论与选矿工艺结合 ;2) 将高科技如生物工程、高能技术、微电子、超导等与选矿工艺结合 ;3

18、) 多种力场结合 ,从而派生出高效的新的选矿技术体系。(3) 进行选矿工程的“数字化、最优化、自动化”机制的研究 ,把目前选矿工程基本处于“实验科学”的阶段发展为“理论科学”。 大力推广计算机在“选矿数学模型、模拟、最优化、自动化”领域的普及应用。参考文献 :1 自然科学基金委员会 .冶金与矿业科学 M .北京 :科学出版社 , 1997.2 永康 .国土资源与可持续发展资源产业 . 1999, (6): 13.3 唐咸正 ,等.中国国土资源开发利用状况对产业影响 .资源矿产, 1999, (5): 1.4 训,等.中国矿情 (第一卷 )M .北京 :北京科学出版社, 1999.5 宋瑞祥 . 1976 年中国矿产资源报告 .