工艺矿物学在矿产资源综合利用水平监测中的重要作用

王 越，王 婧，周满赓

（中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川 成都 610041）

工艺矿物学在矿产资源综合利用水平监测中的重要作用

王 越，王 婧，周满赓

（中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川 成都 610041）

本文从我国矿产资源开发利用现状出发，简单介绍了工艺矿物学的研究内容及其在矿产综合利用中的重要作用，并以攀钢选钛厂“流程考察”试验为例，提出通过进一步加强矿山企业“三率”监测，运用“流程考察”工艺矿物学研究方法，可为企业选矿流程的改进和产品质量的提高提供切实可行的流程改造方案，进而促进矿山企业对矿产资源的高效、节约利用。

矿产综合利用；工艺矿物学；三率；流程考察

1 我国矿产资源开发现状与综合利用水平

1.1 我国矿产资源开发现状

我国矿产资源丰富，潜力巨大，截至2011年底，全国已发现171种矿产，有查明资源储量的矿产159种，其中能源矿产10种，金属矿产54种，非金属矿产92种，水气矿产3种，其中二十多种矿产探明储量居世界前列。我国地域辽阔，具有多种矿产的成矿条件，矿产资源总量丰富，矿种较为齐全，配套程度较高，但是由于我国地处环太平洋、古亚洲和特提斯三大成矿域交汇处，地质条件异常复杂，地质演化历史漫长，构造和岩浆活动频繁，矿产资源开发利用难度较高。同时，我国矿产资源的人均占有量很低，大部分金属矿产人均资源储量不足世界人均的20%。

我国已探明的矿产资源的特征是贫矿多、富矿少；难采、难选、难冶矿多，易采、易选、易冶矿少；共生、伴生矿床多，单一矿床少；中小型矿床多，大型、特大型矿床少。有资料显示，我国已探明的矿产储量中，共伴生矿床储量占80%左右，全国25%的铁矿、40%的金矿、80%的有色金属矿和大多数煤矿，都有其他矿产与之共生或伴生。我国铅锌矿床大多共伴生有铜、铁、金等元素，尤其是银，许多矿床成了铅锌银矿，其储量占全国银储量的60%以上；全国900多个铜矿床中，单一矿床仅占27.1%；金矿储量中，伴生金储量占了27.9%；钛资源中，94.25%为复合型钒钛磁铁矿矿床，而来源于钛铁砂矿、金红石砂矿和岩矿的仅占5.72%。如我国菱铁矿资源也较为丰富，储量居世界前列，但因理论品位低，且常与钙、镁、锰呈类质同象共生，采用物理选矿方法，铁精矿品位很难达到45%以上。这就决定了矿产综合利用在资源的可持续发展中的重要地位［1］。

1.2 我国矿产资源的综合利用水平

矿产资源禀赋特征差和开发利用难的现状，决定了我国矿产资源综合利用工作的巨大潜力和重要意义。尤其是在立足国内、提高我国矿产资源保障能力与矿产资源刚性约束不断增加的“两难”下，加强矿产资源的综合利用，使资源利用达到“无矿变有矿、小矿变大矿、一矿变多矿、贫矿变富矿”，对国内资源保障能力的加强，资源利用方式的转变，找矿突破战略行动的实施以及资源节约型和谐社会的建设，都具有现实而深远的意义。

经过多年着力探索，我国矿产资源节约与综合利用取得明显进展，综合利用水平不断提高。具体表现在：①一批大型重点矿床的综合利用问题得到基本解决或有了重大进步；②我国高效采矿技术装备水平不断提高，产业化进程不断加快；③一些矿产的综合利用技术达到或接近世界先进水平；④选矿技术装备开始走向大型化、高效化、复合化；⑤我国非金属矿产的提纯、超细、改性技术逐步提高；⑥能源矿产开发不断进步；⑦化工类及盐湖矿产综合开发利用技术得到应用；⑧二次资源回收利用快速发展［2］。

