论新形势下矿物加工工程专业的发展

刘 阳

矿产资源属于不可再生资源，随着开采时间的增加与开采规模的扩大，我国矿产资源总量持续减少。在矿产业竞争日益白热化的背景下，提高矿业生产的效率与质量，降低生产消耗水平以及提升矿业生产的信息化水平进而提高企业市场竞争力与经济效益成为矿产企业实现长效发展的必然措施。通过引入传感识别技术、电子信息技术以及计算机控制技术等，目前国内一些大型选矿企业已经着手进行传统选矿生产作业的创新转型，力求实现企业管理信息化、生产设备高度自动化以及生产过程集成化与综合化，响应工业4.0的号召，积极推进现代化集成制造业的发展。

1 预选抛尾技术

1.1 概述

选矿厂的碎磨投资及生产经营费用均占主要部分，而选矿厂生产能力的大小由磨矿决定，选矿的基本原则为多碎少磨、能收早收及能丢早丢；预选抛尾技术根据矿石中不同矿物颗粒的密度、磁性、导电性、光泽及放射性等的差异，利用光电选矿、重选、磁选及浮选等预选抛弃部分废石、脉石或低品位矿石，因而预选抛尾技术多用在粗磨或细磨等作业前。

1.2 预选抛尾设备及在选矿中应用

1.2.1 光电选矿抛尾

光电选矿技术是非常重要的预选抛尾技术之一，主要用于块状矿石的预选抛尾，目前比较成熟的光电选矿技术主要有色选和X射线分选（XRT）。

色选主要利用可见光、紫外光、红外线等照射矿石，利用探测器探测矿石中不同矿物的颜色、透明度、光泽、反射率及吸收率等表面特征差异，进一步通过图像识别和分选执行机构将有用矿物与脉石选别分离。浙江省遂昌县湖山萤石矿为解决50mm～10mm粒级萤石难以人工拣选的难题，引进履带式色选机进行选矿分离，选别出的含CaF2达到80%左右精矿以便对外销售，选别出的含CaF2约50%左右的尾矿再送浮选厂进行选别处理。广西珊瑚钨锡矿采用Mogensen Sort Typ AP1200色选机进行预选抛尾，与手选抛废相比提高抛废率14%，精矿品位相应提高了16%，人工成本每年节省180余万元，减少选矿处理成本229.8万元/年。南非某含金石英脉矿石，采用光电拣选机预选抛尾后，原矿石金品位由2.5g/t提高至6.5g/t。

由于每种元素的特征X射线均是唯一的，X射线分选利用矿石在受到X射线照射后，矿石中所含元素受到激发产生特征X射线，通过测定特征X射线的能量及特征X射线的强弱，以确定相应的元素及其含量，从而通过执行机构将有用矿物与脉石选别分离。X射线分选设备选别精度高，已应用于黑色金属矿、有色金属矿、贵金属矿及煤矿等的预选抛尾工作。酒钢桦树沟铁矿石采用XNDT-104射线智能分选机进行预选抛废，抛废率13%左右，能够取得尾矿品位小于10%、铁回收率大于96%及预选粗精矿铁品位提高3.6个百分点以上的指标。浙江某低品位铅锌矿，采用XNDT-104射线智能分选机进行了抛废分选，抛废率为27.42%，抛出的废石铅+锌品位0.27%，低于浮选尾矿铅+锌品位0.3%，铅和锌回收率分别为94.59%和94.2%。湖南某低品位钨钼矿采用LPPC1-50型X射线辐射拣选机进行半工业试验，40mm～20mm和20mm～10mm两个粒级的块状矿石综合抛废率达到39%，钼和WO3的综合损失率分别为10.67%和5.78%。某金铜共生矿石采用俄罗斯叶卡捷琳堡市科技公司研制的SRF3-150型X射线辐射分选机预选，150～90mm粒级获得铜品位1.26%、回收率96.27%与金品位为9.80g/t、回收率90.61%的预选精矿，90mm～30mm粒级获得铜品位为1.32%、回收率为98.69%与金品位为6.77g/t、回收率为96.75%的预选精矿，全流程预选抛尾产率达35.08%。大同煤矿集团临汾宏大豁口煤矿引进波兰生产的CXR-1000型X射线分选机进行生产应用，分选后的精煤中含矸量可控至在5%以下，精煤发热量比原煤增加544kcal/kg。

绝大多数矿石都可以用光电选矿技术进行预选抛尾，且光电选矿技术用于预选抛尾工艺系统简单、投资省及运行成本低，尤其可用于缺水地区进行干式选别抛尾，并易于实现生产的连续化、自动化，具有广阔的应用前景，但光电选矿技术存在单台设备处理量低，且主要局限于10mm～90mm粒度范围的矿石分选。

