近代選礦技術(shù)的發(fā)展

近代選礦技術(shù)的發(fā)展呂方潤(河北礦冶學(xué)院)展望七十年代選礦技術(shù)的發(fā)展，變化是巨大的。主要與以下因素有關(guān):1、入選礦石的性質(zhì)變化大由于易選的、組成簡單的富礦資源減少，七十年代入選礦石的情況，是繼續(xù)向貧、細(xì)、雜的趨勢發(fā)展。而難選的、細(xì)粒嵌布的、多金屬共生的貧礦選別，需要更新的選礦技術(shù)和更有效的選礦設(shè)備毛以鐵礦石為例，入選礦石類型主要是變質(zhì)沉積礦床的磁鐵礦石英巖，如我國鞍山式磁鐵礦。其次是熱液型礦床的礦石和接觸交代礦床的礦石，如我國南山式鐵礦和大冶式鐵礦。以及巖漿型的釩欽磁鐵礦，如我國的大廟式鐵礦。而變質(zhì)沉積礦床的赤鐵石英巖也開始大規(guī)模利用，如我國冀東鐵礦等。隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展和高爐入爐礦石質(zhì)量要求的提高，入選礦石量大幅度增加。美國入選礦石占全國礦石總產(chǎn)量的92%，蘇聯(lián)為80%加拿大為75%。有色金屬礦石的貧、細(xì)、雜趨勢更為明顯。從美國統(tǒng)計數(shù)字看，硫化礦夕、選品位從1965年到1975年間，降低三分之一左右。礦石浸染越來越細(xì)，其些礦石浮選粒度，不是以毫米計而是以微米計。2、基礎(chǔ)科學(xué)與邊緣學(xué)科的發(fā)展物質(zhì)結(jié)構(gòu)和高能物理的發(fā)展，進一步揭示了微觀世界的奧秘。表面化學(xué)、電化學(xué)和合成化學(xué)的發(fā)展，創(chuàng)造了人工控制各種礦物的物理化學(xué)性質(zhì)的有利條件。近代物理開辟了應(yīng)用磁力、電力、振動、超聲波和放射線等各種力場和能線綜合選礦的廣闊途徑。水冶、化學(xué)采礦、破碎力學(xué)等邊緣學(xué)科和新技術(shù)的發(fā)展，使選礦的領(lǐng)域大大擴展。計算數(shù)學(xué)和電子技術(shù)，使選礦實現(xiàn)全面自動化成為現(xiàn)實可能。3、環(huán)境保護的要求近代工業(yè)的發(fā)展，人類面臨著環(huán)境保護的切身問題。選礦工業(yè)排出的廢渣、廢水、廢氣與噪音，嚴(yán)重污染著生活環(huán)境，是七十年代研究領(lǐng)域的重要課題，從而嚴(yán)格要求選礦技術(shù)的改進。據(jù)此，七十年代選礦技術(shù)的發(fā)展趨勢，可歸納為四方面的問題。一是大型化，二是選礦過程的強化，三是自動化，四是潔凈化(環(huán)境保護)。一、大型化由于入選礦石量大幅度增長，為了降低生產(chǎn)成本，提高精礦質(zhì)量，并有利于實現(xiàn)自動控制，國外的破碎、磨礦和選別設(shè)備日趨大型化，選廠規(guī)模也在不斷擴大。據(jù)統(tǒng)計，美國年處理一千方噸以上的鐵礦選礦廠近十個，蘇聯(lián)有十三個。(1972年統(tǒng)計)美國最大的鐵礦選礦廠規(guī)為3900萬噸/年，蘇聯(lián)最大的鐵礦選礦廠規(guī)模為3300萬噸/年。我國正在設(shè)計建設(shè)中的冀東鐵礦選礦廠，規(guī)模將在2000萬噸/年以上。在設(shè)備方面，國外選礦的粗碎機處理能力幾乎全是2500~3500噸/時。在磨礦機方面，球磨機容積最近十年增大了5一8倍，自磨機容積增大了15~20倍。自前詞外球磨機最大為5。5又6。