选矿概论-1 绪论

选矿概论

Mineralprocessing课程学习目的专业选修课，知识拓展课程；认识了解粉体工程（破碎与磨碎）、重力选矿、浮选、磁电选矿、生物选矿、精尾矿处理及矿山环境保护等矿物加工相关知识；为全面了解矿山作业及加强涉矿专业人员之间的沟通交流打下基础。什么是选矿？传统意义的“选矿”：有用矿物的分离富集利用矿物间物理或化学性质的差异，借助各种分选设备将矿石中的有用矿物和脉石矿物分离，并使有用矿物相对富集的过程。发展与延伸：生物、材料、环境多学科交叉渗透以矿石原料为研究对象，进行有用组分的分离与提取、二次资源的综合利用、矿物材料的制备及矿山环境保护等工作。课程学习内容选矿前的准备作业：破碎筛分、磨矿分级分选作业：重选、浮选、电选、磁选、生物选矿选后产品的处理作业：固液分离、尾矿贮存、矿山废水处理一、绪论中国古代的选矿技术选矿学科的发展历程现代选矿的内涵与方向选矿在国民经济中的地位与作用选矿术语①早期加工矿物的考古发现商朝废墟出土的釉陶含SiO2达到76%,而CaO、MgO、Na2O含量相对较低，制成的白陶含Fe量也较普通粘土低。这说明大约3600多年前已经对制陶原料进行捡选处理。白陶1、中国古代的选矿技术古遗址中也发现红铜牌和铜器。约3000多年前，大型青铜铸件“司母戊鼎”重832.84kg，其元素含量为Cu84.77%、Sn11.64%、Pb2.79%，并含有少量的Fe、Cr、Zn、As、Si、Ca等。这说明当时已掌握了识别并拣选多种矿物，合理利用它们从而达到控制合金成分比例的技术。司母戊鼎1、中国古代的选矿技术《吴越春秋》记载“干将吴人也，能为剑，采五山之铁精，六合之金英”，介绍了2500年前收集和挑选各种合金矿物，用于制造精良兵器的情况。出土的越王勾践青铜剑，历经数千年，依然闪烁明亮，异常锋利，经检测剑刃含少量Cr等合金成分。越王勾践青铜剑

考古学家认为：4000多年前，古代中国就已经掌握了区分、拣选并利用天然金属和矿物的技术。1、中国古代的选矿技术②中国古代炼铁规模汉朝早期（前202—公元220年），就有政府管理的炼铁厂；唐朝（618-907年），铁的产量约为1000吨/年；上世纪中叶，铁产量约为10万吨/年。1、中国古代的选矿技术（2015年，生铁产量为69141.3万吨）天工开物之炼铁炉③中国古代湿法提铜用胆水制取铜金属，在西汉的《淮南万毕术》以及明朝的《神农本草经》均有记载。将铁放在胆矾（硫酸铜的古称，又称石胆）水中浸泡，胆矾水与铁发生化学反应，水中的铜离子被铁置换而成为单质铜沉积下来的一种产铜方法。《读史方兴纪要》也记载了用铁粒还原铜离子为铜粉，通过铺席溜槽重选富集后，再经锻打制成铜片的选冶加工流程。1、中国古代的选矿技术公元900多年我国的“胆水浸铜”法湿法炼铜的化学方程式是：

1.CuO+H2SO4=CuSO4+H2O复分解反应

2.CuSO4+Fe=Cu+FeSO4

置换反应④古代重选的使用与记载朱砂粉碎和重选制取颜料的过程描述如下：“取来时，入巨碾槽中，轧碎如微尘，然后入缸，注清水澄浸，过三日夜，跌取其上浮者，倾入别缸，名曰二朱，其下沉结者，晒干即名头朱也”。1、中国古代的选矿技术锡石在河水中重选