1.2.2 重选抛尾

重选是利用有用矿物和脉石之间的密度差异而进行分选的选矿方法，常用的重选抛尾有溜槽、跳汰机和离心选矿机，此外悬振锥面选矿机和重介质选矿等亦有应用。应用重选设备进行预选抛尾，可以抛出部分脉石，同时大量的矿泥也会随脉石一同抛出，对抛尾后的矿石选别性能具有较好的改善作用。

溜槽选矿借助在斜槽中流动的水流进行矿石的选别分离，溜槽结构简单、占地面积小、无传动部件且不需动力，其用于预选抛尾具有单位面积处理量大和成本低等特点，是非常重要的重选抛尾设备之一。

多种重选技术及设备的应用，使得重选抛尾能适应粗粒和细粒矿石的处理需要，并兼顾了处理能力大、运营成本低且对环境污染小的优点，但重选工艺复杂、用水量大及分选效率普遍较低，且密度差异较小的有用矿物与脉石的预选抛尾仍存在不足，更难以对微细粒矿石进行规模化高效的预选抛尾。

1.2.3 磁选抛尾

磁选是根据矿石中矿物的磁性差异而使不同矿物实现分离的一种选矿方法，磁选设备的性能决定了磁选的入选粒度范围、处理能力及选别效率等。

磁选用于选矿历史悠久，但最初用于选别强磁性矿石，而用于弱磁性矿石的选矿相对较晚，受磁选技术的发展影响，利用弱磁场磁选机对强磁性矿物进行预选抛尾也更为成熟；但为了强化选别分离，磁选抛尾设备主要由单一力场磁选机向复合力场磁选机发展，以提高抛废处理量、选择性及粒级适应性。磁滑轮有永磁的和电磁的两种类型，磁滑轮预选抛尾工艺简单、投资少、效率高，是最为常见的磁选抛尾设备。

磁选抛尾技术的深入研究表明，矿石的破碎方式及选别介质对磁选抛尾效果影响甚大。与传统破碎相比，利用层压破碎原理的高压辊磨，不仅能使矿石得到更高的破碎比，且高压辊磨粉碎能沿不同矿物之间产生较多的解离裂纹，从而提高破碎产物的单体解离度，可进一步改善预选抛尾技术指标。

2 新型磁选方法和工艺

通过综合分析现阶段世界矿业和设备市场的实际发展情况和发展需求等，同时结合自身的基本特点，合理的选择了一些采矿设备，并在磁选时加以综合运用，以此促使目前全世界矿业发展中遇到的难题都可以得到有效解决，另外，目前所运用的选矿设备通常为全自动化设备。不管是装备自身，还是工艺流程均得到了明显提升。

2.1 高场强复试脉动预磁器应用

高场强复试脉动预磁器的应用，不单单可以大幅度的提高铁选厂的生产量，同时还可以极大的提高金属回收率，另外，该设备在实际运行中，能够重复测试脉动高场强预磁弱磁性矿物。实现强预磁以后，原本磁性较弱的矿物，其磁场通常会明显变强，并且该磁场的高强度磁性能够维持一段时间，并不会立即消失。在设备运行的过程中，必须严格的按照选矿工艺流程进行操作，对于多数磁性较弱的矿物来说，并通常很难利用磁选机将其选取出来，其主要原因在于这些弱磁矿物，一般含丰富的铁，所以并不会轻松的被选取，致使该矿物只能被浪费，极大的降低了选矿工作中的回收金属的有效率，这对于企业来说，显然是严重的资源浪费。但是在对弱磁性矿物完成预磁处理后，回收金属效率将得到大幅度提高。在这一过程中应用的主要高场强复式脉动预磁器设备由强预磁线圈、预磁器线圈、控制箱和主电路等构成。该设备在分选弱磁性矿石时，受很多因素的影响，分选工作的效果除了会受矿物比磁比系数差异所影响以外，同时还会受到组成矿石剩余磁量的大小所影响。在实际进行分选工作时，若想获得较好的分选工作效果，可以先利用电磁在矿物入选前进行搅拌处理，以此产生更大的螺旋震动力。从而促使矿浆中的矿物可以按照相应的比重进行分层，同时还能够进一步强化磁场。但是因为矿粒本身具备一定的顽矫力和剩磁，原磁团进入磁选机后，其受到的磁力通常要比单个矿粒大，从而促使矿尾打捞机可以获得较好的工作效果，并且还可以实现产量提高10%～20%，而且回收金属的效率也能够得到一定提升。该设备在工作中还会产生较好的高磁力脱泥槽分选效果，在矿物入选前需要预磁化处理磁粒，以此磁化矿浆的磁场，实现磁化后，将所有磁粒凝聚在一起，以此组成一个较大的磁粒团，其将拥有更大的顽矫力与剩磁，并且还可以保留下来