4M(功率為2953千瓦)。新建選礦廠廣泛使用自磨機，據(jù)現(xiàn)有資料，在國外技術(shù)上己能制造15.4M直徑的自磨機(功率20000千瓦左右)。國外最大的浮選機為57M“。英國的四十層搖床，每臺選別面積為74.4M名，占地面積僅4.6M“。重達96噸、必3.17M的強磁場磁選機也投入了生產(chǎn)。二、選礦過程的強化破碎與磨礦過程的強化問題，由于明顯的經(jīng)濟原因，受到普遍的重視。發(fā)展的趨向是破碎比大、效率高的反擊式玻碎機的廣泛應(yīng)用;濕式自磨機的使用也極廣泛，在國外的自磨機中，濕式自磨占85%左右，半自磨也有發(fā)展;磨礦機的橡膠襯里己較普遍使用等。在國外磨礦機用變速電機驅(qū)動，磨礦前的礦石預(yù)熱，以及藥劑對磨礦的影響等都做了大量工作，有的已應(yīng)用于生產(chǎn)。在篩分與分級方面，為了提高篩分效率和處理能力，對篩面、篩網(wǎng)材質(zhì)的不斷改進，以及對新型篩分設(shè)備的研制等(如振動細(xì)篩、胡基篩槽等)，都有新的進展。包膠的和塑料質(zhì)的篩、耐磨金屬網(wǎng)篩和聚氨醋質(zhì)篩，都己在生產(chǎn)中應(yīng)用。日本設(shè)計了一種利用風(fēng)力的微米分離器，分離粒度在6~160微米范圍內(nèi)，與磨礦機配合使用時，可提高磨礦能力80%。在國外正在研制一種可以同時進行水力分級和濕式篩分的新設(shè)備。此外，在處理難選礦石和極貧礦石的綜合流程的研究，高效價廉的新浮選藥劑的研制以及選礦的應(yīng)用科學(xué)和基礎(chǔ)理論的研究等方面，都得到充分注意。以下主要介紹關(guān)于選礦方法的強化問題。1、應(yīng)用基礎(chǔ)理論的新成就基礎(chǔ)理論的新成就，促進了新的選礦方法和選礦設(shè)備的研究。如應(yīng)用超導(dǎo)磁體強化磁選的問題，早在19n年就發(fā)現(xiàn)了汞的超導(dǎo)電現(xiàn)象，但第一個超導(dǎo)磁體卻在44年以后才產(chǎn)生，直到1961年研制成一種Nb。Sn的超導(dǎo)材料，它在8萬8千高斯的滋場下，仍具有很高的電流密度。從此，越導(dǎo)磁體技術(shù)得到巨大發(fā)展。目前的粗略純計，全世界己有超導(dǎo)磁體一萬多個。世界上幾個主要高能物理實驗室都有大型的超導(dǎo)滋體運行。超導(dǎo)磁體就是利用一種超導(dǎo)材料制成的電磁體。由于這種村料沒有直流電阻，也就是說，沒有焦耳熱的電能消耗，所以一旦通入電流，就可以半永久性地維持能量一一磁場。所以在運行時幾乎不消耗能量。但需要在深冷條件下(42“K)才能工作，所以技術(shù)較復(fù)雜，村料價格昂貴。常用的超導(dǎo)材料有兩類，一類是超導(dǎo)合金，如銳與錯的合金，妮與欽的合金等;另“類是金屬間化合物如Nb。Sn，V;Ga等。從當(dāng)前的技術(shù)條件和經(jīng)濟因素來看，雖然采用常規(guī)磁體發(fā)展高梯度強磁選設(shè)備較為有利，但超導(dǎo)技術(shù)在實際應(yīng)用上的重大突破，將在高梯度磁分離方面，使回收地球上至今還不能回收的許多礦物成為可能。在美國、英國己成為一項重要的研究課題，蘇聯(lián)也研制成超導(dǎo)磁選機，歐洲己開始這方面的研究工作。為了適應(yīng)超導(dǎo)磁選機所必須的深冷條件，英國氧氣公司還開始間市場供應(yīng)小容量的工業(yè)用氦液化設(shè)備。