1、重视矿石物性研究， 开发与矿物资源可选性相和谐的 精细工艺技术,孙传尧 2009年11月23日.湖南郴州 北京矿冶研究总院,一、中国是矿产资源大国和矿业大国,1.我国矿产资源总体上储量大，种类繁多 目前，我国已发现的矿产有171种，已探明储量的矿产有158种。已探明的矿产资源总量约占世界的12%，居世界第三位。我国主要矿产的储量和基础储量占世界前五名的有26种，基础储量进入前五名的有24种。其中基础储量居世界第一、二位，人均占有量超过世界平均水平的有煤、钨、锡、锑、钛、稀土、石膏、膨润土、芒硝、菱镁矿、石墨等。 表1列举了2005年中国及其他世界主要国家固体矿产资源的情况。在上述矿种中，我国的
2、稀土、钨、铅、锌、锑、钼、铁、镁在世界各国的储量中名列前茅，其中稀土、钨、锑和锡仍是世界上的名牌矿种。,2005年世界主要国家矿产资源储量,2、中国金属矿产资源人均占有量低，禀赋差,表2、中国几种重要矿产资源的人均储量、产销量,与世界矿产资源大国和矿业强国相比，中国的金属矿产资源有以下不利因素：少数矿种资源丰富，但大宗矿产资源储量不足。 钨、锡、钼、锑和稀土等用量不大的“小金属”矿产储量居世界前列，但目前对国际市场的控制力正在减弱。需求量较大的富铁矿、锰、铬、铜、铝等大宗矿产资源的储量却不足。此外，需求量同样较大的铅、锌、镍、金、银等矿产资源的人均拥有量也明显低于世界人均水平。,矿产资源分布不
3、均，新探明的资源大都在开发条件差 或边远地区 矿产资源的形成遵循地质成矿规律。从时间和空间上讲，中国大陆是不同时代，多种类型地质单元的多重拼合体，演化历史复杂，成矿条件良好，但矿产资源分布不均。 铁矿主要分布在东北和西南地区； 铜矿以长江中下游和赣东北为主，约为全国储量的31.90%，其次有西北和西南地区； 铅锌在华南和西部居多； 钨锡大都分布在江西、湖南、广西、云南和广东等省区；黑钨储量急剧减少，但白钨储量增加。 铝土矿多分布在山东、陕西、河南、山西、贵州和广西。,东部和中部的矿产资源大都开发很早，比较充分，并且已有不少矿山因资源枯竭而关闭。近几年新探明的矿山大多在海拔高，交通、电力不便或边
4、远的西南、西北地区，例如西藏的玉龙铜矿、云南的兰坪铅锌矿，新疆的阿舍勒铜锌矿，四川甘孜洲的白玉铜矿等，这给矿产资源的开发带来不便。,贫矿多、富矿少 以国民经济中应用最广的铁、铜和铝为例： 中国的铁矿资源储量尚可，但平均含铁品位仅有33%（铁矿出口大国品位在5565%），富铁矿储量不到5%，亦即95%以上的贫铁矿需经选矿富集。高磷鲕状赤铁矿难处理。 中国铜矿石的平均品位仅有0.87%，其中含铜1%以上的矿石储量只有35.9%。位居亚洲前列的特大型铜矿山江西德兴铜矿原矿含铜仅为0.41%，为全国最低，但其储量占全国可采总量的五分之一。我国铜矿物以黄铜矿为主，含铜低。 又如：我国的铝土矿资源的特点是
5、高铝高硅，以一水硬铝石高岭石型为主，该类型矿石占总储量的99%，而三水铝石型铝土矿仅有少量分布，占总储量的1%。与三水铝石相比，一水硬铝石铝硅比偏低，其中铝硅比（A/S）大于7的矿石量仅占33.05%。这种铝资源的性质决定了我国氧化铝工业的能耗、碱耗均高于国外以三水铝石为原料的氧化铝厂。,单一矿种少，矿物共、伴生关系复杂，有用矿物嵌布粒度细 在已开发利用的139个矿种中，有87种矿产来源于共生和伴生矿床。中国的单一型铜矿仅为27%，其余73%的铜矿中共生或伴生有铅、锌、黄铁矿、金、银及其它稀散元素或稀贵金属。例如： 云南会泽铅锌矿深部矿体中方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、白铅矿、菱锌矿、异极矿共生，选
