礦物加工工程技術(shù)發(fā)展和研究新領(lǐng)域

王永剛，宋曉敏

（1.海灣工程有限公司，河北 石家莊 050000；2.河鋼承德釩鈦新材料有限公司，河北 承德 067000）

如今，礦物加工設(shè)備及技術(shù)處于不斷發(fā)展中，并不斷向大型化、先進(jìn)化方向發(fā)展，新型設(shè)備不斷涌現(xiàn)。這些設(shè)備的開發(fā)設(shè)計(jì)中，廣泛采用新結(jié)構(gòu)、新材質(zhì)和新加工工藝，改善了設(shè)備的技術(shù)水平，簡化了礦物加工工藝，進(jìn)而達(dá)到高效節(jié)能、增大企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的[1]。

1 礦物加工工程技術(shù)的概述

礦物加工工程又稱之為礦物工程以及選礦工程，它是基于不同礦物具有的物理化學(xué)性質(zhì)，通過物理，化學(xué)以及生物等各種技術(shù)手段應(yīng)用，對(duì)礦物進(jìn)行處理分離，合理利用其中的礦物資源，綜合回收礦物元素來達(dá)到加工處理的效果。選礦方法是礦物加工的重要前提，選礦方法是對(duì)礦物進(jìn)行分離和加工，這種選礦方法在淘金時(shí)代便已經(jīng)存在，然而那個(gè)時(shí)代不能稱之為選礦，現(xiàn)在的選礦主要是資源利用，加工與再生。在19世紀(jì)，礦物加工工程還沒有形成獨(dú)立的學(xué)科，20世紀(jì)60年代，選礦工程獲得了巨大發(fā)展，步入快速發(fā)展期，電化學(xué)為學(xué)科的逐漸形成提供了方向，礦物加工工程技術(shù)在冶金學(xué)科、采礦學(xué)科以及材料學(xué)科中獨(dú)立的分離出來，成為選礦工程學(xué)，浮選、電選、重選、磁選以及輔助過程是選礦的重要組成內(nèi)容，并且在一些發(fā)達(dá)國家，礦物加工工程技術(shù)方面獲得了巨大的發(fā)展。為了進(jìn)一步提高礦物加工工程技術(shù)水平，在現(xiàn)代新的發(fā)展形勢下，必須要加強(qiáng)創(chuàng)新人才和創(chuàng)新能力工程技術(shù)人員培養(yǎng)[2]。

2 礦物加工工程技術(shù)發(fā)展和研究新領(lǐng)域

2.1 新設(shè)備、新藥劑領(lǐng)域

阻礙我國礦山生產(chǎn)效率提升、消耗降低的重要因素就是原材料消耗高、藥耗高、水耗高以及能耗高的問題。因此，需要對(duì)礦物加工工程技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，及時(shí)的應(yīng)用一些高新技術(shù)來解決這種能耗高的問題，可以使用復(fù)合力場選礦的新技術(shù)以及新型設(shè)備，生物以及化學(xué)選礦先進(jìn)技術(shù)以及先進(jìn)設(shè)備、高效復(fù)合選礦藥劑以及微細(xì)粒選礦新技術(shù)以及新設(shè)備等來降低消耗提升效率。例如復(fù)合力場選礦以及高效復(fù)合選礦藥劑。復(fù)合力選礦是一種利用被分選礦物質(zhì)中不同物質(zhì)性質(zhì)上的差異，將兩種以上的外力場施加在礦漿之上，把不同的力度以及方向施加在目的礦物以及非目的礦物中，促使其在運(yùn)動(dòng)路線上以及運(yùn)動(dòng)速度方面有著較大的不同，最終實(shí)現(xiàn)目的礦物以及非目的礦物的分選。在應(yīng)用復(fù)合力選礦的過程中往往會(huì)應(yīng)用到一種磁力水力旋流器，這種旋流器的中心有一個(gè)中孔鐵芯，外部同樣也圍一層鐵芯，通過在鐵芯上纏繞銅線形成一個(gè)電磁場。磁場梯度的方向能夠根據(jù)被分選礦物質(zhì)的比重以及礦物質(zhì)的顆粒大小來決定，當(dāng)?shù)V物質(zhì)中礦物比重小以及粒度小的情況下能夠?qū)⒋艌鎏莸姆较蛑赶虼帕λπ髌鞯闹行摹Ｒ虼耍诖帕Φ膹?fù)合作用下磁性礦物以及非磁性礦物能夠產(chǎn)生一種反向的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)礦物質(zhì)的有效分選。白鎢礦是一種自身可浮性良好的礦物質(zhì)，對(duì)白鎢礦進(jìn)行選別的過程中最常應(yīng)用到的一種方式就是浮選，但是在進(jìn)行實(shí)際的選礦工作中，一些含鈣的脈石礦物質(zhì)，例如重晶石礦物、螢石以及方解石等和白鎢礦進(jìn)行分解的難度較高，而白鎢礦浮選中最重要的一個(gè)好壞指標(biāo)就是浮選藥劑的使用，所以對(duì)于白鎢礦的浮選藥劑進(jìn)行更深層次的研究尤為必要。大多數(shù)情況下有4類白鎢礦經(jīng)常使用到的藥劑。非極性藥劑、極性藥劑、陽離子藥劑以及陰離子藥劑。而在這其中最經(jīng)常使用到的藥劑是陰離子藥劑，傳統(tǒng)的藥劑并未能充分的分離出白鎢礦以及其他含鈣的脈石礦物質(zhì)，因此應(yīng)當(dāng)在傳統(tǒng)塔爾油、油酸鈉以及油酸等方面向著螯合類藥劑、鈴酸類藥劑、磷酸類藥劑以及磺酸類藥劑進(jìn)行轉(zhuǎn)變，提升藥劑的捕收性、選擇性以及難溶于水的向易性。伴隨著我國對(duì)于礦物工程新型藥劑的研究越來越深入，在相關(guān)研究人員的不斷試驗(yàn)以及研究過程中研制出一種工業(yè)價(jià)值較高的新型白鎢礦藥劑。通過這種藥劑的發(fā)明實(shí)現(xiàn)了更加優(yōu)良的分選作業(yè)。有相關(guān)學(xué)者用廣東粵北一帶地區(qū)中的夕卡巖型白鎢礦進(jìn)行研究，采用Na2CO3作為調(diào)整藥劑，采用Na2SIO3作為抑制藥劑，整個(gè)浮選過程中的捕捉劑選用新型的R31藥劑，首先對(duì)白鎢礦物質(zhì)進(jìn)行粗選，最后再利用Na2SIO3進(jìn)行進(jìn)一步的精選，其中獲取的一級(jí)一類白鎢精礦的品味高達(dá)75.26%，因此我們可知，這種新型藥劑是一種效果較好的白鎢礦捕捉劑，相較于傳統(tǒng)的油酸以及731藥劑，效果以及性能更加良好，同時(shí)能夠?qū)⒊杀究刂圃诳煽氐姆秶畠?nèi)，最大程度的降低藥劑中的毒害物質(zhì)。

