礦產資源綜合回收與利用

馬金平

(武漢理工大學資源與環境工程學院， 湖北 武漢 430070)

礦物是指存在于地殼中的自然化合物，其存在方式有固體、液體和氣體，以固體居多。具有開采價值的礦物稱為礦產。礦產資源是國民經濟的重要基礎，是人類社會發展的主要源泉。據統計[1]，我國90% 以上的能源和80% 以上的工業原料都來自礦產資源。

1 我國礦產資源的特點

(1)礦產資源總量豐富，品種齊全，但人均占有量少[2]。支柱性大宗礦產的某些礦種短缺或后備儲量不足，而儲量較多的則是部分用量不大的礦產。主要礦產儲量潛在價值占世界礦產總價值的12% ，居世界第3位，但從人均占有量看，僅為世界人均占有量的58%[3]。

(2)貧礦多、富礦少，尤其是鐵、銅、鋁土、鉛、鋅、金等多為貧礦。如我國鐵礦品位一般在30%～35%之間，而國外一般60%～65%；銅礦品位大于1%的不到30%，大于2%的只占6%。

(3)粗顆粒少，細顆粒多；單一礦少，共伴生礦多。共生礦占礦產資源的80%。共生銅占銅總儲量的25.7%，伴生鈷占鈷總儲量的80%，伴生金占金總儲量的44.2%，伴生銀占銀總儲量的87%，伴生在金川鎳礦中的鉑族元素占我國鉑元素總儲量的80%[4，5]。

礦產資源具有不同于其他自然資源的特點，即具有共生性和不可再生性。隨著社會經濟的發展，礦產資源的消耗速度將越來越快。特別是近年來，我國礦產資源供求矛盾日益突出。我們應當高度重視礦產資源的保護和合理開發利用，走資源節約型的發展道路。

2 我國礦產資源綜合利用現狀和問題

開展礦山綜合利用，可以使一礦變多礦，貧礦變富礦，小礦變大礦，呆礦變活礦，無礦變有礦。自20世紀80年代初以來，我國礦產資源綜合利用取得了長足進步，辦礦理念基本實現由“單一礦產資源開采”向“共伴生礦產資源(金屬和非金屬)系統綜合開發利用”的轉變。

目前，有色金屬行業70%以上共、伴生有價元素，都能得到不同程度的綜合利用。綜合回收的共、伴生元素近40種，很多采選聯合企業已初步形成了共、伴生礦產資源綜合回收體系。綜合回收的黃金產量現在已占總產量的1/4～1/3，銀、鉑族金屬和稀散元素幾乎100%都是綜合回收的，近3/4的硫酸原料是從有色金屬生產過程中綜合回收的。黑色金屬的綜合利用率為30%～40%[6]。

綜觀全國礦業，我國礦產資源綜合利用與發達國家相比，其差距仍比較大。

(1) 綜合利用水平低。我國共、伴生礦產資源綜合利用率不足20%，礦產資源總回收率約30%，而國外先進水平均在50%以上。在品種上，我國綜合利用的礦種，只占可以開展綜合利用礦種總數的50%左右；在數量上，我國銅鉛鋅礦產伴生金屬冶煉回收率平均為50%左右，發達國家平均在80%以上[7]。

(2) 亂采濫挖嚴重。我國長期以來對礦業的粗放式經營，人們大多對我國的資源情況缺乏正確的認識。在選礦方面，地方選礦廠大多是粗放型的生產經營模式，開采規模過小、技術落后、采易棄難、采富棄貧、優礦劣用，使礦產資源遭受極大的破壞。我國目前還有許多小礦在采用最原始的手工挖礦的采礦方法，勞動生產率低。

(3) 開發導致嚴重的環境問題。一個地區的礦產開發，必然會影響這個地區的生態環境，主要是對地形地貌的破壞和“三廢”的排放。前者會造成嚴重的地質災害，地表下沉、滑坡和泥石流等；后者則會對大氣、江河、農田造成污染，而且會占用大量耕地。據統計，我國金屬礦山尾礦堆存量已達50億t左右 ，并每年還以3億～5億t排放速度增長。侵占和直接污染土地66.7萬hm2，間接污染土地667萬hm2[8]。