明朝宋应星《天工开物》关于微细粒金的团絮浮选过程描述：“凡金箔粘物，他日敝弃之时，刮削火化，其金仍藏灰内，滴清油数点，伴落聚底，淘洗入炉，毫厘无差”。这是关于选择性团聚来选别黄金的最早描述。1、中国古代的选矿技术⑤古代浮选技术的使用与记载2、选矿学科的发展历程选矿的原始阶段：选矿过程本身已有很长的发展历史。很早以前就有手工拣选，后来发展成为用简单淘洗工具从砂石中回收金、银、锡等大密度矿物（重选），这属于选矿的原始阶段。无论是公元前几千年的古埃及，还是中世纪的罗马帝国时代，或者是中国古代，由于科学技术水平整体落后,社会生产力低,对矿物资源的需求少,人类利用的矿物资源主要是通过手工作业从天然矿石中得到的。如淘金、人工溜槽、手动跳汰筛、洗矿槽等原始重选方法及鹅毛粘油刮取浮在水面上的金粉等原始浮选方法。这些手工作业虽然有近代表层浮选和重选的影子,但还算不上是一门工业技术,这种现象一直延伸到19世纪。2、选矿学科的发展历程古希腊人通过洗矿的方式富集黄金2、选矿学科的发展历程选矿技术的形成阶段：

19世纪末至20世纪20年代，世界工业生产快速发展,对矿物原料的需求增大，加上18世纪产业革命的推动,使机械化成为可能，造成了选矿技术从古代的手工作业向工业技术的真正转变。近代大部分的选矿工艺与设备属于这一时期选矿领域的技术发明，如：颚式破碎机、球磨机、机械分级机、跳汰机、摇床等重选设备，电磁选的设备与工艺，浮选药剂、工艺与设备等。从那时起,选矿已成为一门人类从天然矿石中选别、富集有用矿物原料的工业技术，并得到广泛应用。

19世纪中期以后国外相继出现了机械选矿设备，例如活塞、静电选矿机、磁选机等。使重力选矿和磁选、电选矿等物理选矿技术有较大发展，从而促使冶金工业大规模发展。2、选矿学科的发展历程20世纪20-60年代泡沫浮选的大规模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，同时也促进难选、复杂矿及细粒嵌布矿产的开发与利用。生产的发展和需要促使人们对选矿理论进行深入研究。从1867年奥地利雷廷格尔著《选矿学》开始，相继有列宾捷尔的《浮选过程的物理化学》、高登的《选矿原理》（1932第1版）、利亚申科的《重选原理》，至1944年塔加尔特编著的《选矿手册》，选矿工程发展成为独立的学科。2、选矿学科的发展历程

第一部选矿权威性专著《HandbookofOreDressing》由F.Taggart(1884-1959)在1927年出版，F.Taggart也是世界选矿学术界第一任主席，是在1919年在哥伦比亚矿业学院任命。AntoineM.Gaudin(1900-1974)对浮选的研究使选矿技术得到进一步的发展。1952年，组织了第一届国际选矿大会（IMPC）。2014年，IMPC2014（第27届，智利圣地亚哥）2016年，IMPC2016（第28届，加拿大魁北克）2、选矿学科的发展历程第一阶段：

从远古至20世纪20年代前后，以机械化选矿设备的出现和应用为标志的“选矿”（OreDressing）技术的起源。例如：破碎分级设备（颚式破碎机、球磨机、机械分级机）、重选、电磁选及浮选工艺与设备等。2、选矿学科的发展历程第二阶段：

从20世纪20年代至60年代前后，以重、磁、浮三大学科方向的形成为标志的选矿工程学科的形成。

其主要标志是：流体力学、电磁学、界面化学等基础理论的应用和三大学科方向的形成。MineralDressing、MineralSeparation、MineralBeneficiation2、选矿学科的发展历程（1）重选：以流体力学为学科基础,根据不同矿物的密度差异在一定的介质中进行不同矿物的分选。（2）电磁选：以电磁学为学科基础，根据不同矿物电磁性的差异分选不同矿物。（3）浮选：以化学为学科基础，根据不同矿物表面物理化学性质的差异，实现不同矿物的分选。这个时期的选矿主要是从天然矿石(金属矿、非金属矿、煤炭等)中分离、富集其中的有用矿物，为冶金、化工、建材提供原料。2、选矿学科的发展历程第三阶段：