2.2 清潔煤炭工程技術(shù)

煤炭作為我國能源供應(yīng)的重要原材料，在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)展中均有著較為重要的作用。不過目前我國開發(fā)和加工的煤炭資源中含有較多的砷和硫元素，這些元素隨著煤炭的應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生較多的有害氣體，如二氧化硫等，排放到空氣中會(huì)對(duì)環(huán)境質(zhì)量構(gòu)成嚴(yán)重威脅，不利于我國生態(tài)環(huán)境的持續(xù)發(fā)展，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)對(duì)人體健康構(gòu)成威脅。如今我國礦物加工工程技術(shù)和環(huán)境保護(hù)亟需處理的一個(gè)問題就是煤炭清潔化技術(shù)、煤炭的加工及再加工技術(shù)。

2.3 礦物深加工及精加工技術(shù)

礦物加工和資料利用技術(shù)隨著社會(huì)發(fā)展也面臨著更高的要求，不同品種的礦物材料所需要的技術(shù)和設(shè)備性能也不同。想要達(dá)到延長礦山壽命的目的、滿足時(shí)代發(fā)展對(duì)礦物資源的需求，不僅需要對(duì)礦物產(chǎn)品的直接價(jià)值進(jìn)行全面提升，還需要加強(qiáng)對(duì)礦物產(chǎn)品附加價(jià)值的有效提高。所以相關(guān)人員應(yīng)進(jìn)一步對(duì)礦物深加工技術(shù)和精加工技術(shù)進(jìn)行研究、優(yōu)化和升級(jí)，為礦企提高經(jīng)濟(jì)效益提供有力保障[3]。

2.4 實(shí)現(xiàn)與環(huán)境修復(fù)和保護(hù)的有機(jī)融合

在礦物加工工程發(fā)展中，應(yīng)將礦物加工工程技術(shù)與環(huán)境保護(hù)和修復(fù)工作融合起來，以減少礦物加工生產(chǎn)中有害物質(zhì)的排放，增大廢水、廢物的循環(huán)處理利用率，減少污染物的直接排放，改進(jìn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。近年來，我國科學(xué)研究院所和一些高等院校已將礦物加工工程技術(shù)和環(huán)保、粉體工程、無機(jī)非金屬材料、礦物材料等領(lǐng)域予以融合探索。另外，隨著技術(shù)水平的不斷提高，礦物加工工程在未來的發(fā)展中還需加大對(duì)非傳統(tǒng)礦物資源的開采、利用及處理，加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新，擴(kuò)展礦物加工工程技術(shù)的應(yīng)用范圍，以此實(shí)現(xiàn)礦物加工工程與非傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源的融合開發(fā)，增大非礦產(chǎn)資源的利用率，最終實(shí)現(xiàn)社會(huì)的發(fā)展目標(biāo)[4]。

