礦物加工工程學科人才培養中的化學教育

摘 要:礦物加工工程學科中，浮選是最為主要的選礦方法，浮選的依據是礦物與巖石的表面化學性質，人們可以人為改變礦物和巖石的表面化學實現礦物與巖石的浮選分離，化學在礦物加工工程學科中具有非常重要的地位。通過分析表明，無機化學、有機化學、物理化學是礦物加工工程學科本科生的必修課程。對于高層次人才培養的研究生，分析化學和更加深入的量子化學等的學習和教育是需要的?；瘜W是礦物加工過程中的資源高效、綜合、清潔利用的基礎，也是廢水循環利用、零排放、保護環境的重要手段。重視礦物加工工程學科的化學教育，提高學生的化學素養，對實現礦產資源開發利用的可持續發展和環境保護具有重要意義。

關鍵詞:化學教育 礦產資源 礦物加工 人才培養

中圖分類號:G64文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2012)06(a)-0116-02

礦產資源開發利用中，礦物分離與富集的依據是有用礦物與脈石礦物之間的物理化學性質差異。這種物理化學性質指的是礦物比重、磁性、電性、表面化學性質等，與這些性質對應的礦物分離與富集方法分別是重力選礦、磁電選礦、浮選等。利用重力選礦和磁電選礦分離與富集礦物的方法受到礦物比重、磁性和電性難以改變的限制，應用范圍相對較窄，而礦物表面性質可以通過人為改變，對應的浮選在礦物加工工程得到廣泛的應用。可以說，所有的礦物都可以通過浮選方法進行分離與富集。

正是由于浮選成為礦物分離與富集應用最為廣泛的方法，而浮選的理論基礎又是化學，所以化學是礦物加工工程學科的重要基礎成為公認的事實，浮選作為礦物加工的主要方法，本身就是化學在礦物加工工程學科中的一種應用，因此，化學教育在礦物加工工程學科的基礎理論教育中占有非常重要的地位。

礦物和巖石是自然界中天然形成的，具有固定組成的固體化合物，由于成分不同、成礦條件不同，不同的礦物表面性質是不同的，即使相同組成的礦物，由于成礦地點和成礦條件不同也會具有不同的表面性質。對于浮選分離礦物而言，不同的礦物表面性質又有相似之處，礦物與巖石之間、礦物與礦物之間、巖石與巖石之間的表面性質異同，成為浮選分離與富集這些礦物的根本依據。浮選工程中，礦物與巖石的表面性質可以根據需要人為調節和改變，從而擴大需要分離的礦物之間的表面性質差異，實現礦物之間的有效分離。

化學是學生需要學習的基礎課程，從初中開始，就涉及到化學的學習，直到博士研究生，化學仍然是礦物加工工程學科學生需要繼續學習的課程。甚至作為高層次的礦物加工工程學科的教授專家，仍在不間斷的學習化學。化學與浮選是不可分的，可以說，無論多么深厚的化學知識，都不能說對于浮選已經足夠了?；瘜W有多深奧，浮選就有多深奧。礦物加工工程學科人才培養過程中，化學教育是根本之一，不同層次的人才對應不同程度的化學教育。只有重視化學教育，才能做好礦物加工學科的人才培養。

1 浮選是化學在礦物加工工程中的應用

無機化學研究元素、單質和無機化合物的來源、制備、結構、性質、變化和應用的一門化學，是化學中最古老的化學分支學科。浮選的對象為礦物巖石，本身就是無機物，礦物的表面性質決定于礦物本身的結構和性質，礦物表面性質的研究離不開礦物內部組成、結構及性質的研究。礦物與巖石的研究將涉及無機化學的所有領域與內容，無機化學成為礦物加工工程學科學生的必修課程。

有機化學又稱為碳化合物的化學，是研究有機化合物的結構、性質、制備的學科，是化學中極重要的一個分支。含碳化合物被稱為有機化合物是因為以往的化學家們認為含碳物質一定要由生物(有機體)才能制造;然而在1828年的時候，德國化學家弗里德里希·維勒，在實驗室中成功合成尿素(一種生物分子)，自此以后有機化學便脫離傳統所定義的范圍，擴大為含碳物質的化學。礦物浮選是通過改變礦物表面的疏水性來實現的，而增加礦物表面疏水性的方法是采用含烴基的異極性分子在礦物表面吸附，含烴基的異極性分子就是典型的有機物質分子，研究捕收劑、起泡劑等浮選藥劑，將涉及廣泛的有機化學。有機化學也是礦物加工工程學科學生的必修課程。

