整合傳統(tǒng)學(xué)科優(yōu)勢(shì)構(gòu)建新型學(xué)科特色
——以礦物加工學(xué)科為例

白麗梅，馬玉新，張錦瑞，趙禮兵

(華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009)

整合傳統(tǒng)學(xué)科優(yōu)勢(shì)構(gòu)建新型學(xué)科特色
——以礦物加工學(xué)科為例

白麗梅，馬玉新，張錦瑞，趙禮兵

(華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009)

礦物加工；專業(yè)現(xiàn)狀；學(xué)科特色；發(fā)展方向

將礦物加工學(xué)科的發(fā)展放在中國工業(yè)化進(jìn)程的視野中，分析國內(nèi)礦物加工學(xué)科的發(fā)展進(jìn)程；探討了在中國工業(yè)化進(jìn)程中，以高校為主的礦物加工學(xué)科的發(fā)展困境與存在的問題。中國工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展導(dǎo)向是信息化和生態(tài)化，將信息化與生態(tài)化融入礦物加工學(xué)科，提出了礦物加工學(xué)科發(fā)展的幾大趨勢(shì)與發(fā)展思路，展示了礦物加工學(xué)科發(fā)展的前景與生命力。

在中國當(dāng)代經(jīng)濟(jì)變革過程中，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展使資源環(huán)境付出了高昂的代價(jià)。中國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就要處理好經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境的關(guān)系。從目前中國發(fā)展的思路來看，工業(yè)無疑起著主導(dǎo)社會(huì)發(fā)展的作用，而決策機(jī)構(gòu)也認(rèn)識(shí)到信息化與生態(tài)化是未來中國發(fā)展的趨勢(shì)和方向。從持續(xù)發(fā)展的角度看，用信息化來改造并提升傳統(tǒng)工業(yè)，用生態(tài)化來完善工業(yè)生產(chǎn)，具有戰(zhàn)略意義。礦物加工為許多工業(yè)提供基礎(chǔ)原材料，因此，在工業(yè)化進(jìn)程中扮演了重要角色。礦物加工學(xué)科肩負(fù)著人才培養(yǎng)和基礎(chǔ)性研究的重要使命，在國民經(jīng)濟(jì)中具有舉足輕重的作用。探討礦物加工學(xué)科存在的主要問題，用信息化與生態(tài)化整合傳統(tǒng)學(xué)科優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建新型礦物加工學(xué)科十分必要。

一、學(xué)科現(xiàn)狀

礦物加工是根據(jù)自然界中不同礦物之間存在的物理、化學(xué)或物理化學(xué)性質(zhì)的差異，利用機(jī)械、物理、化學(xué)、化工或生物方法處理、分離和加工礦物資源及二次資源的過程[1]。

經(jīng)過近一個(gè)世紀(jì)的建設(shè)，礦物加工學(xué)科已從一門非獨(dú)立的選礦工程技術(shù)，拓展成為包括選礦工程、資源與環(huán)境工程、礦物深加工和精加工、資源加工與利用及粉末工程等多個(gè)研究方向的綜合型學(xué)科，同時(shí)又與采礦、冶金、材料等學(xué)科形成交叉，擴(kuò)大了學(xué)科范圍，賦予了礦物加工學(xué)科新的內(nèi)涵和外延。選礦設(shè)備趨向大型化和自動(dòng)化，選礦藥劑趨向高效率和無污染化，選礦方法趨向多樣化和多種選礦方法聯(lián)合使用，選礦工藝趨向復(fù)雜化和最優(yōu)化，并越來越重視多種礦產(chǎn)資源的綜合開發(fā)利用。礦物加工技術(shù)作為維持可持續(xù)發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)之一,對(duì)于中國礦產(chǎn)資源的綜合利用與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展，節(jié)約能耗，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義[2]。

