論新形勢下礦物加工工程專業的發展

劉 陽

礦產資源屬于不可再生資源，隨著開采時間的增加與開采規模的擴大，我國礦產資源總量持續減少。在礦產業競爭日益白熱化的背景下，提高礦業生產的效率與質量，降低生產消耗水平以及提升礦業生產的信息化水平進而提高企業市場競爭力與經濟效益成為礦產企業實現長效發展的必然措施。通過引入傳感識別技術、電子信息技術以及計算機控制技術等，目前國內一些大型選礦企業已經著手進行傳統選礦生產作業的創新轉型，力求實現企業管理信息化、生產設備高度自動化以及生產過程集成化與綜合化，響應工業4.0的號召，積極推進現代化集成制造業的發展。

1 預選拋尾技術

1.1 概述

選礦廠的碎磨投資及生產經營費用均占主要部分，而選礦廠生產能力的大小由磨礦決定，選礦的基本原則為多碎少磨、能收早收及能丟早丟；預選拋尾技術根據礦石中不同礦物顆粒的密度、磁性、導電性、光澤及放射性等的差異，利用光電選礦、重選、磁選及浮選等預選拋棄部分廢石、脈石或低品位礦石，因而預選拋尾技術多用在粗磨或細磨等作業前。

1.2 預選拋尾設備及在選礦中應用

1.2.1 光電選礦拋尾

光電選礦技術是非常重要的預選拋尾技術之一，主要用于塊狀礦石的預選拋尾，目前比較成熟的光電選礦技術主要有色選和X射線分選（XRT）。

色選主要利用可見光、紫外光、紅外線等照射礦石，利用探測器探測礦石中不同礦物的顏色、透明度、光澤、反射率及吸收率等表面特征差異，進一步通過圖像識別和分選執行機構將有用礦物與脈石選別分離。浙江省遂昌縣湖山螢石礦為解決50mm～10mm粒級螢石難以人工揀選的難題，引進履帶式色選機進行選礦分離，選別出的含CaF2達到80%左右精礦以便對外銷售，選別出的含CaF2約50%左右的尾礦再送浮選廠進行選別處理。廣西珊瑚鎢錫礦采用Mogensen Sort Typ AP1200色選機進行預選拋尾，與手選拋廢相比提高拋廢率14%，精礦品位相應提高了16%，人工成本每年節省180余萬元，減少選礦處理成本229.8萬元/年。南非某含金石英脈礦石，采用光電揀選機預選拋尾后，原礦石金品位由2.5g/t提高至6.5g/t。

由于每種元素的特征X射線均是唯一的，X射線分選利用礦石在受到X射線照射后，礦石中所含元素受到激發產生特征X射線，通過測定特征X射線的能量及特征X射線的強弱，以確定相應的元素及其含量，從而通過執行機構將有用礦物與脈石選別分離。X射線分選設備選別精度高，已應用于黑色金屬礦、有色金屬礦、貴金屬礦及煤礦等的預選拋尾工作。酒鋼樺樹溝鐵礦石采用XNDT-104射線智能分選機進行預選拋廢，拋廢率13%左右，能夠取得尾礦品位小于10%、鐵回收率大于96%及預選粗精礦鐵品位提高3.6個百分點以上的指標。浙江某低品位鉛鋅礦，采用XNDT-104射線智能分選機進行了拋廢分選，拋廢率為27.42%，拋出的廢石鉛+鋅品位0.27%，低于浮選尾礦鉛+鋅品位0.3%，鉛和鋅回收率分別為94.59%和94.2%。湖南某低品位鎢鉬礦采用LPPC1-50型X射線輻射揀選機進行半工業試驗，40mm～20mm和20mm～10mm兩個粒級的塊狀礦石綜合拋廢率達到39%，鉬和WO3的綜合損失率分別為10.67%和5.78%。某金銅共生礦石采用俄羅斯葉卡捷琳堡市科技公司研制的SRF3-150型X射線輻射分選機預選，150～90mm粒級獲得銅品位1.26%、回收率96.27%與金品位為9.80g/t、回收率90.61%的預選精礦，90mm～30mm粒級獲得銅品位為1.32%、回收率為98.69%與金品位為6.77g/t、回收率為96.75%的預選精礦，全流程預選拋尾產率達35.08%。大同煤礦集團臨汾宏大豁口煤礦引進波蘭生產的CXR-1000型X射線分選機進行生產應用，分選后的精煤中含矸量可控至在5%以下，精煤發熱量比原煤增加544kcal/kg。

絕大多數礦石都可以用光電選礦技術進行預選拋尾，且光電選礦技術用于預選拋尾工藝系統簡單、投資省及運行成本低，尤其可用于缺水地區進行干式選別拋尾，并易于實現生產的連續化、自動化，具有廣闊的應用前景，但光電選礦技術存在單臺設備處理量低，且主要局限于10mm～90mm粒度范圍的礦石分選。