6、矿分离需要综合回收硫化铅、硫化锌、氧化铅、氧化锌和黄铁矿。 湖南柿竹园多金属矿中，黑、白钨矿共生，钼、铋、黄铁矿等硫化物共生，白钨矿与萤石、方解石、石榴石等含钙矿物共生，使矿物分离困难。 中国金属矿产资源贫、细、杂的特点加大了选冶加工的难度。,中小型矿床多，难以建设大型和超大型采选企业 以铜为例，目前在中国已发现的900多个矿产中，大型铜矿床仅为2.7%，中型矿床占8.9%，小型矿床占88.4%。2000年中国329个生产矿区的铜产量仅为52万吨，而智利丘基卡玛塔一个矿山的年产量就达65万吨。其它的有色金属矿山更是小型地下矿开采居多，大型露天开采少，使采选生产的经济指标不高。 后备矿床不足，但
7、二轮找矿前景看好 按现已探明的储量和现有的开采规模，除钼以外，有色金属矿产资源大体上仅够今后20年的开采量。有资料表明，大多数国有有色金属矿山已进入中晚期，矿山关闭加快。但目前又发现不少新矿床，特别是矿区深部和周边的二轮找矿成果显著。,二、 中国正处于工业化的中期阶段，今后2030年内，对国外矿产的依存度大约是4060%,某些学者对世界上100多年来工业化过程中经济发展与矿产资源的消费规律进行了研究。结果表明，工业化阶段是一个国家或地区矿产资源快速消费时期，大致呈“S”形曲线，如图1。,图1、人均矿产金属消费与人均GDP的关系,他们的研究表明，人均矿产资源的消费量与同一个国家的经济发展水平有关
8、。 在农业社会，金属的消费量与人均GDP增长的关系并不确定； 进入前工业化阶段，矿产资源的人均消费量开始增长； 当进入工业化阶段后，随着人均GDP的增长人均矿产资源的消费量呈快速增长的趋势； 当经济发展达到一定水平后（例如，美国、英国、日本）金属消费增长会保持在一定水平； 进入后工业化阶段，呈下降趋势。 图1中左侧曲线表明缓慢工业化过程，例如英国、美国；右侧曲线表明快速工业化过程，例如日本、韩国；与前者比其工业化周期短，对资源的消费强度更大。,中国在90年代初期开始进入经济快速增长时期，对资源的需求量显著增加。与美英等完成工业化的国家相比，中国走的是一条新型工业化道路，其特点是科技含量高，资源
9、消耗少，环境污染少，经济效益高。 但是，由于工业化周期大大缩短，对矿产资源的消费强度仍然会很高。 有人预计了钢、铜、铝、锌几种金属达到“S”型曲线的峰值时间和峰值消费量（见表3）。目前，实际消耗量比预测值要高得多。,表3、中国主要金属消费需求预测,目前中国铁、铜、铝、铅、锌、铬、锰等矿产品自产量不足，需要大量进口。例如，近年间，铜产量的60%以上，铝产量的48%以上，铅产量的30%，锌产量的20%是靠进口原料生产的。2007-2008的资料表明，我国钢铁企业铁精矿的平均自给率只有50%，一半需近口。今后还有进一步扩大的趋势。几种主要的产品的对外依存度列于表4。,表4 、 几种主要金属矿产品 对
10、外依存度预测,中国大量进口金属矿产品原料，加剧了全球原料供应紧张，价格上扬，对中国的钢铁及有色金属工业的可持续发展构成严重威胁。 如何保护与综合开发利用本国的矿产资源并实施全球化的策略是面临的重要课题。 随着低品位、难选共生矿石量的增加和对选矿产品质量的高要求，对矿物加工工艺技术和装备水平的要求也越来越高。,加强对矿物资源个性化的研究，利用其天然的甚至微小的物性差异，扩大其分选的差异，达到矿物高效分离的目的。 “细节决定胜负”。矿物加工技术发展到今天，已不再是从前粗犷式的分选。事实上，很多工艺技术的突破，正是由于对目的矿物和非目的矿物进行精细研究之后，在工程上采取了也许是并非困难的技术措施而实
