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選礦的簡(jiǎn)史介紹

 向善教授 2016-10-02


   用物理或化學(xué)方法將礦物原料中的有用礦物和無(wú)用礦物(通常稱脈石)或有害礦物分開(kāi),或?qū)⒍喾N有用礦物分離開(kāi)的工藝過(guò)程,又稱“礦物加工”。產(chǎn)品中,有用成分富集的稱精礦;無(wú)用成分富集的稱尾礦;有用成分的含量介于精礦和尾礦之間,需進(jìn)一步處理的稱中礦。金屬礦物精礦主要作為冶煉業(yè)提取金屬的原料;非金屬礦物精礦作為其他工業(yè)的原材料;煤的精選產(chǎn)品為精煤。選礦可顯著提高礦物原料的質(zhì)量,減少運(yùn)輸費(fèi)用,減輕進(jìn)一步處理的困難,降低處理成本,并可實(shí)現(xiàn)礦物原料的綜合利用。由于世界礦物資源日益貧乏,越來(lái)越多地利用貧礦和復(fù)雜礦,因此需要選礦處理的礦石量越來(lái)越大。目前,除少數(shù)富礦石外,金屬和非金屬(包括煤)礦石幾乎都需選礦。
  早期的選礦,是利用礦物間的物理性質(zhì)或表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異,但不改變礦物化學(xué)組成的物理選別過(guò)程,主要用于處理金屬礦石,稱“礦石選別”。以后擴(kuò)展到非金屬礦物原料的選別,稱“礦物選別”。后來(lái),把利用化學(xué)方法回收礦物原料中有用成分的過(guò)程,也納入選礦,稱為化學(xué)選。
  選礦經(jīng)歷了從處理粗粒物料到細(xì)粒物料、從處理簡(jiǎn)單礦石到復(fù)雜礦石、從單純使用物理方法向使用物理化學(xué)方法和化學(xué)方法的發(fā)展過(guò)程。早期,人們用手工揀選;后來(lái),用簡(jiǎn)單的淘洗工具從河溪砂石中選收金屬礦物。中國(guó)湖北銅綠山礦冶遺址中的“船形木斗”就是二千多年前淘洗銅礦石的工具。唐樊綽著《蠻書》中有“麩金出麗水,盛沙淘汰取之”的記載,描述當(dāng)時(shí)淘金選礦的情況。明《天工開(kāi)物》中有礦石采出后“先經(jīng)揀凈淘洗”,然后“入爐煎煉”,以及錫和其他礦石的選礦記載。歐美于1848年出現(xiàn)了機(jī)械重選設(shè)備──活塞跳汰機(jī),1880年發(fā)明靜電分選機(jī),1890年發(fā)明磁選機(jī),促進(jìn)了鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。1893年發(fā)明搖床。在浮選廣泛應(yīng)用以前,重選一直是主要的選礦方法。1906年泡沫浮選法取得專利。浮選能處理細(xì)粒復(fù)雜礦石,顯著地促進(jìn)了選礦技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)40年代后,化學(xué)選應(yīng)用于處理氧化銅礦、鈾礦,以后又用來(lái)處理復(fù)雜、難選、細(xì)粒浸染的礦物原料。60年代以來(lái),細(xì)粒重選、微細(xì)粒浮選、濕式強(qiáng)磁選和選冶聯(lián)合流程都得到很大發(fā)展。
  在選礦理論方面,1867年雷廷格爾(P.R.von Rit-tinger)著《選礦學(xué)》,初步形成選礦體系。1903年里恰茲(R.H.Richards)著《選礦》,構(gòu)成獨(dú)立的選礦工程學(xué)。1933年列賓捷爾 (П.Α.Ρeбиндep)著《浮選過(guò)程的物理化學(xué)》,1939年高登(A.M.Gaudin)著《選礦原理》,1940年利亞先科(П.Β.Лященκо)著《重力選礦》,1944年塔格特(A.F.Taggart)著《選礦手冊(cè)》,1950年米切爾(D.R.Mitschell)著《選煤學(xué)》,使選礦形成獨(dú)立的學(xué)科。