2.2 感应辊式磁选机

感应辊式磁选机是一种干式强磁选设备，其主要由三个部分构成，分别为传动系统、分选系统和电磁系统、分选系统和传动系统，在该设备运行的过程中，为了防止因为涡流发热而导致传动功率降低，辊子所选择使用的导磁钢片较薄，也可以选择使用不具备磁性的圆型钢片。感应辊式磁选机运行时首先需要完成的任务就是分选。分选任务是利用相邻的原磁极来实现的，在磁辊表面形成的磁场，其极性与相邻原磁极相反，同时还会在磁辊齿尖上形成指向磁辊的梯度高磁场。若想在感应辊的表面准确的落有物料，被辊吸住，以此将物料从磁场转离，进入到料槽中，同时促使不具有磁性的物料可以在重力与离心力的共同作用下排出。预磁器在运行的过程中，会按照磁铁的矿磁性强度进行筛选，对于磁性较弱或者是场强较低的物料，磁选槽中的溢流品将有所降低，从而确保磁铁矿粒获得剩磁较大。另外，矿浆进入磁选槽前，同样需要先进行磁化处理。

在设备运行的过程中，预磁器通常都是对磁粒进行磁化处理，预磁器主要包括两种，分别为电磁预磁器和永磁预磁器。通常情况下，在实验室开展试验研究活动时会运用到电磁预磁器，而进行磁选生产时会运用到永磁预磁器。脱磁器指的是在完成磁选任务或者是完成磁化处理后，将原本具有较强磁性的颗粒的磁性去除，将剩余的磁性分散到仪器上。使用脱磁器的目的是对磁铁矿先进行研磨，在进行清洗任务前先完成脱磁，以此最大限度的防止其被事先的磁化所影响，同时降低因为过粉而影响到高磁力脱泥槽的分选工作效果。在入选前，首先要对矿粒进行磁化处理，经过一段时间的磁化磁场作用后，再使用细粒强磁性物料进一步磁化，以此获得更大的磁粒团，这时磁团粒所具备的矫顽力与剩磁通常比较大，并且还可以保留下来。但是相对于不具备任何磁性的颗粒来说，磁粒团沉降的速度要更快一些，并且对后续进行的磁力脱泥等工作流程，也具有一定的优势。

进行式样分析时通常会运用到磁选管，其含有较多的强磁性成分，通常又被称之为湿式弱磁场磁力分析仪。该仪器由磁系和玻璃管两部分组成，其形成的电磁磁系属于闭合回路，相对来说，极头的极距较大。在玻璃管内有两个口，分别为给料口和给水口，并且在玻璃管的下方还设有排料口，排料口的形状为尖缩形状。在仪器运行的过程中，首先，需要在玻璃管内引入清水，将水位调节到恰当的位置后，在使用止水夹进一步调节进出口，以此将水流量维持在恰当的位置，同时保持水流量始终处于平衡状态。在完成这些处理操作后，将电源接通，以此在磁选管中给入浆料，同时在磁选管尾部的接取浆料。完成浆料接取后，具有磁性的物质会被磁力吸附到管壁上，同时在玻璃管内在旋转升降的作用下，其所筛选出来，从而获得不具备磁性的颗粒和细泥等，并这些物质有效排除干净，随后将电源切断。接着对具有磁性的产物，做进一步的脱水、干燥和称重等处理，完成这一系列的处理后，最后计算出浆料的产出率和回收金属的效率。

3 工艺矿物学在矿产加工中的应用

3.1 选矿引导

在大力开发与利用矿物资源的过程中，首先工作人员必须详细的、全面的、准确的掌握矿物的主要成分、矿物质的颗粒程度以及其中矿物质的含量，其次，工作人员还需要结合矿物理论，明确选矿的具体指标标准，以此保证选矿工作的科学性与合理性，深入的分析矿物中的物质含量和重要组成，可以为选矿工作的进行提供重要的数据信息支撑。