进入21世纪以来，在国家的高度重视和国土资源部的强力推动下，在有关科研院所和矿山企业的共同努力下，我国矿产资源综合利用水平不断提高。尤其在最近几年，多位国家领导，部、局领导多次强调矿产综合利用的重要性。

2011年9月2日，温家宝总理在国土资源部考察工作时，把矿产资源综合利用工作提高到了前所未有的地位。他强调，要大力推动矿产资源节约与综合利用，加强低品位、难选冶、共伴生矿产资源的综合开发利用，发展和推广节约与综合利用的高新技术，开展矿产资源综合利用试点，完善矿产资源综合利用的激励引导机制。

2011年11月6日，李克强致信2011中国国际矿业大会开幕，并指出矿产资源的勘探开发和利用，是经济社会发展的重要保障，中国现代化建设事业需要可持续的矿业支撑。我们将坚持立足国内，依靠技术进步和体制机制创新，加大地质找矿和资源综合利用工作力度，提高矿产品保障能力和利用效率，促进经济长期平稳较快发展。

2011年11月15日，国土资源部发布了矿产资源节约与综合利用“十二五”规划。《规划》指出，未来五年我国矿产资源节约与综合利用工作，将围绕全面调查资源节约与综合利用现状及潜力、开展先进适用关键技术研发和推广、建设综合利用示范基地和示范工程，以及构建资源节约与综合利用长效机制四大任务展开［3］。

种种迹象表明，多年来一直被边缘化甚至在一些地方已被遗忘的矿产资源综合利用工作，又重新焕发了春天，并与地质找矿一起成为今后10年间找矿突破战略行动的重中之重。

2 工艺矿物学在矿产综合利用研究中的重要作用

2.1 工艺矿物学研究概况

矿产综合利用至关重要，直接影响到我国矿产资源的可持续发展。若想全面深入的对矿产资源进行综合利用研究，就必须在此之前，充分了解该资源的储量、埋藏条件和矿石的基本性质等，而后才能初步确定在当前经济、技术条件下，如何开展开发和利用。在此过程中，经常会涉及到“矿物种类及其嵌布特征”、“目的矿物在不同工艺条件下的分布规律”、“有益有害元素的走向及赋存状态”和“影响工艺指标的矿物学因素”等问题。要想解决这些问题，我们就必须对“工业固体原料与其产物的矿物学特征和加工时组成矿物的性状”进行深入研究，这即是工艺矿物学［4］。

工艺矿物学的出现可以追溯到工业发展之初，其在国内真正成为一门学科，则是在20世纪70年代。以中国地质科学院成都矿产综合利用研究所、北京矿冶研究总院、广州有色院等科研院所为代表，对工艺矿物学进行了深入的研究工作。经过40多年的发展，工艺矿物学与选冶工程学密切配合，经上千个国内外矿山矿区的大量科学实验，取得了丰硕的研究成果，影响深远［5］。

2.2 工艺矿物学在矿产综合利用研究中的重要作用

工艺矿物学在矿产资源开发利用的整个环节中都具有重要的指示意义，中国地质科学院成都矿产综合利用研究所周满赓研究员通过多年的潜心钻研和实践，系统的总结出了一套研究工艺矿物学的方法和技能，并对工艺矿物学在矿产资源开发利用各个环节中的重要作用进行了详细的阐述。

1）工艺矿物学在矿山地质工作中的作用。工艺矿物学能为矿山地质提供开采矿石的工艺分类，各类矿石的空间分布规律和利用方向，为采矿、配矿提供精确的基础资料。

2）工艺矿物学对选矿工艺的作用。工艺矿物学研究内容中的矿物组成、粒度特性、结构构造、主、次成份的分布规律及工艺中元素走向和富集分散规律，对解释选矿工艺中各类产品的精矿品位、回收率、及工艺流程的合理性能起重要作用。