1.2.2 重選拋尾

重選是利用有用礦物和脈石之間的密度差異而進行分選的選礦方法，常用的重選拋尾有溜槽、跳汰機和離心選礦機，此外懸振錐面選礦機和重介質選礦等亦有應用。應用重選設備進行預選拋尾，可以拋出部分脈石，同時大量的礦泥也會隨脈石一同拋出，對拋尾后的礦石選別性能具有較好的改善作用。

溜槽選礦借助在斜槽中流動的水流進行礦石的選別分離，溜槽結構簡單、占地面積小、無傳動部件且不需動力，其用于預選拋尾具有單位面積處理量大和成本低等特點，是非常重要的重選拋尾設備之一。

多種重選技術及設備的應用，使得重選拋尾能適應粗粒和細粒礦石的處理需要，并兼顧了處理能力大、運營成本低且對環境污染小的優點，但重選工藝復雜、用水量大及分選效率普遍較低，且密度差異較小的有用礦物與脈石的預選拋尾仍存在不足，更難以對微細粒礦石進行規模化高效的預選拋尾。

1.2.3 磁選拋尾

磁選是根據礦石中礦物的磁性差異而使不同礦物實現分離的一種選礦方法，磁選設備的性能決定了磁選的入選粒度范圍、處理能力及選別效率等。

磁選用于選礦歷史悠久，但最初用于選別強磁性礦石，而用于弱磁性礦石的選礦相對較晚，受磁選技術的發展影響，利用弱磁場磁選機對強磁性礦物進行預選拋尾也更為成熟；但為了強化選別分離，磁選拋尾設備主要由單一力場磁選機向復合力場磁選機發展，以提高拋廢處理量、選擇性及粒級適應性。磁滑輪有永磁的和電磁的兩種類型，磁滑輪預選拋尾工藝簡單、投資少、效率高，是最為常見的磁選拋尾設備。

磁選拋尾技術的深入研究表明，礦石的破碎方式及選別介質對磁選拋尾效果影響甚大。與傳統破碎相比，利用層壓破碎原理的高壓輥磨，不僅能使礦石得到更高的破碎比，且高壓輥磨粉碎能沿不同礦物之間產生較多的解離裂紋，從而提高破碎產物的單體解離度，可進一步改善預選拋尾技術指標。

2 新型磁選方法和工藝

通過綜合分析現階段世界礦業和設備市場的實際發展情況和發展需求等，同時結合自身的基本特點，合理的選擇了一些采礦設備，并在磁選時加以綜合運用，以此促使目前全世界礦業發展中遇到的難題都可以得到有效解決，另外，目前所運用的選礦設備通常為全自動化設備。不管是裝備自身，還是工藝流程均得到了明顯提升。

2.1 高場強復試脈動預磁器應用

高場強復試脈動預磁器的應用，不單單可以大幅度的提高鐵選廠的生產量，同時還可以極大的提高金屬回收率，另外，該設備在實際運行中，能夠重復測試脈動高場強預磁弱磁性礦物。實現強預磁以后，原本磁性較弱的礦物，其磁場通常會明顯變強，并且該磁場的高強度磁性能夠維持一段時間，并不會立即消失。在設備運行的過程中，必須嚴格的按照選礦工藝流程進行操作，對于多數磁性較弱的礦物來說，并通常很難利用磁選機將其選取出來，其主要原因在于這些弱磁礦物，一般含豐富的鐵，所以并不會輕松的被選取，致使該礦物只能被浪費，極大的降低了選礦工作中的回收金屬的有效率，這對于企業來說，顯然是嚴重的資源浪費。但是在對弱磁性礦物完成預磁處理后，回收金屬效率將得到大幅度提高。在這一過程中應用的主要高場強復式脈動預磁器設備由強預磁線圈、預磁器線圈、控制箱和主電路等構成。該設備在分選弱磁性礦石時，受很多因素的影響，分選工作的效果除了會受礦物比磁比系數差異所影響以外，同時還會受到組成礦石剩余磁量的大小所影響。在實際進行分選工作時，若想獲得較好的分選工作效果，可以先利用電磁在礦物入選前進行攪拌處理，以此產生更大的螺旋震動力。從而促使礦漿中的礦物可以按照相應的比重進行分層，同時還能夠進一步強化磁場。但是因為礦粒本身具備一定的頑矯力和剩磁，原磁團進入磁選機后，其受到的磁力通常要比單個礦粒大，從而促使礦尾打撈機可以獲得較好的工作效果，并且還可以實現產量提高10%～20%，而且回收金屬的效率也能夠得到一定提升。該設備在工作中還會產生較好的高磁力脫泥槽分選效果，在礦物入選前需要預磁化處理磁粒，以此磁化礦漿的磁場，實現磁化后，將所有磁粒凝聚在一起，以此組成一個較大的磁粒團，其將擁有更大的頑矯力與剩磁，并且還可以保留下來