50年代以來(lái)又有很大發(fā)展。選礦涉及的學(xué)科主要有:礦物結(jié)晶學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、電磁學(xué)、物理化學(xué)、表面化學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)以及過(guò)程的數(shù)學(xué)模擬和自動(dòng)控制等。
  中國(guó)于20世紀(jì)20年代出現(xiàn)機(jī)械選礦廠,如湖南水口山選礦廠等。1949年以后,在選礦指標(biāo)、處理量和選礦科學(xué)技術(shù)等方面都有很大發(fā)展。鎢、錫等選礦技術(shù)在某些方面有較高的水平,創(chuàng)制出獨(dú)特的離心選礦機(jī)、振擺溜槽、環(huán)射式浮選機(jī)等新設(shè)備,并最先采用一段離析-浮選法來(lái)回收氧化銅。
  選礦過(guò)程主要由解離和選別兩個(gè)基本部分構(gòu)成,包括:
  選前礦物原料準(zhǔn)備作業(yè)  有粉碎(包括破碎和磨碎)、篩分和分級(jí),有時(shí)還包括洗礦。
  破碎  

  將礦山采出的粒度為 500~1500mm的礦塊碎裂至粒度為 5~25mm的過(guò)程。方式有壓碎、擊碎、劈碎等,一般按粗碎、中碎、細(xì)碎三段進(jìn)行。
  磨碎  以研磨和沖擊為主。將破碎產(chǎn)品磨至粒度為10~300μm大小。磨碎的粒度根據(jù)有用礦物在礦石中的浸染粒度和采用的選別方法確定。常用的磨礦設(shè)備有:棒磨機(jī)、球磨機(jī)、自磨機(jī)和半自磨機(jī)等。磨碎作業(yè)能耗高,通常約占選礦總能耗的一半。80年代以來(lái)應(yīng)用各種新型襯板及其他措施,磨碎效率有所提高,能耗有所下降。
  篩分和分級(jí)  按篩面篩孔的大小將物料分為不同的粒度級(jí)別稱篩分,常用于處理粒度較粗的物料。按顆粒在介質(zhì)(通常為水)中沉降速度的不同,將物料分為不同的等降級(jí)別,稱分級(jí),用于粒度較小的物料。篩分和分級(jí)是在粉碎過(guò)程中分出合適粒度的物料,或把物料分成不同粒度級(jí)別分別入選。
  洗礦  為避免含泥礦物原料中的泥質(zhì)物堵塞粉碎、篩分設(shè)備,需進(jìn)行洗礦。原料如含有可溶性有用或有害成分,也要進(jìn)行洗礦。洗礦可在擦洗機(jī)中進(jìn)行,也可在篩分和分級(jí)設(shè)備中進(jìn)行。
  選別作業(yè)  礦物原料經(jīng)粉碎作業(yè)后進(jìn)入選別作業(yè),使有用礦物和脈石分離,或使各種有用礦物彼此分離。這是選礦的主體部分。選別作業(yè)有重選、浮選、磁選、電選、揀選和化學(xué)選等。
  重選  在介質(zhì)(主要是水)流中利用礦物原料顆粒比重的不同進(jìn)行選別。有重介質(zhì)選、跳汰選、搖床選、溜槽選等。重選是選別黑鎢礦、錫石、砂金、粗粒鐵和錳礦石的主要選礦方法;也普遍應(yīng)用于選別稀有金屬砂礦。重選適用的粒度范圍寬,從幾百毫米到一毫米以下,選礦成本低,對(duì)環(huán)境污染少。凡是礦物粒度在上述范圍內(nèi)并且組分間比重差別較大,用重選最合適。有時(shí),可用重選(主要是重介質(zhì)選,跳汰選等)預(yù)選除去部分廢石,再用其他方法處理,以降低選礦費(fèi)用。隨著貧礦、細(xì)礦物原料的增多,重選設(shè)備趨向大型化、多層化,并利用復(fù)合運(yùn)動(dòng)設(shè)備,如離心選礦機(jī)、搖動(dòng)翻床、振擺溜槽等,以提高細(xì)粒物料的重選效率。目前重選已能較有效地選別20μm的物料。重選又是最主要的選煤方法。