超導(dǎo)體磁選機所用磁體設(shè)計，是按照磁場強度和分選空間兩個主要參數(shù)進行~2~螺線管式。目前，見于報道的除有班尼斯特超導(dǎo)磁體磁選機的美國專利外，還有四級頭超導(dǎo)磁選機、帶式超導(dǎo)磁選機和磁濾器等超導(dǎo)磁選設(shè)備的研究和試驗。2。綜合力場和能線的應(yīng)用由于各種力廠和能線綜合運用，己經(jīng).突破了三大選礦方法(重選、浮選與磁選)的嚴(yán)格界限。電力和磁力的聯(lián)合作用不僅在浮選與化選方面己有肯定的成果，在與重力的結(jié)合方面己成為現(xiàn)實。磁力兒乎己在所有的選別方法中得到應(yīng)用。電力在浮選、化選中己有成功的應(yīng)用，在重選中的有效作用也是可能的。超聲波在重選、浮選與化選中己經(jīng)實際應(yīng)用。振動力也與重選、浮選與化選等有效地結(jié)合起來。過去化學(xué)藥劑只在浮選{。化選中應(yīng)用，而今不僅在重選、電選中應(yīng)用，而且在破碎與磨礦中也起到有效作用。在射線方面，除X射線、紅外線和熒光在分選中得到應(yīng)用外，中子、a與日位子在選別有用礦物方面也有了現(xiàn)實可能。更大量的研究是利用各種能線改支礦物表面性質(zhì)和介質(zhì)的性質(zhì)，從而強化選別作用。磁流體分選法是綜合利用重力、磁力和電力分選礦物的一種方法。關(guān)于磁流體動力學(xué)的理論是廿世紀(jì)五十年代提出的，直到六十年代才在實驗室搞出磁流體分選設(shè)備，不久將見到工業(yè)應(yīng)用的實例。磁流體分選，實際上就是一種加重的重介質(zhì)分選。但無論是重液或重懸浮液，其密度很難大于三，且分選粒度代般要大于5~6‘毫米，很少低于1毫米。此外，還需要介質(zhì)回收的設(shè)備等，極大地限制了重介質(zhì)分選法的廣泛應(yīng)用。而磁流體分選法是靠外加磁場和電場對某些特定介質(zhì)的作用，使介質(zhì)“加重”，因此，對位于其中的物體的浮力也就加大，可以獲得較高的分選比重。通常對“加重”的介質(zhì)密度叫“視在密度”，“視在密度”可以隨意調(diào)節(jié)，能對任意比重的獷物組合進行有效的分選。這種被加重的特定介質(zhì)為一種強順徽性溶液或鐵磁膠粒的懸浮液，也有的是一種液態(tài)的金屬。統(tǒng)稱磁性流體。利用不均勻磁場對磁性流體所產(chǎn)生的加重作用進行分選的方法，因不加電場的作用，在分選顆粒周圍不產(chǎn)生特定渦流，所以叫滋流體靜力分選法。利用磁場(均勻滋場或不均勻磁場)和電場的聯(lián)合作用場對磁性流體產(chǎn)生的加重作用而進行分選的方法，叫微流體動力分選法。磁流體分選中的介質(zhì)有以下兒種類型:順磁性液體主要是鐵、枯、錳、鎳等金屬鹽溶液，如MnCI:，F(xiàn)。C13，F(xiàn)cZ(50、)3等。鐵磁性膠粒懸浮液有磁鐵礦超細(xì)粒(小于微米)的煤油懸浮液。對于磁流體動力分選時所用的分選介質(zhì)，凡強電解質(zhì)溶液都可，如NaOH，NaCI，H:50‘等。液態(tài)金屬也可用做磁流體動力分選的介質(zhì)。初步試驗用低熔點金屬如伍德合金，露西合金等。3、化學(xué)選礦的發(fā)展化學(xué)選礦是近廿年發(fā)展起來的一門介于選礦、冶金和化工的邊緣學(xué)科。按傳統(tǒng)的界限，化學(xué)選礦是處理難選的原礦或?qū)?fù)雜的粗精礦的進一步加工，得到一種最終精礦。而化學(xué)冶金(濕法冶金)則是處理選礦后的最終精礦，得到一種或數(shù)種金屬。