3 礦物加工工程技術(shù)的發(fā)展展望

①維持傳統(tǒng)礦產(chǎn)加工工程技術(shù)實(shí)踐與研發(fā)工作的進(jìn)步。國家對(duì)礦物綜合利用、富集及分離的目標(biāo)主要是精良提煉各種難處理、品種多、品質(zhì)低的礦產(chǎn)資源，非一次資源的再生利用，廢水、廢氣和廢渣的處理及保護(hù)礦山環(huán)境，提倡相關(guān)人員進(jìn)行創(chuàng)新工藝的研發(fā)與技術(shù)探索和新領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)研究，與技術(shù)實(shí)踐相融合，創(chuàng)新技術(shù)、改良設(shè)備和工藝，為礦山的良性持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)出一份力量。②對(duì)工藝研究和技術(shù)實(shí)踐范圍進(jìn)行延展，積極尋找工程實(shí)踐發(fā)展和選礦工藝研究新領(lǐng)域。面對(duì)2000年以來一直未解決的資源相關(guān)工藝與變化等問題，需要我們進(jìn)一步增強(qiáng)礦物加工工程與化工和化學(xué)、冶金、計(jì)算機(jī)與環(huán)保、生物、材料等相鄰科目的互相融合、交叉與滲透，衍生出創(chuàng)新型科學(xué)研究范圍，以達(dá)到工程實(shí)踐與創(chuàng)新型工藝的有效結(jié)合。近年來，科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和礦物加工工程技術(shù)遵循綠色、高效用、低能耗的發(fā)展理念，除了尋求創(chuàng)新型工藝研究和工程實(shí)踐的發(fā)展機(jī)遇，也可在傳統(tǒng)的礦物綜合利用、富集和分離技術(shù)上追求創(chuàng)新型工藝，拓寬傳統(tǒng)礦產(chǎn)加工工程技術(shù)專業(yè)與水資源處理、礦產(chǎn)材料、資源高效利用、加工工藝和環(huán)境修復(fù)和恢復(fù)、無機(jī)非金屬材料、礦山環(huán)保、礦山經(jīng)濟(jì)、非一次資源再加工等專業(yè)的融合范圍。③將礦物加工工程技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境修復(fù)與恢復(fù)、水資源利用與加工、環(huán)保、城市廢物回收及再利用、廢水、廢氣與廢渣回收再利用、湖泊與河流污泥的利用、水資源回收與加工等領(lǐng)域，拓展礦物加工工程技術(shù)的探索實(shí)踐范圍，這同樣是現(xiàn)在很多發(fā)達(dá)國家礦物加工工程技術(shù)探索的一個(gè)方向。近年來，我國科學(xué)研究院所和一些高等院校已將礦物加工工程技術(shù)和環(huán)保、粉體工程、無機(jī)非金屬材料、礦物材料等領(lǐng)域進(jìn)行融合探索。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，礦物加工工程技術(shù)要解決和探索的主要對(duì)象將是非傳統(tǒng)礦物資源的開采與利用及非一次能源的處理與利用。重視礦產(chǎn)資源的非傳統(tǒng)實(shí)踐方面的創(chuàng)新型工藝探索，重視其他一次能源、廢渣、非一次能源和城市廢物等非傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源的開采與利用，以及節(jié)能礦產(chǎn)資源、農(nóng)用礦產(chǎn)資源、綠色礦產(chǎn)資源和其它礦產(chǎn)資源等的開采與利用，建立礦物加工工程與非傳統(tǒng)礦山經(jīng)濟(jì)探索與工程實(shí)踐新領(lǐng)域[5-7]。

4 礦物加工工程技術(shù)與其發(fā)展的社會(huì)需求

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，資源、人口以及環(huán)境受到了全社會(huì)的關(guān)注，特別是環(huán)境問題成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，但是人類長期以來快速發(fā)展以及國民經(jīng)濟(jì)的迅速提升，在物質(zhì)方面的需求也在不斷增加，自然資源呈現(xiàn)不斷縮減趨勢，而且礦物開采和利用過程當(dāng)中對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了巨大的破壞性，這些都為我們提出了新的要求，必須要對(duì)相關(guān)技術(shù)不斷創(chuàng)新和發(fā)展，尤其要對(duì)礦物加工技術(shù)不斷提升和發(fā)展，對(duì)礦物加工研究范圍有效拓展，并拓展其研究領(lǐng)域?qū)?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程當(dāng)中的資源問題，采取有效措施解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程當(dāng)中面臨的資源短缺問題，充分和探礦工程相結(jié)合，推動(dòng)礦產(chǎn)資源持續(xù)健康發(fā)展。為社會(huì)做出更大的貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

綜上所述，礦物加工與環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療、航天航空等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都有聯(lián)系，發(fā)展礦物加工工程技術(shù)對(duì)促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步有十分重要作用。但目前礦物加工工程技術(shù)還需要進(jìn)一步進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新和優(yōu)化升級(jí)，所以需要相關(guān)人員能夠?qū)ΦV物加工工程技術(shù)發(fā)展做出全面分析，并不斷提高自身的專業(yè)能力，為發(fā)展新技術(shù)和新領(lǐng)域提供有利條件，進(jìn)而為促進(jìn)社會(huì)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)[8]。