  浮選  利用各種礦物原料顆粒表面對(duì)水的潤(rùn)濕性(疏水性或親水性)的差異進(jìn)行選別。通常指泡沫浮選。天然疏水性礦物較少,常向礦漿中添加捕收劑,以增強(qiáng)欲浮出礦物的疏水性;加入各種調(diào)整劑,以提高選擇性;加入起泡劑并充氣,產(chǎn)生氣泡,使疏水性礦物顆粒附于氣泡,上浮分離。浮選通常能處理小于0.2~0.3mm的物料,原則上能選別各種礦物原料,是一種用途最廣泛的方法。浮選也可用于選別冶煉中間產(chǎn)品、溶液中的離子(見(jiàn)離子浮選)和處理廢水等。近年來(lái),浮選除采用大型浮選機(jī)外,還出現(xiàn)回收微細(xì)物料(小于5~10μm)的一些新方法。例如選擇性絮凝-浮選,用絮凝劑有選擇地使某種微細(xì)粒物料形成尺寸較大的絮團(tuán),然后用浮選(或脫泥)方法分離;剪切絮凝-浮選,加捕收劑等后高強(qiáng)度攪拌,使微細(xì)粒礦物形成絮團(tuán)再浮選,及載體浮選、油團(tuán)聚浮選等。
  磁選  利用礦物顆粒磁性的不同,在不均勻磁場(chǎng)中進(jìn)行選別。強(qiáng)磁性礦物(磁鐵礦和磁黃鐵礦等)用弱磁場(chǎng)磁選機(jī)選別;弱磁性礦物(赤鐵礦、菱鐵礦、鈦鐵礦、黑鎢礦等)用強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)選別。弱磁場(chǎng)磁選機(jī)主要為開(kāi)路磁系,多由永久磁鐵構(gòu)成,強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)為閉路磁系,多用電磁磁系。弱磁性鐵礦物也可通過(guò)磁化焙燒變成強(qiáng)磁性礦物,再用弱磁場(chǎng)磁選機(jī)選別。磁選機(jī)的構(gòu)造有筒式、帶式、轉(zhuǎn)環(huán)式、盤式、感應(yīng)輥式等。磁滑輪用于預(yù)選塊狀強(qiáng)磁性礦石。磁選的主要發(fā)展趨向是解決細(xì)粒弱磁性礦物的回收問(wèn)題。60年代發(fā)明的帶齒板聚磁介質(zhì)的瓊斯?jié)袷綇?qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī),促進(jìn)了弱磁性礦物的選收。70年代發(fā)明以鋼毛或鋼網(wǎng)為聚磁介質(zhì)的具有高磁場(chǎng)梯度和強(qiáng)度的高梯度磁選機(jī)以及用低溫超導(dǎo)體代替常溫導(dǎo)體的超導(dǎo)磁選機(jī),為回收細(xì)粒弱磁性礦物提供了良好的前景。
  電選  利用礦物顆粒電性的差別,在高壓電場(chǎng)中進(jìn)行選別。主要用于分選導(dǎo)體、半導(dǎo)體和非導(dǎo)體礦物。電選機(jī)按電場(chǎng)可分為靜電選礦機(jī)、電暈選礦機(jī)和復(fù)合電場(chǎng)電選機(jī);按礦粒帶電方法可分為接觸帶電電選機(jī)、電暈帶電電選機(jī)和摩擦帶電電選機(jī)。電選機(jī)處理粒度范圍較窄,處理能力低,原料需經(jīng)干燥,因此應(yīng)用受到限制;但成本不高,分選效果好,污染少;主要用于粗精礦的精選,如選別白鎢礦、錫石、鋯英石、金紅石、鈦鐵礦、鉭鈮礦、獨(dú)居石等。電選也用于礦物原料的分級(jí)和除塵。電選的發(fā)展趨向是研制處理量大、選別細(xì)粒物料效率高的設(shè)備。
  揀選  包括手選和機(jī)械揀選。主要用于預(yù)選丟除廢石。手選是根據(jù)礦物的外部特征,用人工挑選。這種古老的選礦方法,某些礦山迄今仍在應(yīng)用。機(jī)械揀選有:①光揀選,利用礦物光學(xué)特性的差異選別;②X射線揀選,利用在 X射線照射下發(fā)出熒光的特性選別;③放射線揀選,利用鈾、釷等礦物的天然放射性選別。70年代開(kāi)始出現(xiàn)了利用礦物導(dǎo)電性或磁性的電性揀選和磁性揀選。