礦物加工專業(yè)在國外起源于18世紀(jì)末，在國內(nèi)起源于19世紀(jì)初。目前，中國開設(shè)礦物加工專業(yè)的的高校有30多所，每所高校都形成了自己的學(xué)科特色。中國礦業(yè)大學(xué)礦物加工學(xué)科以煤炭資源加工利用與潔凈煤技術(shù)為特色，在煤炭干法分選與干法篩分技術(shù)、煤基潔凈燃料、煤炭深度脫硫降灰技術(shù)、礦物加工過程模擬與控制和資源綜合利用與環(huán)境保護(hù)等研究方向上具有自己的優(yōu)勢(shì)，在國內(nèi)外具有一定的學(xué)術(shù)地位，為煤炭資源的清潔利用和煤炭工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用[3]。東北大學(xué)礦物加工學(xué)科在幾十年的教學(xué)科研實(shí)踐過程中，形成了礦物材料高效加工與利用、粉體制備理論與技術(shù)、礦產(chǎn)資源的高效化與生態(tài)化利用、資源微生物理論與技術(shù)、貧雜礦產(chǎn)資源選礦關(guān)鍵技術(shù)和貴金屬選冶理論與技術(shù)等具有鮮明特色的研究方向，在國內(nèi)同類院校中處于領(lǐng)先地位。中南大學(xué)礦物加工學(xué)科為國家重點(diǎn)學(xué)科，創(chuàng)立了浮選藥劑分子設(shè)計(jì)理論與現(xiàn)代浮選化學(xué)理論，建立了復(fù)合場(chǎng)分選理論，發(fā)展了電化學(xué)調(diào)控浮選的理論與技術(shù)，在有色金屬礦選別與利用、礦物材料、微生物選礦、球團(tuán)等方向具有一定的學(xué)科優(yōu)勢(shì)[4]。北京科技大學(xué)也是國內(nèi)成立礦物加工專業(yè)較早的院校之一，近十幾年來在礦物材料及二次資源綜合利用、難處理鐵礦石利用新技術(shù)、資源微生物技術(shù)和礦產(chǎn)資源高效清潔綜合利用技術(shù)等特色研究方向取得了一系列成果。在礦物加工學(xué)科方向，國內(nèi)院校取得了一系列成就，正在與國外礦物加工學(xué)科院校接軌。

二、存在問題

礦物加工工程前身是選礦工程，曾為中國的經(jīng)濟(jì)、軍事做出了具大貢獻(xiàn)。隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展重心轉(zhuǎn)移，礦物加工專業(yè)遭遇到了招生難、就業(yè)難的尷尬局面，不少高校對(duì)這一專業(yè)開始限招或停招。礦物加工專業(yè)人才短缺成為了資源高效開發(fā)利用的瓶頸，使礦物加工學(xué)科的發(fā)展受到了限制和制約。礦物加工學(xué)科的發(fā)展主要面臨以下問題。

(一)傳統(tǒng)學(xué)科限制，發(fā)展方向狹窄

傳統(tǒng)的礦物加工學(xué)科設(shè)置基本上沿襲了蘇聯(lián)的模式，主要是以重力選礦、磁電選礦、浮游選礦為基礎(chǔ)進(jìn)行的各種工藝、設(shè)備和藥劑等研究。隨著現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的選礦方法已經(jīng)不能滿足人們的需求，多學(xué)科知識(shí)全面綜合認(rèn)識(shí)與應(yīng)用顯得極其重要。將多學(xué)科的知識(shí)與新成就綜合起來加以分析，尋找學(xué)科新突破點(diǎn)、新科學(xué)技術(shù)的開發(fā)及礦物資源的高效綜合利用成為當(dāng)前學(xué)科發(fā)展的重點(diǎn)。