11、现的。,三、重视矿石物性和 工艺矿物学的研究,工艺矿物学的研究始于20世纪40年代。以1974年苏联学者A金兹堡和T亚历山大罗娃所著工艺矿物学新的矿物学分支一书的出版为标志，工艺矿物学已成为一门新兴的边缘学科，在地质、选矿、冶炼、建材、硅酸盐等行业获得广泛的应用与发展。,1.工艺矿物学的主要研究领域,大约有10个方面，其中与选矿相关性较强的有以下几方面内容：,对原矿的研究,包括：矿石类型，原矿的化学组成，矿物组成，有价元素和伴生元素的含量和赋存状态，矿石的结构构造，矿物的嵌布特性、粒度特性和共生关系，有价元素的相关关系计算。对于硫化矿石应作物相分析确定氧化率。对于铁矿石还应确定矿石的酸碱性以便
12、指导后续烧结、球团的配料。对于铜矿石还应查明自由氧化铜、次生硫化铜和原生硫化铜的矿物含量，对于氧化铜矿石还应查明结合氧化铜的含量。,选矿产品检查,选矿产品包括流程中的开口产品（精矿、尾矿、中矿）和流程中中间作业产品的检查。包括磨矿和选矿产品中矿物解离度的测定，粒度分布特性，连生特性（富连生体、贫连生体、包体连生、平行连生、环状连生等）。,矿物分选的晶体化学原理,这是近年间引起注意的一个研究领域。 矿物晶体化学对矿物物性及可选性（矿物加工性能）的影响： 表面特性可浮性浮选 解理、硬度、脆性、形状选择性磨矿，分级，重选,结构、表面特性矿物改性，矿物材料 结晶粒度：结晶粒度粗的磁性矿物，磁畴结构破坏
13、后细颗粒剩磁高，易产生磁团聚磁选，絮凝 晶系的影响：单斜磁黄铁矿比六方磁黄铁矿磁性强、可浮性也好磁选，浮选 类质同象磁选，浮选，冶炼,2.工艺矿物学研究的作用,通过对原矿工艺矿物学的研究可以确定： 矿石分选的难易程度。 磨矿流程结构，磨矿段数及最终磨矿细度，包括连续磨矿或阶段磨矿阶段选别。 分选的原则流程，尤其要确定复杂 流程中打头的选别方法（重、磁、浮）和首先分离的矿物，确定矿物分选的顺序。,预选抛尾的可能性及抛尾粒级。 按矿物计算出选矿可能达到的理论回收率和品位。例如，某铌、锆矿石，业主要求精矿中五氧化二铌的品位达50%以上，后经工艺矿物学研究发现，理论上最高品位只达45%左右。,通过对选
14、矿产品的工艺矿物学研究可确定： 主要矿物或元素在选矿流程中的走向和各作业的富集程度及分布规律。目前是按元素分析为主，将来可能以矿物含量计算流程（例如澳大利亚的分析仪器QumScan、MLA）。,影响精矿质量的原因（单体，连生体）。例如，光性矿物学在可可托海选矿厂的应用。 卢氏官坡六零六矿锂精矿品位小于5%，后查明纯锂辉石含Li20只有5.68%，达不到7%,锂精矿品位大于6%是不可能的。 新疆阿舍勒铜精矿含砷的原因砷黝铜矿。 尾矿中有价元素流失的原因（单体、连生体、粗粒级、细粒级）。 各种精矿中元素互含及含杂情况。,3、工艺矿物学和选矿工艺技术的相互促进和发展,工艺矿物学的研究要先于选矿工艺研
15、究,对于复杂难选的矿石尤其如此，不是可有可无。 工艺矿物学研究不是选矿研究的装饰。 选矿研究人员要懂些工艺矿物学的知识。 工艺矿物学研究的人要懂些选矿工艺技术。,四、开发与矿物资源可选性相和谐的精细工艺技术,强调人与自然的和谐人与矿物资源的和谐人们开发的矿物加工工艺流程、技术装备与矿物可选性之间的和谐。,1.和谐的精细工艺技术的特点：,合理的磨矿分级流程 磨矿装备，分级设备，连续磨矿，阶段磨矿（阶段选别），粗精再磨，中矿再磨，磨矿分级回路中的选别作业：重选，磁选，闪速浮选，粗粒浮选等，应与矿物可选性相适应。,尊重矿物的物性，不与矿物斗气，不搞重压重拉，学会与矿物和平共处，制定的工艺流程在稳定的