3）工艺矿物学在选冶生产中的作用。工艺矿物学可为选治工程师提供选矿车间原料、中间产品、尾矿的矿物组成、含量、主回收矿物和需剔除成份的工艺粒度、单体解离度等定量数椐，计算出选矿作业金属量的合理损失，阐述不合理损失的原因，以便选矿工程师采取必要的措施。

4）工艺矿物学在冶炼工艺中的作用。在冶炼的火法、湿法冶金工艺中，及时追踪元素的走向和分布规律，查明自然矿物破坏后在不同温度、压力、浓度、氧化还原电位、酸碱度等条件下结合的人造矿物的种类、含量、理化特性，运用热力学原理和矿物相变机理，较精确地提供工艺要求的各项参数，以使冶炼工艺趋于最大的合理性，并为选冶联合工艺中新方法、新技术的攻关提供实测和参考性基础资料。

5）工艺矿物学在材料制造中的作用。金属和非金属材料，其成份的表面和内在组织的形态与其作用的关系非常密切，工艺矿物学的金相学可提供材料正常和腐蚀后在微观下其表面和内部的形态、组织，测试材料的硬度、韧性等物理参数，以确定材料的质量和改进的方向。

3 矿山企业的“三率”与 “流程考察”工艺矿物学

近年来，通过对矿山企业“三率”的监测，运用“流程考察”的方法，工艺矿物学在矿山企业中的作用进一步发挥，为矿山企业选矿和冶金工艺流程的改进、产品质量和经济效益的提高提供了强有力的技术支撑。

3.1 矿山企业的“三率”

“三率”是地矿部门依法管矿的手段，也是矿山企业依法办矿、提高生产管理和技术水平的体现，是实现矿产资源可持续发展的重要衡量指标，是贯彻落实国家征收矿产资源补偿费的一项重要基础技术工作。所谓的“三率”包括“开采回采率”、“采矿贫化率”和“选矿回收率”。其中，“开采回采率”是指矿山企业计算开采范围内实际采出矿石量与该范围内地质储量的百分比；“采矿贫化率”是计算开采范围内原矿地质品位与采出矿石品位之差与原矿地质品位之间的比值；“选矿回收率”是指选矿产品（一般指精矿）中所含被回收有用成分的重量占入选矿石中该有用成分重量的百分数。

但是随着这些年国内外矿产资源形势的改变和国家战略找矿行动的提出，“三率”的内容也有了相应的改动。新“三率”包括“采矿回采率”、“选矿回收率”和“综合利用率”。其中 “综合利用率”首次被提出，是指“共伴生矿产综合利用率”，其计算公式如下：

综合利用率＝（综合回收率1＋综合回收率2＋… …＋综合回收率n）÷n

其中：n为经评审已获批准的共伴生矿种数；综合回收率＝采矿回采率×采矿回收率［6］。

新“三率”的提出是为了促进和监督企业对矿产资源进行更加全面的综合利用和高效节约，是在现时经济、技术条件下矿山企业效益最大化的衡量指标。其中开采回采率是衡量矿山企业开采技术和开采管理水平优劣、资源利用程度高低的主要技术经济指标；选矿回收率是评价矿山企业选矿技术、管理水平和入选矿石中有用成分回收程度的主要技术经济指标，也是反映资源利用水平的指标；综合利用率是评价矿产资源开发企业对主矿种以外的共伴生矿产回收利用水平的主要技术经济指标。

虽然当初国家制定“三率”指标的初衷是衡量、监督矿山企业对矿产资源的开发利用水平，是贯彻落实国家征收矿产资源补偿费的一项重要基础技术工作。但是，对于矿山企业来说，重视“三率”，加强矿产综合利用水平，是实现经济效益最大化的重要途径。而 “流程考察”工艺矿物学在其中大有可为。