(二)學(xué)生就業(yè)面相對(duì)較窄

目前，本科生學(xué)習(xí)的主要科目側(cè)重于對(duì)一些天然資源的物理加工，如中南大學(xué)、東北大學(xué)、昆明理工大學(xué)、華北理工大學(xué)等高校的礦物加工學(xué)科研究方向側(cè)重于金屬礦選別，中國礦業(yè)大學(xué)、河南理工大學(xué)等以煤炭為主要加工對(duì)象，而武漢理工大學(xué)則側(cè)重于非金屬礦選別與深加工。這樣的學(xué)科設(shè)置，使鋼鐵企業(yè)偏向于招收學(xué)習(xí)金屬礦選別的畢業(yè)生，而煤炭企業(yè)鐘情于學(xué)習(xí)煤炭加工的畢業(yè)生。學(xué)生的專業(yè)面過窄，很難達(dá)到社會(huì)對(duì)人才知識(shí)面、知識(shí)結(jié)構(gòu)的要求。因此，在本科期間除重視系統(tǒng)的專業(yè)理論與基礎(chǔ)知識(shí)教育外，還應(yīng)加強(qiáng)與其交叉領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)與技能的培養(yǎng)與訓(xùn)練，培養(yǎng)全面型人才[5]。

(三)師資梯隊(duì)方面不足

由于2003年以前礦業(yè)不景氣，礦物加工畢業(yè)生就業(yè)困難，許多高校限招或停招該專業(yè)的學(xué)生，一些教師也紛紛轉(zhuǎn)行從事化工、環(huán)境等相關(guān)專業(yè)，致使2005年礦業(yè)形式好轉(zhuǎn)后，礦物加工人才短缺，師資力量嚴(yán)重不足，呈現(xiàn)出斷層斷代的現(xiàn)象。

遼寧科技大學(xué)從2007年才恢復(fù)本科生的招生工作，北京科技大學(xué)從2009年開始恢復(fù)本科生的招生。因此，高校應(yīng)當(dāng)大力引進(jìn)具有高學(xué)歷、高工作能力的創(chuàng)新型人才，同時(shí)支持和鼓勵(lì)青年教師走出去，加大與其他院校教師交流、學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，不斷提高教師自身水平[6]。

三、發(fā)展趨勢(shì)

中共十六大提出，"堅(jiān)持以信息化帶動(dòng)工業(yè)化、以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化路子。"[7]走新型工業(yè)化道路最重要任務(wù)是處理好工業(yè)化和信息化的關(guān)系?？沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略作為中國的一項(xiàng)基本國策，主要任務(wù)是處理好經(jīng)濟(jì)與人口、資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。在中國工業(yè)化進(jìn)程中，資源是不可缺少的，信息化和生態(tài)化仍是我國資源利用的導(dǎo)向。高等院校作為科技創(chuàng)新的先鋒和人才培養(yǎng)的搖籃，更要僅僅圍繞這個(gè)中心開展工作。使產(chǎn)-學(xué)-研緊密結(jié)合，推進(jìn)礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)與利用。

如今礦物加工技術(shù)所處理的礦石變得更加貧細(xì)化、復(fù)雜化，人們對(duì)所得產(chǎn)品質(zhì)量要求更加嚴(yán)格。同時(shí)，二次資源、海洋資源也成為礦物加工技術(shù)處理的對(duì)象。面對(duì)資源的變化和人們對(duì)產(chǎn)品需求的改變，在礦物加工及相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的科技工作者進(jìn)行了大量的新的探索和研究。隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及科技的不斷進(jìn)步,礦物加工學(xué)科不斷與相鄰學(xué)科、新興學(xué)科及前沿學(xué)科交叉，如與物理學(xué)、化學(xué)、生物工程學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科融合，大大煥發(fā)了礦物加工學(xué)科持續(xù)發(fā)展的生機(jī)。礦物加工技術(shù)的發(fā)展勢(shì)必將遵循高效益、低能耗、無污染的發(fā)展趨勢(shì)，并將在以下研究方向形成新的學(xué)科特色。