我國礦業目前正面臨著資源約束(利用效率低、接替資源不足等)和環境約束(地質環境破壞嚴重、歷史欠賬多等)雙重制約。原地礦部預測，到2010年，我國45種重要礦產中，可以保證的只有23種，不能保證需長期進口補缺的有10種，資源短缺主要靠進口的有5種。到2020年形勢更加嚴峻，可以保證需求的僅有6種。到2050年則完全沒有保證[9-11]。

2007年年初，國家發展改革委發布了《“十一五”資源綜合利用指導意見》，提出到2010年，我國礦產資源總回收率與共伴生礦產綜合利用率，在2005年的基礎上各提高5個百分點，分別達到35%和40%。這對我國礦產資源管理和開發利用提出了明確的目標要求[12]。

3 綜合利用發展方向

循環經濟是一種以資源的高效利用和循環利用為核心，以“減量化、再利用、資源化”為原則，以低消耗、低排放、高效率為基本特征，符合可持續發展理念的經濟增長模式。礦業循環經濟是指地球上的礦產及礦產品遵循礦產物質的自身特征和自然生態規律，按其勘查、采選冶生產、深加工、消費等過程構成閉環物質流動，與之依存的能量流、信息流內在疊加，達到與全球環境、社會進步等和諧發展的一個經濟系統。

3R原則在礦業循環經濟中的表現形式，主要是貧富礦兼采、綜合回收、一礦變多礦、清潔生產、保護生態等。礦業領域要采取有力措施，大力發展循環經濟，讓循環經濟成為礦產資源綜合利用的助推器。

礦產資源綜合利用，是當前我國一項重大的技術經濟政策[13]。通過對我國礦產資源的特點、礦產綜合利用現狀以及礦業循環經濟的分析，目前，我國現階段礦產綜合利用的重點領域和綜合利用的方向應該為：一是對復雜共生伴生礦的綜合利用。我國共生、伴生礦特別多，這就要求在工藝的選擇和設計上要統籌兼顧，做到貧富皆收。二是礦業“三廢”的綜合回收與利用。由于我國伴生礦多以及采選冶技術限制，堆存的尾礦、廢石中還含有可以提取利用的有用元素。目前我國的金屬尾礦綜合利用率不足10%，還有很大的潛力。例如，鞍本地區一些磁鐵礦尾礦，含有近20%的Fe，采用強磁機可回收鐵品位達60%的鐵精礦。三是再生金屬資源綜合利用。四是節能降耗，清潔生產。

根據我國礦產資源特點和綜合利用現狀，借鑒發達國家礦產資源綜合利用成功的經驗，提出以下對策建議：

(1)健全相關法律法規，健全礦產資源綜合利用的運行機制，為礦產資源綜合利用，發展循環經濟提供法律保證。將國家用于扶植礦產資源綜合利用包括稅收在內的優惠經濟政策真正落實到位，提高企業開展礦產資源綜合利用的積極性；要強化對礦產資源綜合利用的監督管理，加強對勘探和生產過程中的全面綜合評價與考核監督；推動礦業清潔生產，減少廢棄物排放，發展綠色礦業。

(2)加強新技術、新工藝的開發與應用。礦產資源綜合利用的根本出路在于技術進步。以科技為先導，采取有力措施，加強采、選、冶的新技術、新工藝的研究與推廣應用，不斷提高礦產資源的綜合利用率。

礦物加工的發展趨勢，是對自然界“含量貧、結晶細、成分雜”的礦產資源進行開發、利用。實現礦產資源的綜合利用，必須針對我國資源特點，借助于每個單元的技術創新和設備革新，創造適合我國資源特點的選礦新工藝(如生物選礦技術，微細粒貧礦選礦技術，多金屬共生礦綜合利用技術，尾礦再利用技術等)。

①碎磨過程

礦物工程中，70%左右的能耗消耗于碎磨作業，其中磨礦占85%～90%。因此，盡可能用破碎設備代替磨礦設備，采用超細破碎機縮小入磨粒度，實現“多碎少磨”原則。自磨、半自磨的應用、碎磨設備的大型化，都有利于能耗的降低。同時，應選擇合理的碎磨工藝流程，減少過粉碎現象或礦物與脈石連生進入尾礦的損失率。

