論新形勢下礦物加工工程專業(yè)的發(fā)展

劉 陽

礦產(chǎn)資源屬于不可再生資源，隨著開采時間的增加與開采規(guī)模的擴(kuò)大，我國礦產(chǎn)資源總量持續(xù)減少。在礦產(chǎn)業(yè)競爭日益白熱化的背景下，提高礦業(yè)生產(chǎn)的效率與質(zhì)量，降低生產(chǎn)消耗水平以及提升礦業(yè)生產(chǎn)的信息化水平進(jìn)而提高企業(yè)市場競爭力與經(jīng)濟(jì)效益成為礦產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)長效發(fā)展的必然措施。通過引入傳感識別技術(shù)、電子信息技術(shù)以及計算機(jī)控制技術(shù)等，目前國內(nèi)一些大型選礦企業(yè)已經(jīng)著手進(jìn)行傳統(tǒng)選礦生產(chǎn)作業(yè)的創(chuàng)新轉(zhuǎn)型，力求實現(xiàn)企業(yè)管理信息化、生產(chǎn)設(shè)備高度自動化以及生產(chǎn)過程集成化與綜合化，響應(yīng)工業(yè)4.0的號召，積極推進(jìn)現(xiàn)代化集成制造業(yè)的發(fā)展。

1 預(yù)選拋尾技術(shù)

1.1 概述

選礦廠的碎磨投資及生產(chǎn)經(jīng)營費(fèi)用均占主要部分，而選礦廠生產(chǎn)能力的大小由磨礦決定，選礦的基本原則為多碎少磨、能收早收及能丟早丟；預(yù)選拋尾技術(shù)根據(jù)礦石中不同礦物顆粒的密度、磁性、導(dǎo)電性、光澤及放射性等的差異，利用光電選礦、重選、磁選及浮選等預(yù)選拋棄部分廢石、脈石或低品位礦石，因而預(yù)選拋尾技術(shù)多用在粗磨或細(xì)磨等作業(yè)前。

1.2 預(yù)選拋尾設(shè)備及在選礦中應(yīng)用

1.2.1 光電選礦拋尾

光電選礦技術(shù)是非常重要的預(yù)選拋尾技術(shù)之一，主要用于塊狀礦石的預(yù)選拋尾，目前比較成熟的光電選礦技術(shù)主要有色選和X射線分選（XRT）。

色選主要利用可見光、紫外光、紅外線等照射礦石，利用探測器探測礦石中不同礦物的顏色、透明度、光澤、反射率及吸收率等表面特征差異，進(jìn)一步通過圖像識別和分選執(zhí)行機(jī)構(gòu)將有用礦物與脈石選別分離。浙江省遂昌縣湖山螢石礦為解決50mm～10mm粒級螢石難以人工揀選的難題，引進(jìn)履帶式色選機(jī)進(jìn)行選礦分離，選別出的含CaF2達(dá)到80%左右精礦以便對外銷售，選別出的含CaF2約50%左右的尾礦再送浮選廠進(jìn)行選別處理。廣西珊瑚鎢錫礦采用Mogensen Sort Typ AP1200色選機(jī)進(jìn)行預(yù)選拋尾，與手選拋廢相比提高拋廢率14%，精礦品位相應(yīng)提高了16%，人工成本每年節(jié)省180余萬元，減少選礦處理成本229.8萬元/年。南非某含金石英脈礦石，采用光電揀選機(jī)預(yù)選拋尾后，原礦石金品位由2.5g/t提高至6.5g/t。

由于每種元素的特征X射線均是唯一的，X射線分選利用礦石在受到X射線照射后，礦石中所含元素受到激發(fā)產(chǎn)生特征X射線，通過測定特征X射線的能量及特征X射線的強(qiáng)弱，以確定相應(yīng)的元素及其含量，從而通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)將有用礦物與脈石選別分離。X射線分選設(shè)備選別精度高，已應(yīng)用于黑色金屬礦、有色金屬礦、貴金屬礦及煤礦等的預(yù)選拋尾工作。酒鋼樺樹溝鐵礦石采用XNDT-104射線智能分選機(jī)進(jìn)行預(yù)選拋廢，拋廢率13%左右，能夠取得尾礦品位小于10%、鐵回收率大于96%及預(yù)選粗精礦鐵品位提高3.6個百分點以上的指標(biāo)。浙江某低品位鉛鋅礦，采用XNDT-104射線智能分選機(jī)進(jìn)行了拋廢分選，拋廢率為27.42%，拋出的廢石鉛+鋅品位0.27%，低于浮選尾礦鉛+鋅品位0.3%，鉛和鋅回收率分別為94.59%和94.2%。湖南某低品位鎢鉬礦采用LPPC1-50型X射線輻射揀選機(jī)進(jìn)行半工業(yè)試驗，40mm～20mm和20mm～10mm兩個粒級的塊狀礦石綜合拋廢率達(dá)到39%，鉬和WO3的綜合損失率分別為10.67%和5.78%。某金銅共生礦石采用俄羅斯葉卡捷琳堡市科技公司研制的SRF3-150型X射線輻射分選機(jī)預(yù)選，150～90mm粒級獲得銅品位1.26%、回收率96.27%與金品位為9.80g/t、回收率90.61%的預(yù)選精礦，90mm～30mm粒級獲得銅品位為1.32%、回收率為98.69%與金品位為6.77g/t、回收率為96.75%的預(yù)選精礦，全流程預(yù)選拋尾產(chǎn)率達(dá)35.08%。大同煤礦集團(tuán)臨汾宏大豁口煤礦引進(jìn)波蘭生產(chǎn)的CXR-1000型X射線分選機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)應(yīng)用，分選后的精煤中含矸量可控至在5%以下，精煤發(fā)熱量比原煤增加544kcal/kg。