16、工艺过程中能平和高效地将矿物分离。 根据矿物的可选性和精矿产品的价值，在不能兼顾的情况下，分清主次，按分选顺序确定原则流程。 例如，CuPbZn，PbZnS，CuS,根据矿物可选性的差异，例如，对于浮选是矿物可浮性和浮游速度的差异，将矿物颗粒（矿浆）分流分速处理，可衍生出若干个流程结构。,以浮选为例：在传统的优先浮选和混合浮选的基础上，可演变为： 等可浮流程。 异步浮选（有人称分步浮选），可用于优先流程及混选流程。 部分快速优先浮选。 分支串流。,早收（粗收）、早丢（粗丢）。中矿，特别是富连生体的处理得当（例如，德兴铜矿浮选，铝土矿选矿）。 在复杂的浮选流程中，适当形成开路环境，必要时产出开口
17、产品抛尾，减少循环干扰。又如，中矿不顺次返回，再磨或不再磨的单独处理。,流程的繁简必须适应于矿石的高效分选，不可主观臆断。 对于易选的矿石，流程不应复杂。 对于难选的复杂矿石，流程不能简单。 短流程的提法应慎重。 重视综合回收和清洁工艺。 联合流程的应用。,这一方面的新技术、新成果非常多。例如，在铁矿石选矿领域有： 连续磨矿，弱磁强磁阴离子反浮选流程 连续磨矿，粗细分选、中矿再磨、重选磁选阴离子反浮选 阶段磨矿，粗细分选、强磁重选阴离子反浮选 阶段磨矿，弱磁细筛弱磁阴离子反浮选,磁选精矿阳离子反浮选泡沫浓缩磁选再磨多次扫选 对弱磁性铁矿石可采用焙烧磁选等。在有色金属选矿领域采用的联合流程同样很
18、多，例如： 重浮弱磁重选强磁电选回收锂铍钽铌,弱磁浮选加温脱药精选重选磁选细泥浮选回收磁铁矿，钼、铋硫化物，黄铁矿，黑、白钨精矿。 总之，在金属矿选矿中联合流程的工艺组合种类繁多，大约有2030种，甚至更多。 对于浮选，优先流程、部分优先流程、混合流程各有特点，不能一概而论。某些经典的方法仍在应用。例如：雅修科维奇法、彼德洛夫法、高涅夫法、莫斯托维奇法等。,2.典型工艺流程和技术的分析,1、钨、铋、钼复杂多金属矿选矿新技术柿竹园法核心技术：主干全浮流程，等可浮分离钼铋硫化矿物，鳌合捕收剂混合浮选黑、白钨矿，钨粗精矿加温精选，合理回收钨细泥，综合回收萤石。现在有改进工艺。,柿竹园法选矿工艺流程图
19、,2、云南会泽富锗硫化氧化铅锌混合矿的选矿新工艺,核心技术：根据方铅矿、黄铁矿、闪锌矿、白铅矿、菱锌矿和异极矿的可浮性和浮游速度的差异，按照分流分速的原则，先硫后氧，先铅后锌，等可浮异步选铅，锌硫混选，锌硫分离，氧化铅电位调控硫化浮选，氧化锌不脱泥浮选，综合回收方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、白铅矿、菱锌矿和异极矿。,云南会泽富锗硫化氧化铅锌混合矿选矿工艺流程图,3、某铜矿选矿厂铜硫分离工艺,核心技术：根据黄铜矿自身以及和黄铁矿可浮性及浮游速度的差异，优先快速选出部分铜矿物，改善铜硫分离的效果 。,部分快速优先浮选原则流程,原矿,4、新疆阿舍勒铜锌选矿新技术,核心技术：根据黄铜矿、砷黝铜矿、闪锌矿和黄