从20世纪60年代至20世纪末，以非金属矿深加工理论和技术的发展为标志的矿物加工学科的形成阶段。

选矿--矿物加工工程。

MineralSeparation--MineralProcessing2、选矿学科的发展历程20世纪60年代以来，随着世界经济的快速发展，一方面人类对矿物资源的需求不断增加，另一方面，矿物资源中富矿减少，贫细矿物资源增加，传统的选矿技术与理论已不能完全适应解决这些问题。其主要标志是：非金属矿物深加工技术的发展、以黄金氰化技术为代表的低品位矿石处理技术的大规模应用。无论是从处理的资源变化，还是科学技术水平发展来看，“选矿”学科已远超出了传统意义上的“选矿”，而用“矿物加工”才能更确切地反映其学科范畴与科技发展。2、选矿学科的发展历程第四阶段：

20世纪末至今，新兴学科方向的形成与矿物加工学科的发展阶段。进入21世纪以来，环境意识的空前增强和新材料产业的蓬勃兴起，对于矿物资源利用模式的变革和矿物加工学科的发展产生了广泛而深远的影响。如何克服传统的资源开发与环境保护的矛盾、如何提高不可再生性矿产资源的利用效率已成为矿物加工学科无法回避的现实课题。

2、选矿学科的发展历程其主要标志是：（1）相关学科理论和技术在矿物加工领域的大规模应用(生物和化工技术)；（2）矿物加工学科理论和技术在其他学科领域的拓宽和应用(环境工程、材料学)；（3）新学科方向的形成--矿物材料学的形成与发展。破碎技术和设备的发展2、选矿学科的发展历程原始的靠手用石头重击矿石的破碎方式选矿设备发展2、选矿学科的发展历程用棒重击矿石直至所要求的粒度2、选矿学科的发展历程古代中国采用杠杆的原理破碎矿石2、选矿学科的发展历程古代南非靠转动一块大的花岗岩石头破碎矿石2、选矿学科的发展历程在中世纪由水轮机带动的破碎机2、选矿学科的发展历程1858年发明了颚式破碎机2、选矿学科的发展历程1883年发明了旋回破碎机磨矿技术和设备的发展2、选矿学科的发展历程男孩用磨石磨矿2、选矿学科的发展历程两个磨石之间手动磨矿2、选矿学科的发展历程动物被用于磨矿作业2、选矿学科的发展历程采石场工人采磨石，磨石一般采用高强度的石英砂石2、选矿学科的发展历程被现代工程师重新设计成目前的现代磨石设备2、选矿学科的发展历程1876年德国人Brückner发明了球磨机选矿技术的发展2、选矿学科的发展历程淘洗法选金2、选矿学科的发展历程1556年的拣选技术1910年的拣选技术2、选矿学科的发展历程1896年发明了摇床1940年螺旋溜槽投入使用2、选矿学科的发展历程

螺旋溜槽内上下层流运动轨迹实线一上层液流运动轨迹虚线一下层液流运动轨迹1860年全油浮选方法使用2、选矿学科的发展历程1909年可溶性泡沫药剂得到使用1913~1922年浮选方法得到商业应用1924年黄药被发明标志着浮选的革命1920年浮选理论被IrvingLangmuir(1881-1957)建立1967年美国人提出使用浮选柱，1980年得到应用2、选矿学科的发展历程2、选矿学科的发展历程紫金山氰化堆浸技术20世纪中期，生物湿法冶金技术生物选矿微生物浸出工艺堆浸：一般在地面以上进行；

槽浸：渗滤型浸出作业，在浸出池或浸出槽中进行；

原位浸出：由地面钻孔至金属矿体，然后从地面将微生

物浸出剂注入到矿体中，原地溶浸有用成分，

最后用泵将浸出液抽回地面，回收溶解出来

的目的元素；

搅拌浸出：一般用于处理富矿或精矿，分机械搅拌和空

气搅拌。研究概况：2、选矿学科的发展历程智利Spence高砷铜精矿生物搅拌槽浸出2、选矿学科的发展历程电解

铜矿堆经溶剂萃取后的浸出液生物堆浸工艺微生物培养液工业技术手工作业基础理论实际经验选矿学科电磁选重选浮选2、选矿学科的发展历程2、选矿学科的发展历程3、现代选矿的内涵与方向传统的概念—选矿工程：利用矿石中不同矿物性质的差异，采用物理、化学的方法，从天然矿石中分离有用矿物的一门学科。