2.2 感應輥式磁選機

感應輥式磁選機是一種干式強磁選設備，其主要由三個部分構成，分別為傳動系統、分選系統和電磁系統、分選系統和傳動系統，在該設備運行的過程中，為了防止因為渦流發熱而導致傳動功率降低，輥子所選擇使用的導磁鋼片較薄，也可以選擇使用不具備磁性的圓型鋼片。感應輥式磁選機運行時首先需要完成的任務就是分選。分選任務是利用相鄰的原磁極來實現的，在磁輥表面形成的磁場，其極性與相鄰原磁極相反，同時還會在磁輥齒尖上形成指向磁輥的梯度高磁場。若想在感應輥的表面準確的落有物料，被輥吸住，以此將物料從磁場轉離，進入到料槽中，同時促使不具有磁性的物料可以在重力與離心力的共同作用下排出。預磁器在運行的過程中，會按照磁鐵的礦磁性強度進行篩選，對于磁性較弱或者是場強較低的物料，磁選槽中的溢流品將有所降低，從而確保磁鐵礦粒獲得剩磁較大。另外，礦漿進入磁選槽前，同樣需要先進行磁化處理。

在設備運行的過程中，預磁器通常都是對磁粒進行磁化處理，預磁器主要包括兩種，分別為電磁預磁器和永磁預磁器。通常情況下，在實驗室開展試驗研究活動時會運用到電磁預磁器，而進行磁選生產時會運用到永磁預磁器。脫磁器指的是在完成磁選任務或者是完成磁化處理后，將原本具有較強磁性的顆粒的磁性去除，將剩余的磁性分散到儀器上。使用脫磁器的目的是對磁鐵礦先進行研磨，在進行清洗任務前先完成脫磁，以此最大限度的防止其被事先的磁化所影響，同時降低因為過粉而影響到高磁力脫泥槽的分選工作效果。在入選前，首先要對礦粒進行磁化處理，經過一段時間的磁化磁場作用后，再使用細粒強磁性物料進一步磁化，以此獲得更大的磁粒團，這時磁團粒所具備的矯頑力與剩磁通常比較大，并且還可以保留下來。但是相對于不具備任何磁性的顆粒來說，磁粒團沉降的速度要更快一些，并且對后續進行的磁力脫泥等工作流程，也具有一定的優勢。

進行式樣分析時通常會運用到磁選管，其含有較多的強磁性成分，通常又被稱之為濕式弱磁場磁力分析儀。該儀器由磁系和玻璃管兩部分組成，其形成的電磁磁系屬于閉合回路，相對來說，極頭的極距較大。在玻璃管內有兩個口，分別為給料口和給水口，并且在玻璃管的下方還設有排料口，排料口的形狀為尖縮形狀。在儀器運行的過程中，首先，需要在玻璃管內引入清水，將水位調節到恰當的位置后，在使用止水夾進一步調節進出口，以此將水流量維持在恰當的位置，同時保持水流量始終處于平衡狀態。在完成這些處理操作后，將電源接通，以此在磁選管中給入漿料，同時在磁選管尾部的接取漿料。完成漿料接取后，具有磁性的物質會被磁力吸附到管壁上，同時在玻璃管內在旋轉升降的作用下，其所篩選出來，從而獲得不具備磁性的顆粒和細泥等，并這些物質有效排除干凈，隨后將電源切斷。接著對具有磁性的產物，做進一步的脫水、干燥和稱重等處理，完成這一系列的處理后，最后計算出漿料的產出率和回收金屬的效率。

3 工藝礦物學在礦產加工中的應用

3.1 選礦引導

在大力開發與利用礦物資源的過程中，首先工作人員必須詳細的、全面的、準確的掌握礦物的主要成分、礦物質的顆粒程度以及其中礦物質的含量，其次，工作人員還需要結合礦物理論，明確選礦的具體指標標準，以此保證選礦工作的科學性與合理性，深入的分析礦物中的物質含量和重要組成，可以為選礦工作的進行提供重要的數據信息支撐。