(一)礦物材料加工與利用高效化

礦物材料加工是指在保留礦物本身主要特征的條件下，研究直接采用各種資源加工制備材料的技術(shù)及其基礎(chǔ)理論[8-9]：主要致力于以非金屬礦為原料，制備各種性能優(yōu)異、應(yīng)用廣泛的礦物材料，其中礦物材料合成、超細(xì)粉體制備、表面改性及與及其基礎(chǔ)研究為本領(lǐng)域的主要研究內(nèi)容。礦物材料的應(yīng)用十分廣泛，如微細(xì)礦物粉體材料在石油化工行業(yè)中,用作填料、催化劑；在電子行業(yè)中,用作光電波吸收材料、磁記錄材料、電子漿料等[10]。將非金屬礦深加工與高效化利用與非金屬礦物性能研究相結(jié)合，大大提高了中國非金屬礦資源的附加值。中國菱鎂礦資源占世界總儲(chǔ)量的1/4，主要出口附加值比較低的菱鎂礦或活性氧化鎂，但高附加值的納米氫氧化鎂產(chǎn)品還要靠進(jìn)口。因此，如何將新理論、新科技應(yīng)用到礦物材料的加工過程中顯得十分必要。

(二)難選礦產(chǎn)資源開發(fā)與利用合理化

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，需求量也越來越多，但由于富礦少、貧礦多的基本特點(diǎn)，難選礦產(chǎn)資源的利用成為了未來發(fā)展的主題。以鐵礦石為例，中國鐵礦資源的主要特點(diǎn)是"貧、細(xì)、雜、散"，品位高、較易選別的鐵礦石較少，而成分復(fù)雜、品位較低的難選鐵礦石較多。同時(shí)，鐵資源的需求量很大，如果不合理開發(fā)利用難選礦產(chǎn)資源，根本不能滿足鋼鐵工業(yè)的需求。2003年，中國成為世界第一大鐵礦石進(jìn)口國，進(jìn)口鐵礦石達(dá)1.5億噸，至2009年，礦石進(jìn)口量增至6.28億噸，受金融危機(jī)和價(jià)格的直線飆升的影響，致使鋼鐵企業(yè)虧損慘重。因此，緊密結(jié)合區(qū)域資源特點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)難選礦石的選別工藝與技術(shù)的研究，合理開發(fā)和利用我國難選礦產(chǎn)資源非常重要[11]。

(三)礦物加工傳統(tǒng)工藝信息化

選礦領(lǐng)域是一個(gè)多目標(biāo)、大型、復(fù)雜的問題求解系統(tǒng)[12]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及信息時(shí)代的到來，信息化與傳統(tǒng)科學(xué)的嫁接改造成為工業(yè)發(fā)展進(jìn)步的一股強(qiáng)勁力量。選礦領(lǐng)域信息化的初始發(fā)展受選礦數(shù)學(xué)模型、控制儀表及計(jì)算機(jī)軟件3個(gè)條件的約束，僅局限于數(shù)學(xué)模型、數(shù)值模擬、過程仿真、過程控制、輔助設(shè)計(jì)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)決策和信息管理等方面，后發(fā)展到涉及人工智能技術(shù)的圖象識(shí)別、在線品位分析檢測(cè)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳技術(shù)、專家系統(tǒng)等方面。近年來科研工作者將建立與礦物加工專業(yè)相關(guān)的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型專家系統(tǒng)作為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

(四)礦產(chǎn)資源綜合利用生態(tài)化

中國礦產(chǎn)資源嚴(yán)重緊缺，礦山資源綜合利用率遠(yuǎn)低于世界先進(jìn)水平，急需大力加強(qiáng)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用技術(shù)研究，提高資源利用率，開發(fā)廢棄物等資源化利用技術(shù)，建立發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的技術(shù)示范模式。自然資源的短缺將成為國家經(jīng)濟(jì)高速增長的嚴(yán)重阻力，環(huán)境污染將制約經(jīng)濟(jì)高速增長的環(huán)境空間。用低排放、無污染、高效率、可持續(xù)的發(fā)展模式代替高投入、高消耗、高排放、難循環(huán)、低效率、不可持續(xù)的礦產(chǎn)資源開發(fā)模式顯得尤為緊迫。因此，在"十三五"期間，國家將盡快實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式的根本轉(zhuǎn)變、強(qiáng)化資源管理、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)作為戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要目標(biāo)，其核心內(nèi)涵即以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，突出資源節(jié)約與高效利用，著力自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)無尾礦山。

隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加速，固廢的產(chǎn)生量越來越大。加強(qiáng)對(duì)固廢的高效綜合回收及循環(huán)使用,對(duì)解決固廢污染環(huán)境及促進(jìn)未來經(jīng)濟(jì)高速可持續(xù)有著重要的實(shí)踐意義和現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)在礦物加工技術(shù)工作者對(duì)于工業(yè)廢渣，建筑垃圾，電子廢棄物以及生活垃圾等方面的綜合利用已開展研究，但還有待于拓寬與加深[13-14]。例如，金屬尾礦在制備裝飾材料、微晶玻璃絕緣子等綠色產(chǎn)業(yè)鏈等方面的研究工作，將會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山廢棄物的生態(tài)化開發(fā)利用，對(duì)礦山無污染生產(chǎn)與礦山無尾礦排放產(chǎn)業(yè)模式的形成具有重大的推動(dòng)作用[15-16]。

礦產(chǎn)資源高效化與生態(tài)化利用，可以降低礦產(chǎn)資源開發(fā)利用對(duì)生態(tài)環(huán)境的沖擊和提高礦產(chǎn)資源利用價(jià)值，中國在資源與環(huán)境微生物技術(shù)、礦山固廢循環(huán)高效應(yīng)用和貴金屬礦產(chǎn)資源綜合利用方面進(jìn)行了深入的研究工作。其中，微生物技術(shù)在選礦中的應(yīng)用表現(xiàn)出高效、低耗和低環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)。通過本方向的建設(shè)，重點(diǎn)要將礦石開采、加工、冶煉以及由此產(chǎn)生的環(huán)境污染治理等方面的工藝過程與新興的生物技術(shù)緊密地結(jié)合在一起，啟動(dòng)資源與環(huán)境微生物技術(shù)方面的研究工作。在礦山固體廢棄物的綜合利用方面，依據(jù)自然的啟示，建立一種新的概念---資源開發(fā)利用生態(tài)化。運(yùn)用工業(yè)生態(tài)觀點(diǎn)，在最大限度地利用資源的同時(shí)，將負(fù)面生態(tài)環(huán)境影響降到最低，實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展。

四、結(jié)語

為達(dá)到對(duì)礦產(chǎn)資源的綜合利用與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展，節(jié)約能耗，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的，對(duì)礦物加工學(xué)科及其相關(guān)學(xué)科的深層發(fā)展顯得尤為重要。在構(gòu)建新型學(xué)科特色方面，應(yīng)大力提倡打破專業(yè)樊籬和學(xué)科壁壘，加強(qiáng)不同專業(yè)科技工作者之間的交流、溝通、合作。為此，礦物加工專業(yè)必須結(jié)合高校存在的問題和趨勢(shì)，進(jìn)行課程改革和相關(guān)的科研研究。以科研推動(dòng)教學(xué)，充分結(jié)合產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型礦物加工人才，是礦產(chǎn)資源高效開發(fā)利用和持續(xù)發(fā)展的重要保證。

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Integrating Traditional Discipline Advantages and Building New Discipline Characteristic: Taking Discipline of Mineral Processing as Example

BAI Li-mei, MA Yu-xin, ZHANG Jin-rui, ZHAO Li-bing

(College of Mining Enginerring, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063009, China)

:mineral processing; professional situation; discipline characteristic; development direction

The development process of mineral processing in the domestic is analyzed in the field of China's industrialization process. The development problems and troubles of the mineral processing discipline in colleges and universities is discussed in the process of industrialization in China. The development guidance of China's industrialization process is informatization and ecological. The informatization and ecological is blended in mineral processing discipline. The development train of thought and several trends of the development of mineral processing discipline is put forward. It shows the prospects and vitality of the development of mineral processing.

2095-2708(2017)01-0110-04

G642.0

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