~3~代，由于工業(yè)發(fā)展對金屬材料的數(shù)量和質(zhì)量的更高要求;節(jié)約能源的要求;以及對原礦廢渣和尾礦的綜合利用的要求等，促進化學(xué)選礦迅速發(fā)展，不僅跨越了選礦與冶金的傳統(tǒng)界限，甚至在其些環(huán)節(jié)上，打破了先選礦后冶金的順序。在化學(xué)選礦中，除藥劑浸出與細(xì)菌浸出、磁化焙燒。離析法及直接還原等法外，近來在浸出一一沉淀一一浮選法LPF和浸出一一離子交換一一浮選法LIF都有新的進展。并采用火法預(yù)處理的方法，使極細(xì)粒浸染礦石的晶粒長大，以克服進一步分選中的困難。結(jié)合環(huán)境保護的要求，用化學(xué)達擴的方法處理冶金的廢渣等，并回收有用金反的新工藝，發(fā)展也很迅速。在這方面不僅應(yīng)用選礦的破碎、篩分與磨礦等手段，而且利用被處理物料的物理、化學(xué)和物理化學(xué)特性，進行重選、磁選、浮選和化學(xué)選礦等標(biāo)準(zhǔn)的選礦方法。所以新近建設(shè)的某些冶煉廠，往往在最初設(shè)計和建廠二時就考慮了爐渣或其他廢渣處理工段，這就形成了先冶煉后“選礦”的完整工序。如日本用化選方法，從煉鋅廢渣中回收金屬。即用50:在高壓釜甲浸出鋅渣，使絕大部分的鋅、鐵、鎬、銅、砷等被溶解。再用H:S脫銅，生成CuS沉淀，然后分別用化學(xué)方法取出鐵，鍋等金屬。近十多年對鰲合萃取劑的研究成果，特別是在銅生產(chǎn)中成功地應(yīng)用了脂肪烴為骨架的OH。一?；?R一{I1NOHll一C一R(Lix)克服了其他萃取劑選擇性較差在水相中溶解度較高等缺點，使重金屬的水冶和化學(xué)選礦進入了新的階段。此外，化學(xué)微生物選礦法也是近代選礦研究的一個課題。4、關(guān)于微細(xì)粒分選法的進展呈膠體狀態(tài)的微細(xì)顆粒在各種選礦方法中不但不易回收，而且影響選別指標(biāo)的進一步提高。據(jù)統(tǒng)計，僅在美國的選礦工業(yè)中，損失在廢棄礦泥中的有用金屬，相當(dāng)于被開采出的磷礦石的三分之一，銅礦石的六分之一，鐵礦石的十分之一。因此，在最近十幾年來，在微細(xì)粒分選方面的研究，有很大的進展。例如:①、以鋼毛為介質(zhì)的高梯度強磁選機:汀于微細(xì)粒來說，要充分有效地發(fā)揮磁力的作用，主要是提高磁場梯度，同時盡可能減少聚砒介質(zhì)本身所占的磁場空間。1970年出現(xiàn)一種以不銹鋼的絨毛做為聚磁介質(zhì)，不但大大增加了膠體狀顆.粒的粘著，而鋼絨毛只占磁場空問體積的5一10次。當(dāng)線圈通以直流電流后，鋼毛被磁化，鋼毛之間產(chǎn)生很高的磁場梯度，順磁性的微細(xì)粒即粘附在鋼毛上。過一定時間后，通以交流電退磁，用水將粘附在鋼毛上的微細(xì)粒沖下。②、載體浮選(背負(fù)浮選):這種方法是先將要分選的微細(xì)粒物料經(jīng)一定的物理化學(xué)處理后，再讓其選擇性地吸附在易浮且較粗大的顆粒上，最后一起進行浮選。如蘇聯(lián)一選廠處理的銅礦石，大量的輝銅礦是膠瓏狀產(chǎn)出。又經(jīng)過磨礦，生成大量的次生礦泥，其表面極易氧化而難以浮選。該廠先將粗粒輝銅礦(O，2一0.074毫米)用非極性油處理，使表面的疏水性增加，然后與微細(xì)粒一起浮選則回收率高達95%，精礦品位高達40一50%。這一方法，由于載體與微細(xì)粒為同一種礦~‘4~體與微細(xì)粒再分離作業(yè)。