20、铁矿可浮性及浮游速度 的差异，阶段磨矿阶段选别，部分优先选铜，铜锌混选，铜锌分离。,阿舍勒选矿工艺流程图,5、凡口铅锌矿选厂的选矿工艺,FKNSP概念流程图,FKNSP概念流程图,FKNSP新技术的主要原理为：根据凡口铅锌矿各种矿物嵌布粒度粗细不均匀的特点，顺应各矿物及其连生体的可浮性差异及其特性，高效快速产出大部分高品位铅精矿和锌精矿，合并铅、锌回路的难选慢浮中矿强化再磨集中处理产出铅锌混合精矿，实现复杂铅锌铁硫化矿的短流程高效处理，提高金属回收率。,主要技术特点,1）原矿适当细磨，用少量浮选机将大部分粗粒、易浮的铅锌金属矿物快速分选出来，得到高质量的铅精矿和锌精矿，避免了完全单一精矿产品的
21、长流程大循环量问题，并减少已解离铅锌矿物单体的过粉碎所造成的损失； 2）将选出高质量铅、锌精矿后的“难选慢浮”中矿合并处理，经强化再磨后生产铅锌混合精矿，简化了工艺流程，大大减少了这部分中矿在单一精矿回路中的循环量； 3）采用生产高品位铅精矿、锌精矿和混合精矿的方式降低尾矿中金属的损失，同时也减少了单一精矿中的铅锌互含，提高了铅锌的计价回收率； 4）充分利用浮选药剂的组合效应强化铅、锌矿物的选别效率； 5）利用先进的X射线荧光分析系统对全流程进行严格控制，提高分选控制能力； 6）与传统工艺流程相比，在浮选机总容积减少25.4%、总安装功率降低20.22%的基础上，产能增加15%。,6.1 原矿
22、加压加温氨浸的主要成果与问题, 成果：曾取得大量的数据和阶段成果,存 在 主 要 问 题,高温高压操作，设备磨蚀严重、能耗与试剂消耗大,蒸氨工序中析出的氧化铜结疤，堵塞设备，不能正常运行,固液分离及洗涤系统庞大复杂，效率低下，致使有价成分 跑、冒、挥发较大，金属实际回收率不高,对于低品位氧化铜矿，全氨浸流程在经济上难以承受,6.原矿“常温常压氨浸-萃取-电积-浸渣浮选”新技术,6.2 原矿“常温常压氨浸萃取电积渣浮选(硫化矿浮选)”, 创新性思想的产生,对过去50年科研工作的反思冶金和选矿都做了不该做的事情，用自己技术的弱项去攻最坚难问题。, 创新性技术路线的形成,扬长避短，优势互补，优化组合
23、，科学集成。,常温常压氨浸,萃取,电积,浸渣浮选, 技 术 路 线 框 图 ,原矿“常温常压氨浸萃取电积渣浮选”新技术工艺流程图, 本项目的技术路线具有比较大的“柔性”，对矿石性质变化的适应性强。 当矿石性质难处理时，采用“常温常压氨浸浸渣浮选”流程，产品为电积铜和铜精矿； 当矿石可浸性好时，浸渣品位已经很低，可以直接排放，因而流程变成“全氨浸萃取电积”流程，全部产品为电积铜； 当矿石性质相对易选时，则矿石直接进入浮选，成为“全浮选”流程，全部产品为铜精矿。 生产稳定性好，可靠性高，节能减排效果突出。总之，无论对于何种性质的矿石，都能使资源得到高效充分的利用，获取最佳的技术经济指标。,工艺流程
24、特色,冶选联合流程 300t/d工业试验结果,原矿1500t/d示范厂远眺图,7、车河选厂锡石硫化矿的选矿工艺,核心技术：前重、浮选、后重、早收早丢，多点获锡精矿。硫化矿多点混选，集中分离。矿泥归队集中浮选，综合回收脆硫锑铅矿、闪锌矿、黄铁矿和锡石。,广西大厂车河选矿厂工艺流程图,8、铁矿选矿厂选矿工艺流程 粗细分选中矿再磨重磁浮联合流程,核心技术：原矿预选抛废，阶段磨矿阶段选别，用细筛和全磁选流程获得高纯铁精矿。,磁铁矿选矿典型流程,H2600,20%,9、旋流-静态微泡柱浮选设备,核心技术：逆流矿化、管流矿化和旋流矿化三位一体，强化分选。,旋流-静态微泡柱分选原理图,五、 对矿物加工研究方