  化學(xué)選  利用礦物化學(xué)性質(zhì)的不同,采用化學(xué)方法或化學(xué)與物理相結(jié)合的方法分離和回收有用成分,得到化學(xué)精礦。這種方法比通常的物理選礦法適應(yīng)性強(qiáng),分離效果好,但成本較高,常用于處理用物理選礦方法難于處理或無(wú)法處理的礦物原料、中間產(chǎn)品或尾礦。隨著成分復(fù)雜的、難選的和細(xì)粒的礦物原料日益增多,物理和化學(xué)選礦聯(lián)合流程的應(yīng)用越來(lái)越受到重視。化學(xué)選成功應(yīng)用的實(shí)例有氰化法提金、 酸浸-沉淀-浮選、離析-浮選處理氧化銅礦等。溶劑萃取、離子交換和細(xì)菌浸取等技術(shù)的應(yīng)用,進(jìn)一步促進(jìn)了化學(xué)選的發(fā)展。它的發(fā)展趨向是:研制更有效的浸取劑和萃取劑,發(fā)展生物化學(xué)方法,降低能耗和成本,防止環(huán)境污染。
  此外,還有礦物原料在斜面運(yùn)動(dòng)或碰撞時(shí)利用其摩擦系數(shù)、碰撞恢復(fù)系數(shù)的差異進(jìn)行選別的摩擦與彈跳選等。 


  選后產(chǎn)品處理作業(yè)  包括精礦、中間產(chǎn)品、尾礦的脫水,尾礦堆置和廢水處理。選礦主要在水中進(jìn)行,選后產(chǎn)品需要脫水干燥。方法有重力泄水、濃縮、過(guò)濾和干燥。塊狀和粗粒物料可用脫水篩、螺旋分級(jí)機(jī)和脫水倉(cāng)等進(jìn)行重力泄水。細(xì)粒物料用濃縮機(jī)或水力旋流器和磁力脫水槽等濃縮,再經(jīng)真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾。70年代研制出連續(xù)自動(dòng)壓濾機(jī),可以進(jìn)一步降低水分。也可加入絮凝劑和助濾劑,以加速細(xì)粒物料的濃縮和過(guò)濾效率。必要時(shí)濾餅還要經(jīng)過(guò)干燥機(jī)干燥。近年出現(xiàn)的流態(tài)化干燥法和噴霧干燥法可以提高干燥效率。尾礦通常送尾礦庫(kù)堆存,有時(shí)先經(jīng)濃縮后再進(jìn)行堆存。尾礦水可回收再用。不合排放標(biāo)準(zhǔn)的廢水須經(jīng)凈化處理(見(jiàn)尾礦及廢水處理)。舊尾礦場(chǎng)地要進(jìn)行植被、復(fù)田。
  選礦過(guò)程的自動(dòng)控制  使用在線檢測(cè)儀表 (如γ射線濃度計(jì)、超聲波粒度測(cè)定儀、X熒光分析儀等)、自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備和計(jì)算機(jī),對(duì)選礦過(guò)程中的單個(gè)參數(shù)、單一機(jī)組進(jìn)行檢測(cè)和自動(dòng)調(diào)節(jié),以至對(duì)車間或全廠進(jìn)行集中控制,以提高選礦指標(biāo)和勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)條件和實(shí)行科學(xué)管理。70年代以來(lái),使用計(jì)算機(jī)控制的選礦廠不斷增加,穩(wěn)定化控制日漸成熟,并在此基礎(chǔ)上向最佳化控制發(fā)展。對(duì)磨礦、浮選過(guò)程的數(shù)學(xué)模擬,為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)最佳化控制創(chuàng)造了條件。


來(lái)源:天道研究院

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