③、選擇性式絮凝分選:使用某種化學(xué)藥劑，使某種礦物的微細(xì)顆粒選擇性絮凝后，再用通常的浮選法達到有效分選的目的。現(xiàn)在，主要在赤鐵礦的反浮選工藝上得到工業(yè)上的成功應(yīng)用。先將礦漿加入分散劑(如苛性鈉，硅酸鈉等)，使整個礦漿形成相對穩(wěn)定的不沉淀的懸浮液。再加入絮凝射一(如淀粉，氯化鈣等)，使赤鐵礦的細(xì)粒很快絮凝沉降，而主要由氧化硅或硅酸鹽組成的細(xì)粒保持懸浮，再用陽離子撲收劑進行反浮選，可獲得精礦品位高于65%的優(yōu)良指標(biāo)?？傊x擇絮凝法的成功分選，首先應(yīng)使礦漿形成高度分散的懸浮液。把選擇性絮凝與選擇性分散構(gòu)成一個聯(lián)合工藝來研究。國外試用的選擇性絮凝劑有:聚丙烯晴衍生物，梭甲基纖維素，木薯淀粉，海藻酸該等，進一步擴大品種的目標(biāo)是使絮凝劑既要保留線性高分子聚合物的結(jié)構(gòu)，又要引入適當(dāng)?shù)木哂薪j(luò)合作用的功能團。④、其他微細(xì)粒分選的方法如電解氣浮選，超壓浮選，真空浮選等，部有肯足的研究成果。三、自動化問題如果說六十年代是選礦廠儀表化的大發(fā)展，那么，七十年代就是向電子計算機控制的全廠自動化發(fā)展。這方面所取得的進展，由單機自動化、局部集中控制、自動檢測與調(diào)節(jié)，逐步實現(xiàn)由計算機控制的最佳化系統(tǒng)。自動化水乎較高的國家有加拿大、芬蘭、美國、日本、西德、法國、澳大利亞、瑞典等國。目前世界上全盤自動化的選廠還不多。如美國的比尤特銅選廠實現(xiàn)全面自動化后，日處理3.6萬噸礦石，現(xiàn)場沒有直接操作人員，全由中央控制室操縱。實踐說明，選廠實現(xiàn)自動化以后，可以穩(wěn)定生產(chǎn)指標(biāo)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)能力，降低成本，還可以改善勞動條件。自動化控制的程序，可歸納為傳感一二發(fā)出指令一、執(zhí)行操作。在選礦廠的執(zhí)行操作機構(gòu)大量的是各種控制閥和給藥機等?？刹捎脵C械的、電磁的、氣動的方法或通過對雙向電動機及步進電動機的遙控來實現(xiàn)。這方面的問題己有多年的墓礎(chǔ)，也比較容易。解決比較困難的是針對選礦生產(chǎn)的實況，及時發(fā)出指令，以實行最佳化控制。這就要求設(shè)備和流程既合理穩(wěn)定，又要可靠，同時對過程要有深刻的認(rèn)識和數(shù)學(xué)概括，建立模型，求定參數(shù)，才能準(zhǔn)確發(fā)出指令，這對比較復(fù)雜的選礦過程來說，需進一步研究解決的問題還很多。關(guān)于傳感問題，也是選礦自動化的一個難題。直到近幾年，才有少量的傳感器能在顆粒組成較粗、腐蝕和磨損嚴(yán)重、泡沫的粘稠等特殊條件下，得到較可靠的效果。這也是選廠實現(xiàn)全面自動化比較遲緩的原因。從選擴過程的各個環(huán)節(jié)來看，給礦量、礦槳流量，礦槳濃度、分級機返砂量、各種料位、pH值量測以及咨種設(shè)備故障的報警等檢測儀表和傳感器，都己解決或基本解決。比軟困難的是對各種產(chǎn)品的品位檢測和礦漿粒度檢測。在品位檢測儀表和傳感器的近期進展，應(yīng)屬X射線螢光分析儀。其原理是用X射線源照射礦漿樣品，不同元素的原子受到激發(fā)而放射出不同的螢光X射線(二次射線)這種螢光X射線，被一種由超純硅制成約探測器接收，將射線能轉(zhuǎn)換為電脈一‘萬一高度分析器，轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線能譜。