3.2 “流程考察”工艺矿物学

矿山企业在选矿环节中，常常遇到这样的困境：精矿品位不达标或偏低，金属回收率不够理想。虽然也进行过矿石随机样品的化学分析，但车间一线的工程师，却并不能准确找出其原因。“流程考察”工艺矿物学为工程师提供了选矿流程中车间原料、中间产品、精矿、尾矿的矿物组成、含量、主回收矿物和需剔除成份的工艺粒度、单体解离度等定量数椐，计算出选矿流程中金属量的损失、分析有益有害元素在流程中的走向及丢失途径，阐述选冶流程的缺陷，分析各工序生产现状和存在的问题，进而对选矿流程和方法进行有针对性的改进，从而大幅提高产品质量和企业经济效益。

而在火法、湿法冶金环节中，及时追踪元素的走向和分布规律，查明自然矿物被破坏后在不同温度、压力、浓度、氧化还原电位、酸碱度等条件下形成的人造矿物的种类、含量、理化特性，运用热力学原理和矿物相变机理，较精确地提供工艺要求的各项参数，以使冶炼流程趋于最大的合理性，并为选冶联合工艺中新方法、新技术的攻关提供实测基础资料。

因此，监测矿山企业“三率”，把握“流程考察”，运用工艺矿物学的理论和研究方法对矿山企业的选冶流程和产品质量进行全面检查，及时发现流程中存在的问题，改进选冶方案，更加高效的节约和利用资源，进而为企业提高经济效益［7］。

4 攀钢集团矿业公司选钛厂“流程考查”实例

2011年，中国地质科学院矿产综合利用研究所对攀钢集团矿业公司选钛厂的“流程考查”工艺矿物学研究工作圆满完成。历时十个月，成都综合所科研人员通过攀钢选钛厂4个子流程的考察和50多件样品的分析，查清了原料性质、工艺流程中有用金属流失的主要方向和流程结构存在的问题，达到了预期效果，考察结果将对下步选矿工艺技术改造提供了重要的依据。

攀枝花钒钛磁铁矿资源利用一向为各方面关注。为了综合利用矿石中的钛，2008年，成都综合所为选钛厂进行第一次“流程考察”。由于矿石性质复杂，虽然当时选钛厂运用了重、磁、电、浮等各种手段，但选钛回收率只有17.88%。（以磁尾为选钛原料）考察结束后，综合所研究人员建议企业以强磁浮选流程工艺进行技术改造，预测改造后的钛回收率可提至低端38.86%（对磁尾），高端至51.81（对磁尾）。而后选钛厂经过技术改造，2011率钛回收率达到35%。

攀枝花新钛厂自投产以来，通过不断调试，选矿工艺指标稳步上升。为进一步提高选矿回收率等技术指标，2010年攀矿集团委托综合所对新选钛厂流程再次进行了全面的考察。

此“流程考察”工艺矿物学研究共分五个阶段进行，一是布置取样，共取得次铁、硫钴、粗粒选钛、细粒选钛四个生产线共51件样品；二是研究矿石物质的组成；三是研究流程样的性质；四是对测定数据进行处理、计算；五是编写研究报告。

报告提出，在选钛流程中，原料中钛的理论回收率为77.82%，实际回收率33.15%。58.49%钛的金属量损失率－0.038mm粒级，这是目前机械选矿无法很好选别的部分，＋0.038mm这部分欠合理损失回收率达10.73%，如采取措施回收，选钛厂钛的回收率可望增至40%以上，选钛厂增产的潜力是客观存在的。

浮硫流程中，硫精矿产率0.29%，经计算，硫的回收率为12.94%，钴的回收率为3.54%，镍的回收率为6.26%。根椐硫钴精矿中硫化物矿物量计算，钴、镍的理论精矿品位分别为0.51%、0.23%。攀枝花硫钴精矿仅是原料浮钛脱硫部份精选得到的产品，大部份硫钴镍已损失在次铁、浮钛过程的产品和强磁尾矿中。攀枝花钒钛磁铁矿中的钴、镍矿物嵌布粒度微细，主要由铁钛氧化物相、硫化物相和硅酸盐相组成，磁尾中钴镍以硫化物相为主，硫钴精矿的回收率低，增产潜力较大。