矿物工程(MineralEngineering)是根据自然界矿物原料的物理、化学或物理化学性质的差异，利用物理、化学或生物化学的方法将矿产资源中有用矿物和脉石矿物分离的综合加工过程，又称“矿物加工工程”或“选矿工程”。主要包括矿石的粉碎(破碎、磨矿、筛分、分级等)、分选(重选、磁选、电选、浮选、化学选、生物冶金等)、产品处理(液固分离、气固分离、尾矿业务等)。矿物加工工程：以矿物原料为研究对象，从事有用组分的分离提取、矿物材料的制备、及二次资源综合利用的一门学科。3、现代选矿的内涵与方向重力选矿：利用有矿物与脉石矿物密度差异、在流体机械中实现矿物的分离，如：金矿、钨矿、锡矿、砂矿等。磁电选矿：利用有矿物与脉石矿物磁性、电性的差异、在磁场中实现矿物的分离，如：铁矿、锰矿等。浮游选矿：利用有矿物与脉石矿物表面润湿性差异、通过浮选药剂调整矿物的可浮性，在流体机械中实现矿物的分离，如：硫化矿、氧化矿等。3、现代选矿的内涵与方向化学选矿：利用化学药剂的选择性分解作用，实现目的矿物的分解和提取，如：黄金氰化、生物湿法冶金、氧化铜矿浸出、铀矿浸出等。矿物材料：采用“超纯、超细、改性”的方法，改善矿物的固有性能或赋予新的性能，满足不同应用要求。各种非金属矿物-膨润土、高岭土、石墨等。资源综合利用（固体废弃物的资源化利用）：采用资源分级利用的技术思想，通过“有用组分的回收、整体转化”等手段，实现资源的充分利用。选矿方法的应用将待选原来按照一定的要求分选成不同的产品，以满足生产需要或增加其使用价值；将矿石中的有价成分富集起来，使之达到冶炼或其他工业上规定的要求，以便合理地、经济地、有效地利用矿产资源；除去矿石中所含的有害杂质，使之易于或能能够被利用；将矿石中多种有用矿物分选成各种精矿产品，以利于分别加工利用；选矿方法的应用从废物、废渣中回收有价成分，以解决废物利用问题；从废液或工业废水中回收有价成分或净化排放污水，以保护自然环境；从空气或废气中分离出粉尘，以控制大气污染。4、选矿在国民经济中的地位与作用矿物加工是国民经济发展的基础学科

矿物加工工程是矿物资源开发利用的基础，矿物资源则是人类赖以生存、社会赖以发展的物质基础，是生产力构成的重要因素。我国目前90%以上的能源来源于矿物资源，80%左右的工业原料取自矿物资源，每年投入国民经济运行的矿物原料超过50亿吨。因此，矿物加工工程专业在国民经济和社会发展中具有不可替代的重要作用。4、选矿在国民经济中的地位与作用矿物加工技术的发展对于环境保护和发展循环经济具有重要作用固体废弃物利用：粉煤灰、硫酸烧渣的利用、电子废弃物（欧洲、美国）、工业垃圾的利用（日本、欧洲、美国）。资源与环境成为热门课题，二次资源的综合利用迫在眉睫。随着社会的发展，人们已经意识到大自然赋予的矿物资源是有限的，合理地开发与利用这些宝贵的自然矿产资源是冶金与矿业科学的一个重要任务。可以认为，随着科学技术的发展和矿产资源的贫化，资源工程的科学研究日趋重要，矿物工程和湿法冶金在这方面将越来越显示出其优越性。4、选矿在国民经济中的地位与作用矿物加工技术进步对相关产业的发展具有重要意义

新材料：新型造纸涂料、聚合物填料、高性能涂料化工：矿物吸附剂、流变性控制剂、催化剂/矿物分子筛在石化、日化、油脂、精细化工方面的应用等。5、选矿术语矿物(mineral)