物理化學的內容大致可以概括為三個方面:化學體系的宏觀平衡性質，以熱力學的三個基本定律為理論基礎，研究宏觀化學體系在氣態、液態、固態、溶解態以及高分散狀態的平衡物理化學性質及其規律性。屬于這方面的物理化學分支學科有化學熱力學。溶液、膠體和表面化學。化學體系的微觀結構和性質以量子理論為理論基礎，研究原子和分子的結構，物體的體相中原子和分子的空間結構、表面相的結構，以及結構與物性的規律性。屬于這方面的物理化學分支學科有結構化學和量子化學?；瘜W體系的動態性質研究由于化學或物理因素的擾動而引起體系中發生的化學變化過程的速率和變化機理。屬于這方面的物理化學分支學科有化學動力學、催化、光化學和電化學。物理化學是一門內容豐富，外延廣闊的化學，浮選涉及的礦物巖石、礦漿溶液、有機分子以及泡沫浮選氣體介質與礦物之間的相互作用等等，都涉及到物理化學。物理化學在礦物加工工程本科課程設置，占有最多的學時數，分兩學期學習，是礦物加工工程學科至關重要的一門化學課程。物理化學學習好壞直接關系到浮選學習。物理化學也是礦物加工工程學科研究生入學考試的必考課程。

分析化學的內容主要是:物質中元素、基團的定性分析;每種成分的數量或物質純度的定量分析;物質中原子彼此聯結而成分子和在空間排列的結構和立體分析。研究對象從單質到復雜的混合物和大分子化合物，從無機物到有機物，從低分子量到高分子量。樣品可以是氣態、液態和固態。稱樣重量可由100克以上以至毫克以下。1931年E.威森伯格提出的殘渣測定，只取10微克樣品，便屬于超微量分析。所用儀器從試管直到附自動化設備并用電子計算機程序控制、記錄和儲存等的高級儀器。分析化學以化學基本理論和實驗技術為基礎，并吸收物理、生物、統計、電子計算機、自動化等方面的知識以充實本身的內容，從而解決科學、技術所提出的各種分析問題。礦物加工工程學科涉及的礦物巖石、溶液、有機和無機藥劑、礦物加工原料及產品都需要通過分析檢測得以定性或定量的描述，理論研究過程中的儀器分析檢測，對礦物加工過程中的行為機理也才能進行研究和了解，所以礦物加工也與分析化學密切相關。礦物加工工程學科課程設置中，在本科階段或者在研究生階段需要對分析化學進行系統學習。

結構化學、高分子化學、絡合物化學、電化學、量子化學等是比以上四大化學更加細化的化學分支方向，在進行礦物浮選研究中，針對具體的研究內容和目的，不同程度地將涉及到這些更加深入和細化的內容。為了使化學與礦物加工工程學科結合的更加緊密，在研究生階段還開設了浮選表面化學、浮選藥劑化學、浮選電化學、浮選溶液化學等。

盡管在礦物加工工程學科不同階段開設了大量的化學課程，涉及的化學內容幾乎涵蓋了化學領域的所有內容，但對浮選的深入研究和理解仍然不夠。礦物浮選發展至今，還有大量的浮選理論問題沒有解決，浮選工藝的水平還有待提升，進一步強化化學教育和礦物浮選化學研究對礦物浮選的發展具有重要的基礎作用。

2 各層次人才培養中的化學教育

以技術工人為培養目標的中專和職業教育，由于生源大多是初中和高中畢業生，化學知識非常有限，僅對一些化學基礎知識有所了解，特別是初中文化水平的學生，只能了解一些初步的化學現象，因此，在進行礦物加工專業知識教學的過程中，必須補充一些學習浮選技術必要的化學知識。這種化學知識的補充，可以貫穿在專業知識的學習過程中，也可以單獨開設簡單的化學課程。只有在學生初步了解和掌握了浮選技術必備的基本化學知識以后，浮選技術專業課程的教學才能有效開展，學生也才能真正理解礦物浮選的技術知識。

對于以生產技術管理和技術應為目標的?？坪捅究平逃到y的課程設置已經考慮了化學對礦物加工工程的重要性，無機化學、有機化學、物理化學都是必修課程，學時數占到專業基礎課程學時數很大的比例，經過系統的化學知識的學習，學生在學習浮選專業課程時，已經能夠較深入理解礦物浮選中的化學問題，也能較好掌握浮選理論和浮選工藝專業知識。在生產技術管理和技術應用過程中，也基本能根據礦石性質的變化，應用所學到的化學知識和浮選理論，分析解決生產過程中出現的一般性的技術問題。

以科學研究為目標的研究生教育，為了使學生能夠從生產中發現和解決生產技術問題，具備獨立從事礦物加工工程領域科學研究的能力，在大學期間學習無機化學、有機化學、物理化學的基礎上，還需要進一步學習分析化學。通過分析化學的學習，可以讓研究生掌握常規的分析檢測技術，了解和掌握科學研究過程中所要使用的現代檢測手段，發現、分析和研究試驗過程中獲得的數據、結果，從而解決科學技術問題。對于博士研究生，是要讓他們更深層次理解礦物浮選的機理，培養其創新精神和意識，為此，從電子、原子、分子層面上理解礦物浮選理論是必要的，所以，在已經較好掌握了無機化學、有機化學、物理化學、分析化學的基礎上，量子化學的學習和了解對于博士研究生來說是需要的。