3.2 矿物加工

通过分析工艺矿物学理念与相关内容，了解到部分矿石的筛选工作存在一定难度的主要原因，根据相关学说的研究，将相关的参数一一列举出来，同时在矿物加工中融入这些参数，可以为矿物筛选工作的进行，制定一个全面的、详细的加工方案。例如，在研究转炉渣技术时了解，结合工艺矿物学相关理论，转炉渣的构成，一半以上为矿物元素，该矿物相对来说很容易发生磨损。若想在筛选的过程中，提高矿物的利用度，筛选矿物的工作人员，需要精细化的研磨矿物，以此将矿物晶体和脉石矿物更加方便和更好地分离开，随后通过对工艺矿物学中有关理论知识的研究，准确的了解矿物中包括的各种有益元素和矿物自身的变化趋势，以此为后续矿物开采工作，创造更好的研究平台，从而提高矿物的开采率。通过调查和分析过去的数据资料等发现，很多矿物加工工作人员针对矿物的化学元素做出了深入分析，但是整个分析的过程，很容易被一些因素所影响，致使预期的结果与最终的分析结果之间出现了差异，其主要原因可能在于矿物颗粒较小、并且其中的一些金属矿物为非常规金属矿物。这就导致矿物中含有的非金属类矿物变得更少，这势必会影响矿物的整质量。为此，可以通过对矿物工艺学理论的研究，及时发现其中是否存在任何异常的不足与问题，并结合筛选矿物的具体流程，为矿物的开发提供重要的参考。

3.3 气相色谱法

在加工矿物的过程中，检测矿物元素经常会运用的一种方式为气相色谱法，该方法的运用，可以用来进行矿物粉末的收集，同时分析利用矿物粉末制作而成的样品。对于不同的矿物元素来说，其具备的物理和化学性质也有所不同，所以可以结合矿物元素自身的不同性质进行分类与准确鉴别，以此分析各种元素的具体含量。现阶段，部分技术人员利用气相色谱法，将其内容制作形成了电信号，通过成像技术对矿物中的元素组成成分进行更加直观的判定。工艺矿物学应用后，技术人员在采用气相色谱法进行矿物元素分析的过程中，采用的仪器种类不断增多，目前比较常用的是电子捕获检测器，其能够对矿物中的放射性物质进行精准捕获，还能对特定元素的含量进行清晰的辨别，从而形成气相色谱图表。一般情况下，在矿物特制样品与粉末中，不同的放射性物质，其成像结果也存在明显的差异。因此，开采矿物资源的工作人员在进行矿石数据收集时，可以根据工艺矿物学相关理论，通过电子捕获检测器的利用进行收集，以此充分体现矿物中各元素的具体含量和比重。对于不同批次、不同地区的矿物资源来说，其鉴别数据信息也有所不同。除此之外，通过电子捕获检测器的利用，还针对矿物物质的主要构成元素进行了分析，以此便于后续矿石资源的筛选。

3.4 高效液相色谱法

高效液相色谱-质谱联用仪（HPLC-MS）由3部分组成，包括LC、接口和MS。由于LC是液相分离技术，但MS却要求在高真空条件下工作，因此联用的主要困难是接口。经过多年发展，大气压电离化技术（API）发展成为LC/MS的接口技术，这使得LC-MS发展成可供常规使用的检测分析方法。API包含电喷雾离子化（ESI）、大气压化学离子化（APCI）和大气压光离子化（APPI）等。与此同时，液相分离技术的不断发展，产生了高效液相色谱仪（HPLC）；计算机、电子、真空和质谱离子化技术的进步，研发出了三重四级杆质谱仪。

通过高效液相色谱法还可以分析矿物中各元素，该技术可以在原有的平台基础上，为一些不稳定元素混合物的检测提供更加精确的数据，得到的矿物数据也更加详细。在对矿物中的不稳定元素进行检测时，高效液相色谱法有效地避免了高沸点、遇热后不稳定等问题，制备了标准的检测液，通过紫外线对溶解在液体内的矿物进行照射，不同物质的吸收率不同，检测人员借助此种特点对矿物质中的元素成分与含量进行判定。调查数据显示，高效液相色谱法的应用中，紫外线吸收检测器是一种比较常用的检测仪器，此种检测器对不同紫外线的吸收率进行识别检测，有效地避免了不稳定元素对检测结果造成的影响，得到的检测结果更加客观，真实度还比较高，为后续的矿物加工工作提供了准确的参考。

4 结语

综上所述，虽然我国矿物加工技术相较于国外发达国家还存在一定的差距，但是近几年在国家大力倡导科技创新的背景下已经取得了不错的成绩。为了提高选矿生产企业的生产效率与生产质量，推动我国选矿生产企业从传统生产模式向自动化控制生产模式的转型，需要结合企业生产情况进行信息化建设，加大自动化控制系统的研发力度，提高应用水平，同时加大专业检测仪表的研发力度。