絕大多數(shù)礦石都可以用光電選礦技術(shù)進(jìn)行預(yù)選拋尾，且光電選礦技術(shù)用于預(yù)選拋尾工藝系統(tǒng)簡單、投資省及運(yùn)行成本低，尤其可用于缺水地區(qū)進(jìn)行干式選別拋尾，并易于實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化、自動化，具有廣闊的應(yīng)用前景，但光電選礦技術(shù)存在單臺設(shè)備處理量低，且主要局限于10mm～90mm粒度范圍的礦石分選。

1.2.2 重選拋尾

重選是利用有用礦物和脈石之間的密度差異而進(jìn)行分選的選礦方法，常用的重選拋尾有溜槽、跳汰機(jī)和離心選礦機(jī)，此外懸振錐面選礦機(jī)和重介質(zhì)選礦等亦有應(yīng)用。應(yīng)用重選設(shè)備進(jìn)行預(yù)選拋尾，可以拋出部分脈石，同時大量的礦泥也會隨脈石一同拋出，對拋尾后的礦石選別性能具有較好的改善作用。

溜槽選礦借助在斜槽中流動的水流進(jìn)行礦石的選別分離，溜槽結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、無傳動部件且不需動力，其用于預(yù)選拋尾具有單位面積處理量大和成本低等特點，是非常重要的重選拋尾設(shè)備之一。

多種重選技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用，使得重選拋尾能適應(yīng)粗粒和細(xì)粒礦石的處理需要，并兼顧了處理能力大、運(yùn)營成本低且對環(huán)境污染小的優(yōu)點，但重選工藝復(fù)雜、用水量大及分選效率普遍較低，且密度差異較小的有用礦物與脈石的預(yù)選拋尾仍存在不足，更難以對微細(xì)粒礦石進(jìn)行規(guī)?；咝У念A(yù)選拋尾。

1.2.3 磁選拋尾

磁選是根據(jù)礦石中礦物的磁性差異而使不同礦物實現(xiàn)分離的一種選礦方法，磁選設(shè)備的性能決定了磁選的入選粒度范圍、處理能力及選別效率等。

磁選用于選礦歷史悠久，但最初用于選別強(qiáng)磁性礦石，而用于弱磁性礦石的選礦相對較晚，受磁選技術(shù)的發(fā)展影響，利用弱磁場磁選機(jī)對強(qiáng)磁性礦物進(jìn)行預(yù)選拋尾也更為成熟；但為了強(qiáng)化選別分離，磁選拋尾設(shè)備主要由單一力場磁選機(jī)向復(fù)合力場磁選機(jī)發(fā)展，以提高拋廢處理量、選擇性及粒級適應(yīng)性。磁滑輪有永磁的和電磁的兩種類型，磁滑輪預(yù)選拋尾工藝簡單、投資少、效率高，是最為常見的磁選拋尾設(shè)備。

磁選拋尾技術(shù)的深入研究表明，礦石的破碎方式及選別介質(zhì)對磁選拋尾效果影響甚大。與傳統(tǒng)破碎相比，利用層壓破碎原理的高壓輥磨，不僅能使礦石得到更高的破碎比，且高壓輥磨粉碎能沿不同礦物之間產(chǎn)生較多的解離裂紋，從而提高破碎產(chǎn)物的單體解離度，可進(jìn)一步改善預(yù)選拋尾技術(shù)指標(biāo)。