矿物是地壳中由于自然的物理化学作用或生物作用，所生成的自然元素（如金、石墨、硫磺）或自然化合物（如磁铁矿、黄铜矿、石英），其成分比较均一。矿石(ore)

在现代经济条件下，可以开采、加工、利用的矿物集合体。5、选矿术语矿床

地壳中具有开采价值的矿物积聚区。有用矿物

矿石由有用矿物和脉石矿物所组成，能为国民经济利用的矿物，即选矿所要选出的目的矿物。脉石矿物

目前国民经济不能用的矿物。5、选矿术语二次资源

在社会的生产、流通和消费过程中产生的不再具有原使用价值并以各种形态存在，但可以通过某些综合利用加工、回收等途径，使其重新获得使用价值的各种废弃物的总称。包括工业生产中的废渣、粉尘、矿山尾矿、废水、废气、废旧金属等，农业生产的副产品（农作物秸秆、家畜粪便等）以及生产生活中的废弃物（废橡胶、废纸、废塑料、电子废物料等）。5、选矿术语密度

密度是指单位体积矿物的质量，是重选的选别依据。

矿物的磁性被磁铁吸引或排斥的性质，是磁选的选别依据。一般矿物可分磁性矿物（如磁铁矿等）、弱磁性矿（如赤铁矿等）和非磁性矿物（如金刚石、赤铜矿等）。5、选矿术语润湿性

指矿物能被水润湿的性质，是浮选的选别依据。易被水润湿的矿物称为亲水性矿物，如石英、方解石。反之，称为疏水性矿物，如辉钼矿、石墨。矿物的自然润湿性主要取决于矿物的结晶构造。

导电性

指矿物的导电能力，是电选的选别依据。一般有良导体、半导体和非导体之分。5、选矿术语矿石的性质

包括矿石的化学成分、矿物组成、结构构造（如颗粒和集合体的大小、形状、分布以及颗粒间的连晶等）、矿石中的金属元素的赋存状态、矿石的物理化学性质等。化学成分及矿物组成→确定应回收哪些成分；赋存状态→判定磨矿的单体解离度、可选性以及综合利用有用成分的可能性；物理化学性质→选矿方法、选矿流程等。

矿石的种类矿产性质和用途→金属矿石和非金属矿石所含金属的种类→单金属矿石、多金属复合矿石存在形态→单质、硫化矿、氧化矿、混合矿、卤化矿有价成分的含量→贫矿和富矿矿物的嵌布特性→细粒/粗粒嵌布、均匀/不均匀嵌布5、选矿术语5、选矿术语选矿的任务将矿石中的有用矿物和脉石矿物相互分离，除去有害杂质，充分而经济合理地利用国家矿产资源。选矿的作用选矿对发展冶金工业所起作用很大。为冶炼提供“精料”，可以大大提高冶炼的技术经济指标。物尽其用、变废为宝、综合回收、节约资源是时代的要求。

5、选矿术语选矿的基本内容矿石分选前的准备作业破碎筛分作业和磨矿分级作业

分选作业浮选法、磁选法、重选法、电选法、化学选矿法、光电选矿法和手选法等选后产品的处理作业脱水、沉淀浓缩、过滤、干燥5、选矿术语精矿

分选所得的有用矿物含量较高、适合冶炼加工的最终产品。中矿

选别过程中得到的尚需进一步处理的中间产品。

尾矿

选别后，其中有用矿物含量很低、不需进一步处理（或技术经济不适合于进一步处理）的产品。5、选矿术语单体颗粒仅含有一种化学成分或物质的颗粒。连生体颗粒含有两种或两种以上组分或物质的颗粒。

单体解离度给料或分选所得的产物中，某种组成呈单体颗粒存在的量占给料或产物中该组分总量的百分数。5、选矿术语流程

表示矿石连续加工的工艺过程。工艺流程图

用线和图表示的流程。原则流程图只表示流程的“骨干”，而不记载流程的细节。机械流程图或机械联系图用主要设备和辅助设备表示的流程图。