次铁流程中，原料中钛磁铁矿中铁的分布率占37.82%，次铁精矿中铁的回收率只有5.25%，相对原矿中铁的理论回收率只回收了13.88%，次铁精矿回收不理想。究其原因是实际生产中仅回收了粗粒选钛过程中的次铁产品，微细粒选钛过程中出现的次铁产品未被回收利用。另外，次铁精矿中有硫化物2.55%，原因是硫化物大部份由磁性强的磁黄铁矿组成，在磁选中进入铁精矿，次铁精矿产率只有1.5%，能否用浮选工艺再选一次硫化物。

根据流程评测，综合所科研团队提出建议：①根椐本次流程考查，钛的回收率有10%以上的提升空间，如能在欠合理损失部分加强设备能力和管理，较大幅度提高生产能力应该是可能的；② 加强对－38μm细粒级钛铁矿回收技术的研究；③ 次铁和硫钴回收率很低，提升空间较大，加强两者的综合回收，是短时期内提高企业效益的方向。

上述结论和建议，在项目验收会上引起了与会专家和企业主管的高度关注，会后甲乙双方即商讨了下步提高钛、次铁、钴精矿回收率的选矿验证和工艺矿物学研究工作，为该企业经济效益的提高打下了坚实的基础［8］。

5 进一步促进矿产综合利用的建议

近些年，尽管在一系列政策、法规的促进和监督下，我国矿产综合利用取得了长足的进步和较快的发展，工艺矿物学在综合利用中的作用也已被国内外广大矿山企业所重视，为企业的发展和经济效益的提高发挥了积极的作用。但是，伴随着矿产资源开发形式的紧迫和开采、利用难度的提高，如何进一步提高矿产综合利用水平，促进矿产资源高效、节约利用，实现可持续发展，已成为我国矿山企业亟待解决的重点和难点问题。根据相关调查和研究，提出下面几点建议。

1）进一步深化矿山企业“三率”监测机制，切实提高企业对矿产资源的高效、节约利用。对企业在生产过程中执行《矿产资源法》的情况进行严格的年度考核时，特别要加强对矿产资源开发利用的“三率”和“三废”治理情况的监督管理，引导和强制企业在采矿、选矿、冶炼等重要环节上切实推进矿产资源综合利用，发展循环经济；要落实好“三率”考核，必须要求矿山企业建立地测机构，配齐地测人员，做好“三率”动态登记台账，同时加强对矿山企业资料图件台账的审查及实地抽检，并进行综合评价；要加强对尾矿及矿渣的监测，促进企业提高选冶技术，加强对共、伴生矿的选冶；同时，针对不同的矿种要制定不同的“三率”指标或开采方案，并随开采状况变化而变化。只有做好做足矿山“三率”考核的基础性工作，才能使“三率”考核落到实处，真正成为资源开发利用的监控手段。

2）更加广泛的与国内大型矿山企业合作，开展“流程考察”工艺矿物学研究。以攀钢选钛厂为例，更广泛深入的与国内大型矿山企业合作，开展“流程考察”工艺矿物学工作，对选冶流程、工艺方法以及产品质量进行全面评价，并根据研究成果积极改进生产工艺，切实提高企业经济效益。在此基础上，总结一套针对不同矿种、不同矿石类型的“流程考察”工艺矿物学工作机制，实现矿产资源高效、节约利用。

3）成立一个全国范围的工艺矿物学学术组织，促进该学科的长足发展。在中国地质科学院矿产综合利用研究所、北京矿业研究总院、广州有色院等相关科研院所研究人员的基础上，成立由国家牵头的工艺矿物学学术组织，并邀请国内外专家定期举行相关学术会议进行交流、学习，促进工艺矿物学更好更快的发展。