3.2 礦物加工

通過分析工藝礦物學理念與相關內容，了解到部分礦石的篩選工作存在一定難度的主要原因，根據相關學說的研究，將相關的參數一一列舉出來，同時在礦物加工中融入這些參數，可以為礦物篩選工作的進行，制定一個全面的、詳細的加工方案。例如，在研究轉爐渣技術時了解，結合工藝礦物學相關理論，轉爐渣的構成，一半以上為礦物元素，該礦物相對來說很容易發生磨損。若想在篩選的過程中，提高礦物的利用度，篩選礦物的工作人員，需要精細化的研磨礦物，以此將礦物晶體和脈石礦物更加方便和更好地分離開，隨后通過對工藝礦物學中有關理論知識的研究，準確的了解礦物中包括的各種有益元素和礦物自身的變化趨勢，以此為后續礦物開采工作，創造更好的研究平臺，從而提高礦物的開采率。通過調查和分析過去的數據資料等發現，很多礦物加工工作人員針對礦物的化學元素做出了深入分析，但是整個分析的過程，很容易被一些因素所影響，致使預期的結果與最終的分析結果之間出現了差異，其主要原因可能在于礦物顆粒較小、并且其中的一些金屬礦物為非常規金屬礦物。這就導致礦物中含有的非金屬類礦物變得更少，這勢必會影響礦物的整質量。為此，可以通過對礦物工藝學理論的研究，及時發現其中是否存在任何異常的不足與問題，并結合篩選礦物的具體流程，為礦物的開發提供重要的參考。

3.3 氣相色譜法

在加工礦物的過程中，檢測礦物元素經常會運用的一種方式為氣相色譜法，該方法的運用，可以用來進行礦物粉末的收集，同時分析利用礦物粉末制作而成的樣品。對于不同的礦物元素來說，其具備的物理和化學性質也有所不同，所以可以結合礦物元素自身的不同性質進行分類與準確鑒別，以此分析各種元素的具體含量?，F階段，部分技術人員利用氣相色譜法，將其內容制作形成了電信號，通過成像技術對礦物中的元素組成成分進行更加直觀的判定。工藝礦物學應用后，技術人員在采用氣相色譜法進行礦物元素分析的過程中，采用的儀器種類不斷增多，目前比較常用的是電子捕獲檢測器，其能夠對礦物中的放射性物質進行精準捕獲，還能對特定元素的含量進行清晰的辨別，從而形成氣相色譜圖表。一般情況下，在礦物特制樣品與粉末中，不同的放射性物質，其成像結果也存在明顯的差異。因此，開采礦物資源的工作人員在進行礦石數據收集時，可以根據工藝礦物學相關理論，通過電子捕獲檢測器的利用進行收集，以此充分體現礦物中各元素的具體含量和比重。對于不同批次、不同地區的礦物資源來說，其鑒別數據信息也有所不同。除此之外，通過電子捕獲檢測器的利用，還針對礦物物質的主要構成元素進行了分析，以此便于后續礦石資源的篩選。

3.4 高效液相色譜法

高效液相色譜-質譜聯用儀（HPLC-MS）由3部分組成，包括LC、接口和MS。由于LC是液相分離技術，但MS卻要求在高真空條件下工作，因此聯用的主要困難是接口。經過多年發展，大氣壓電離化技術（API）發展成為LC/MS的接口技術，這使得LC-MS發展成可供常規使用的檢測分析方法。API包含電噴霧離子化（ESI）、大氣壓化學離子化（APCI）和大氣壓光離子化（APPI）等。與此同時，液相分離技術的不斷發展，產生了高效液相色譜儀（HPLC）；計算機、電子、真空和質譜離子化技術的進步，研發出了三重四級桿質譜儀。

通過高效液相色譜法還可以分析礦物中各元素，該技術可以在原有的平臺基礎上，為一些不穩定元素混合物的檢測提供更加精確的數據，得到的礦物數據也更加詳細。在對礦物中的不穩定元素進行檢測時，高效液相色譜法有效地避免了高沸點、遇熱后不穩定等問題，制備了標準的檢測液，通過紫外線對溶解在液體內的礦物進行照射，不同物質的吸收率不同，檢測人員借助此種特點對礦物質中的元素成分與含量進行判定。調查數據顯示，高效液相色譜法的應用中，紫外線吸收檢測器是一種比較常用的檢測儀器，此種檢測器對不同紫外線的吸收率進行識別檢測，有效地避免了不穩定元素對檢測結果造成的影響，得到的檢測結果更加客觀，真實度還比較高，為后續的礦物加工工作提供了準確的參考。

4 結語

綜上所述，雖然我國礦物加工技術相較于國外發達國家還存在一定的差距，但是近幾年在國家大力倡導科技創新的背景下已經取得了不錯的成績。為了提高選礦生產企業的生產效率與生產質量，推動我國選礦生產企業從傳統生產模式向自動化控制生產模式的轉型，需要結合企業生產情況進行信息化建設，加大自動化控制系統的研發力度，提高應用水平，同時加大專業檢測儀表的研發力度。