從以上的分析可知，浮選跟化學是不可分的，浮選實際上就是應用化學的一部分。無論是技術操作工人，還是從而浮選理論研究的博士研究生，不同程度都必須將化學作為基礎，沒有相應的化學基礎，從事浮選技術應用、技術開發及浮選理論研究都是難以想象的?；瘜W是浮選的基礎，浮選是礦物加工工程最重要的方法，因而礦物加工工程學科的化學教育是極端重要的。

3 重視礦物加工工程學科的化學教育

礦產資源是不可再生的，隨著礦產資源的不斷開發利用，資源枯竭已經成為制約社會和經濟發展的重要問題之一，資源高效利用成為礦產資源開發與利用必須堅持的原則。如何實現資源的高效利用，顯然礦物加工先進技術的開發與利用是實現資源高效的重要支撐。礦物加工工程中，浮選是最為主要的方法，而化學優勢浮選的基礎，通過浮選回收和利用礦產資源，實際上就是利用化學或者表面化學方法回收和利用礦產資源。重視礦物加工工程學科的化學教育問題，才可能從根本上提高人才質量，才能從源頭上解決礦產資源高效利用的根本問題。

礦產資源開采出來以后，多種資源共伴生，性質復雜，給資源中各種礦物的分離與富集帶來了很多困難，為了實現資源的綜合利用，只要有價值的礦物，都要進行回收，此時，這種礦物的物理化學性質研究，通過化學的方式改變各種礦物的性質，擴大彼此間性質的差異就成為礦物加工工程學科的重要課題，而所使用的方法基本上都是化學的方法，所以，礦物加工工程學科中的化學，決定著礦產資源的綜合利用，也只有重視礦物加工工程學科的化學教育問題，才可能從根本上提高人才質量，才能從源頭上解決礦產資源綜合利用的根本問題。

礦產資源天然形成的，其中的組分有的是對人類社會有益的，但同樣存在對人類社會有害的組分，在礦產資源回收利用過程中，高效、綜合回收有益組分的同時，處理好有害成分也是礦物加工工程學科的任務。只有解決了有害組分的處理，使得礦物加工過程中和礦物加工以后剩下來無用組分無害于人類和社會，礦產資源才能實現清潔利用。礦產資源中有害組分的處理，首先也必須掌握這些組分的性質，然后通過化學的、物理的方法對其進行分離、無害化處理等，而這些過程也與化學密切相關，所以，礦產資源的清潔利用也離不開化學。礦物加工工程學科的化學教育也是礦產資源清潔利用所要求的。

礦物加工過程大都需要將礦石磨細，使礦石中的有用礦物與脈石礦物解離，而有用礦物與脈石礦物的分離大多是在水中進行的，礦物加工工程廢水排放成為影響環境的重要問題。當今的礦物加工工程領域，要求選礦廢水零排放，確保廢水對環境不造成影響。廢水零排放意味著廢水必須回用，而廢水回用將帶來對選礦技術指標產生影響的問題，為了盡可能不是回水影響選礦技術指標，必須對回水進行性質研究，有的還要進行適當的化學處理，無論是回水性質的研究和回水的化學處理，都需要涉及化學知識，所以，礦物加工過程中廢水對環境的影響、廢水回用的處理等都直接與化學相關。礦物加工的環境問題也要求礦物加工工程學科重視化學教育。

礦物加工過程中，做好了資源高效、綜合、清潔利用，做好了廢水的循環利用和實現了廢水的零排放，就能實現礦產資源開發利用的可持續發展，而礦產資源高效、綜合、清潔利用與廢水處理均與化學密切相關，由此看出化學在礦物加工工程領域的重要性，重視化學教育是礦物加工工程學科的必然要求。

4 結語

(1)礦物加工過程中，廣泛使用的浮選實際上就是應用化學的一個分支，在浮選中，各種化學都將涉及到，礦物巖石研究與無機化學、晶體化學相關，礦漿溶液與礦物表面之間的相互作用，礦漿溶液的性質等與物理化學相關，礦物捕收劑、起泡劑的藥劑與有機化學相關，而礦物與巖石、溶液、藥劑性質的分析，產品的檢驗與化驗由于分析化學相關。但要進行深入的浮選理論研究和揭示浮選的本質時，量子化學、電化學、結構化學、絡合物化學等更加深入地與浮選聯系，化學在礦物加工工程學科占有極其重要的地位。

(2)礦物加工人才培養，不同層次的學生對化學基礎知識掌握的程度不同，因材施教，根據學生化學基礎的程度，實施專業課程，特別是浮選專業課程的教學是提高學生培養質量的重要因素。對于高層次人才培養的對象，如碩士和博士研究生，在大學本科期間的無機化學、有機化學、物理化學還不能滿足需要，分析化學及更加深入的量子化學等都應該是研究生需要學習的化學內容。提高研究生化學知識水平是提高其礦物加工專業知識水平的基礎。

(3)礦物加工工程學科與礦產資源高效、綜合、清潔利用和環境保護直接相關，而化學在實現礦產資源高效、綜合、清潔利用和環境保護中起著關鍵性的作用，礦物加工工程學科重視化學教育，提高礦物加工工程學科人才的化學素養，是實現礦產資源開發利用可持續發展的重要保障。