4）在新发现的矿床勘探阶段开展工艺矿物学工作，全面评价矿产资源的储量和资源量。以往工艺矿物学工作的开展，都是在选冶工作之前，这只能被动的对矿石资源进行可选性研究，为后期的选冶方案提供依据，但是如果能在新发现的矿床勘探阶段就开展工艺矿物学研究，对矿石的性质、矿物组成、元素的分布规律、赋存状态等进行全面分析，即可对该矿床做可利用性评价，进而核实其储量及资源量，为后续的开发和利用做参考。

5）加强宣传教育，普及工艺矿物学相关知识，切实增强全民资源忧患和保护意识。通过各种宣传媒介，大力宣传工艺矿物学在矿产资源综合利用中的重要作用，大力宣传国土资源法律法规，提高大众对矿产资源综合利用的关注度，加强舆论和社会监督，切实增强全民资源忧患和保护意识，提高公众执行相关资源国策的觉悟。

6 结语

随着我国经济的发展，对矿产资源的需求逐渐增大。但是，我国贫矿多，开发利用难度大，加强现有矿藏的综合利用是突破这一瓶颈的方向。工艺矿物学对矿石及矿石加工的中间产物进行的矿物学特征和性状的研究，可为矿物加工工作提供定量的基础资料，找出提高产品质量的因素。运用“流程考察”工艺矿物学的研究方法监测矿山企业“三率”，对从地质勘探到磨矿、选矿、冶金这一整体的过程进行系统监测和评价。可根据相应成果积极改造工艺流程与方法.这样可以保证资源的高效、节约利用。从综合利用的角度开展国家“战略找矿行动”，真正实现“无矿变有矿、贫矿变富矿、一矿变多矿”的目标。

［1］ 薛亚洲，王海军，陈甲斌，等.我国矿产资源综合利用状况分析［C］.循环经济与矿产综合利用技术发展研讨会，2009.

［2］ 张克仁.矿产资源综合利用现状与展望［R］.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，2010.

［3］ 国土资源部.矿产资源“十二五”规划［R］.2011.

［4］ 周乐光.工艺矿物学［M］.北京：冶金工业出版社，2009.

［5］ 吴本羡，孟长春，等.攀枝花钒钛磁铁矿工艺矿物学［M］.成都：四川科学技术出版社，1998.

［6］ 矿产资源利用现状调查全国项目办公室.综合利用率计算方法补充说明［R］.2011.

［7］ 周满赓.四川省矿产资源三率控制研究报告［R］.中国地质科学院矿产综合利用研究所，2008.

［8］ 周满赓，张裕书.攀枝花选 钛厂流程考察及工艺矿物学研究报告［R］.中国地质科学院矿产综合利用研究所，2011.

The important role of the process mineralogy in the level monitoring of multipurpose utilization of mineral resources

WANG Yue，WANG Jing，ZHOU Man-geng
（Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological，Chengdu 610041，China）

Basing on the the situation of development and utilization of mineral resources in China，this paper has made the simple introduction to the main research contents of Technological mineralogy and it's important role in the Multipurpose Utilization of Mineral Resources.And take the“Process investigations”of Pangang Titanium Concentrator as an example，this paper put forward that by Further Strengthening the“three rate”of mining enterprises，application the research methods of“Process investigations”，we can provide a feasible reform schemeinspection of process，and then promote the high efficiency and economical utilization of mineral resources to the mining enterprises.

multipurpose utilization of mineral resources；process mineralogy；three rates；process investigations

TD981

A

1004-4051（2013）04-0046-05

2012-10-05

王越（1984-），男，助理工程师，硕士研究生，现从事矿产综合利用及工艺矿物学研究，E-mail：imumrwy＠163.com。