根據(jù)特征譜線波長與原子序數(shù)的關(guān)系來進行元素的定性或定量分析。設(shè)特征譜線的波長為入，原子序數(shù)Z，則入一于二f(Z)。據(jù)此可測定從9號元素氟到92號元素鈾。澳大利亞在六十年代末期又發(fā)展了一種利用放射性同位素源代替X射線管的“在線”分析新儀器。具有浸入礦槳的探頭，取消了礦漿的取樣系統(tǒng)。近年芬蘭奧托昆普公司又發(fā)展了一種多元素同位素X射線分析探頭，同時可測礦漿中的六個元素。其光譜儀包括14條不同的分析管路，另一條管路上裝有標(biāo)準(zhǔn)樣，可進行校驗。每條管路的分析時問約為20秒，分析全過程約為七分鐘。目前，X射線螢光分析儀只能測出礦漿中某種元素的總合量，而不能分別測出某種金屬在各種礦物中的含量。所以還不能完全代替化學(xué)分析的方法。礦漿粒度的檢測儀表和傳感器的新近發(fā)展。七十年代初，出現(xiàn)了一種PSM一100型的粒度分析儀。原理是:當(dāng)超聲波在礦漿中傳播時，其能量的衰減是礦漿濃度、粒度和超聲波頻率三者的函數(shù)。若合理選定頻率，在一定的礦漿濃度條件下，通過測量穿過礦漿后的超聲波強度來檢測粒度的變化。這種儀表的適用范圍是一270目占20一80%，而不能檢測粒度的更細(xì)級別。x973年又出現(xiàn)的一種PSM一200型超聲波粒度分析儀，能測一500目占90%的粒度。這種分析儀主要是用更高的超聲波頻率和更大的功率。并且增加了去磁的裝置，以適應(yīng)對滋性礦石顆粒的粒度測定。最近，在美國生產(chǎn)了一種激光礦石粒度測定儀。其原理是當(dāng)激光束穿過礦石顆粗時，即產(chǎn)生衍射，衍射的光通量與顆粒大小有關(guān)，利用光電元件測量光通量就可劉定粒度大小。適用范圍是2一20側(cè)墳米，同時可以給出粒級的百分比和壯度的分布數(shù)據(jù)。選廠自動化的發(fā)展至今仍有一些重要的工藝參數(shù)的自動檢測沒有很好地解決。如礦石中礦物的結(jié)構(gòu)禾性質(zhì)方面的參戮，浮選藥劑作用行為的工藝參數(shù)等。四、潔凈化(環(huán)境保護)近代各種工業(yè)的發(fā)展，排出大量廢渣、廢水、廢氣和噪音，污染了自然環(huán)境，危害著人類和生物的生活與生存。選礦工業(yè)與其他工業(yè)一樣，除排出有害的廢水與廢氣外，還大量地排出尾礦。隨著原礦品位的降低和生產(chǎn)率的提高，尾礦量越來越多。僅據(jù)西方統(tǒng)計，1969年的選礦總量是8億多噸，1975年就達到11億多噸，這些礦石的70~98%是當(dāng)做尾礦排出的，環(huán)境污染的問題日益嚴(yán)重。過去對環(huán)境保護往往是消極的理解，當(dāng)人類對自然現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律認(rèn)識深化，環(huán)境科學(xué)的興起以后，環(huán)境保護就充實了積極的涵意。這是因為環(huán)境科學(xué)的基本內(nèi)容是研究大氣圈、水國、生物圈、巖石圈，以及與其他宇宙體的聯(lián)系與演化的科學(xué)。它不但研究環(huán)境的成分和各成分間的物質(zhì)、能量交換和地區(qū)差異，而且研究對環(huán)境中的化學(xué)元素和能量轉(zhuǎn)化、遷移、分布的規(guī)律，使人類能夠予以