25、向的几点建议,这一领域涉及的内容相当广泛，而且相当复杂。包括基础理论、应用基础、工艺矿物、工艺技术、选矿设备、过程控制及仪表、供水送风、脱水除尘、尾矿设施、生态环境等。 这里仅就矿物分选（不涉及矿物材料），特别是有关浮选研究的几个问题提几点粗浅的看法。,1. 重视和加强矿物浮选的晶体化学原理的研究,近几年，国内外研究者关于硅酸盐和氧化物，包括铝硅矿物浮选的晶体化学原理和浮选分离技术的研究，开展了许多工作，取得了不少成果。今后应注重以下几个问题： 硅酸盐矿物在复杂工业条件下，例如磨矿环境、工业用水、回水、复杂矿浆体系中，矿物对多价金属阳离子、无机阴离子和有机调整剂的选择性吸附、解吸，以及由此产生
26、的活化、去活，抑制、解抑作用，这是工业生产中制定合理工艺流程的基础。,硫化矿浮选的晶体化学原理。例如，矿物晶体化学特性半导体能带特性矿物的可浮性（电化学调控浮选）之间的联系。 各种盐类矿物浮选的晶体化学原理的研究。例如：碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐类矿物。 矿物晶体缺陷、畸变、表面能和微观裂隙对浮选的影响。 研究方法和研究手段的创新十分重要。,成因矿物学、矿床成因和地球化学因素对浮选的影响,以往，国内外开展这一领域的研究很少，工业生产和应用基础研究表明，以上三个因素对浮选产生不同程度的影响。例如，会泽铅锌矿的方铅矿-闪锌矿-黄铁矿的浮选；不同矿区锂辉石的浮选。硫化矿含杂和类质同像（闪锌矿-铁闪锌矿）
27、对浮选的影响。,3. 电化学调控浮选的研究,以往，国内外学者，特别是中国学者在该领域有许多出色的研究，今后的研究应注意以下几项内容： 浮选电化学参数的准确测量； 合适的数据处理方法，确定关键的电化学参数； 建立数学模型； 控制决策； 执行机构，形成闭环控制。 除矿浆电位Eh以外的其他电化学参数的研究和测量。 电化学参数-浮选指标；浮选操作因素-电化学参数之间响应度的研究。 在以上研究的基础上实施优化控制。,4.选矿厂自动控制,分为：参数检测、基础自动化（含局部回路控制）、全流程优化控制以及管控一体化。目前国内多为稳定性控制，实现优化控制的选矿厂几乎没有。今后应加强以下几项研究： 过程参数的测量
28、、采集。不仅仅限于电化学参数； 控制系统的建立，包括数据处理、关键参数的确定、建模、控制策略； 执行机构的建立。 选矿厂生产过程的特点是：多变量、非线性、大滞后、强耦合。这些特点共存，导致过程控制很难。目前国内选矿厂多数仅停滞在参数检测和监控阶段，与国外差距较大。,5.环境保护,清洁工艺，从源头上控制污染； 研究低毒、无毒，易降解的选矿药剂； 优化回水； 节能、减排，零排放工艺。,6.大型高效选矿设备,例如：高压辊磨机、高效园锥破碎机、自磨（半自磨）机、卧式超细磨等与国外差距较大的设备。,六、结束语,1、中国是矿产资源大国和矿业大国，主要矿产资源储量和储量基础居世界前列。 2、中国矿产资源人均
29、占有量低，禀赋差，增加了矿物加工和资源综合利用的难度。另一方面，也为高水平地促进矿物加工技术进步提供了机遇。 3、除了加强地质勘探和利用海外资源外，节约资源，保护环境，合理开发利用矿产资源是可持续发展的重要因素。 4、重视矿石物性研究，开发与矿物资源可选性相和谐的精细工艺技术是今后矿业界的重要课题。 5、今后的研究工作应注重以下几个方面： 矿物分选的晶体化学原理；成因矿物学、矿床成因及地球化学因素对矿物浮选的影响；电化学调控浮选的进一步完善并加强工程转化；加强选矿厂自动化及检测仪表的开发研究；选矿过程的生态保护、新药剂的开发；节能减排；高效大型选矿设备的研究。 6、连续八年全球性的矿业热之后，目前矿业处于低谷期，但前景乐观。为我国成为矿业大国和矿业强国而努力。,谢谢！,