另外，我國許多礦產資源的微細嵌布，決定了必須對礦石細磨或超細磨，才能實現礦物的單體解離。通過新型碎磨設備(振動磨、攪拌磨、高壓輥磨機等)的研制和應用，可以實現粉體的制備。

②物理分選

重選：通過改變重力選礦設備的結構參數和動力學參數；應用特殊的藥劑和物料，調節分選介質的性質，或調節液流的強度和分選區中循環的特點；施加振動或超聲波作用，提高跳汰機、搖床和重介質分選的效果；研制振動分離機、振動溜槽和振動搖床等新型重選設備。

針對所分選礦物比重差小的特點，改變常規的自然重力場，采用超重力場；發展重力與離心力 磁力、電力、機械振動力能等相結合的綜合力場的選別方法，強化微細粒的分選過程。

磁選：為了增大被分選礦物的比磁化系數差別，研制新型高梯度磁選機(磁過濾機) 以及應用低溫超導體和高溫超導體，可以提高磁場力。這可以使磁場磁感應強度提高幾個數量級，擴大被選原料的種類，提高磁選效率。

電選：為了擴大被分選礦物的電性差異和提高電選效率，通過加熱、摩擦黏附、機械作用和輻射作用，應用無機和有機藥劑處理物料，改變分選物料表面電性，以及研制新型電選機。

④浮選及浮選藥劑

浮選電化學：根據電化學原理，研究浮選過程的機制。主要針對硫化礦，電化學反應主導硫化礦與浮選劑作用機理，通過電化學調控，實現多金屬硫化礦分離。

浮選溶液化學：根據溶液化學原理，研究浮選行為，主要針對非硫化礦。根據礦物/浮選劑溶液化學反應行為，預測非硫化礦浮選分離條件與浮選機理。

浮選表面及膠體化學：根據表面及膠體化學原理，研究顆粒間相互作用，討論細粒礦物選擇性凝聚、分散與浮選分離行為。討論超細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。主要針對超細粒礦物、煤炭的加工利用與廢水治理等。

根據以上浮選理論以及實踐，浮選工藝出現多種多樣的工藝，如閃速浮選法、導電浮選法、載體浮選法、分支分速浮選法、分支串流浮選法、分支載體浮選法、異步混臺浮選法等。

新型的更符合浮選動力學原理的浮選設備的出現， 使得浮選工藝流程更簡捷，更適合于過程自動化， 也使得浮選設備的大型、高效、經濟成為可能。

浮選藥劑的研究發展，可歸納為組合藥劑的使用、藥劑改性、開發新的高性能或無毒的藥劑。組合用藥主要是利用藥劑之間的協同作用，增強藥劑的浮選效果。藥劑改性的研究，主要是對現有的黃藥、硫胺酯胺類和脂肪酸等藥劑，改變活性基，或引入、增加活性基團等途徑，提高藥劑的性能。開發新型、高性能、低毒、價廉的新藥劑，也是重要的發展方向。為了保護環境，減少污染，相當多的選礦廠采用了無氰無鉻工藝。

⑤其他選礦方法

隨著礦產資源的日益復雜和貧化，給常規選礦技術造成了很大的難度。“多種力場” 聯合作用的設備、多種藥劑“協同作用” 的“綜合選礦技術” 的應用，以及其他更有效的處理方法的應用。比如用生物浸出、化學浸出、溶劑萃取、離子交換等處理復雜貧細礦物資源。

⑥礦物加工過程的模擬、優化以及自動化

通過礦物加工全過程的計算機仿真、模擬與優化設計，建立礦山、選廠的專家系統，進行生產、經營管理。進行選礦工程的“數學化、最優化、自動化”機制的研究，包括各個生產環節的優化、控制等。新型、先進控制儀表的出現，結合“專家控制系統”，把選礦廠的自動控制水平推進一步。將“專家控制系統”與最優適時控制結

合，達到以根據礦石性質變化適時調整生產參數，使選礦生產保持最優狀態。

4 結 語

實現礦產資源的綜合利用，必須轉變傳統的礦產資源開發模式，走可持續發展的道路。從資源消耗型轉變為資源節約型，從破壞環境型轉變為環境友好型，從技術落后型轉變為技術先進型.從管理粗放型轉變為管理科學型，尋求一條經濟、社會、環境、資源相互協調的可持續發展的道路。

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