2 新型磁選方法和工藝

通過綜合分析現(xiàn)階段世界礦業(yè)和設(shè)備市場的實際發(fā)展情況和發(fā)展需求等，同時結(jié)合自身的基本特點，合理的選擇了一些采礦設(shè)備，并在磁選時加以綜合運(yùn)用，以此促使目前全世界礦業(yè)發(fā)展中遇到的難題都可以得到有效解決，另外，目前所運(yùn)用的選礦設(shè)備通常為全自動化設(shè)備。不管是裝備自身，還是工藝流程均得到了明顯提升。

2.1 高場強(qiáng)復(fù)試脈動預(yù)磁器應(yīng)用

高場強(qiáng)復(fù)試脈動預(yù)磁器的應(yīng)用，不單單可以大幅度的提高鐵選廠的生產(chǎn)量，同時還可以極大的提高金屬回收率，另外，該設(shè)備在實際運(yùn)行中，能夠重復(fù)測試脈動高場強(qiáng)預(yù)磁弱磁性礦物。實現(xiàn)強(qiáng)預(yù)磁以后，原本磁性較弱的礦物，其磁場通常會明顯變強(qiáng)，并且該磁場的高強(qiáng)度磁性能夠維持一段時間，并不會立即消失。在設(shè)備運(yùn)行的過程中，必須嚴(yán)格的按照選礦工藝流程進(jìn)行操作，對于多數(shù)磁性較弱的礦物來說，并通常很難利用磁選機(jī)將其選取出來，其主要原因在于這些弱磁礦物，一般含豐富的鐵，所以并不會輕松的被選取，致使該礦物只能被浪費(fèi)，極大的降低了選礦工作中的回收金屬的有效率，這對于企業(yè)來說，顯然是嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。但是在對弱磁性礦物完成預(yù)磁處理后，回收金屬效率將得到大幅度提高。在這一過程中應(yīng)用的主要高場強(qiáng)復(fù)式脈動預(yù)磁器設(shè)備由強(qiáng)預(yù)磁線圈、預(yù)磁器線圈、控制箱和主電路等構(gòu)成。該設(shè)備在分選弱磁性礦石時，受很多因素的影響，分選工作的效果除了會受礦物比磁比系數(shù)差異所影響以外，同時還會受到組成礦石剩余磁量的大小所影響。在實際進(jìn)行分選工作時，若想獲得較好的分選工作效果，可以先利用電磁在礦物入選前進(jìn)行攪拌處理，以此產(chǎn)生更大的螺旋震動力。從而促使礦漿中的礦物可以按照相應(yīng)的比重進(jìn)行分層，同時還能夠進(jìn)一步強(qiáng)化磁場。但是因為礦粒本身具備一定的頑矯力和剩磁，原磁團(tuán)進(jìn)入磁選機(jī)后，其受到的磁力通常要比單個礦粒大，從而促使礦尾打撈機(jī)可以獲得較好的工作效果，并且還可以實現(xiàn)產(chǎn)量提高10%～20%，而且回收金屬的效率也能夠得到一定提升。該設(shè)備在工作中還會產(chǎn)生較好的高磁力脫泥槽分選效果，在礦物入選前需要預(yù)磁化處理磁粒，以此磁化礦漿的磁場，實現(xiàn)磁化后，將所有磁粒凝聚在一起，以此組成一個較大的磁粒團(tuán)，其將擁有更大的頑矯力與剩磁，并且還可以保留下來

2.2 感應(yīng)輥式磁選機(jī)

感應(yīng)輥式磁選機(jī)是一種干式強(qiáng)磁選設(shè)備，其主要由三個部分構(gòu)成，分別為傳動系統(tǒng)、分選系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)、分選系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，在該設(shè)備運(yùn)行的過程中，為了防止因為渦流發(fā)熱而導(dǎo)致傳動功率降低，輥子所選擇使用的導(dǎo)磁鋼片較薄，也可以選擇使用不具備磁性的圓型鋼片。感應(yīng)輥式磁選機(jī)運(yùn)行時首先需要完成的任務(wù)就是分選。分選任務(wù)是利用相鄰的原磁極來實現(xiàn)的，在磁輥表面形成的磁場，其極性與相鄰原磁極相反，同時還會在磁輥齒尖上形成指向磁輥的梯度高磁場。若想在感應(yīng)輥的表面準(zhǔn)確的落有物料，被輥吸住，以此將物料從磁場轉(zhuǎn)離，進(jìn)入到料槽中，同時促使不具有磁性的物料可以在重力與離心力的共同作用下排出。預(yù)磁器在運(yùn)行的過程中，會按照磁鐵的礦磁性強(qiáng)度進(jìn)行篩選，對于磁性較弱或者是場強(qiáng)較低的物料，磁選槽中的溢流品將有所降低，從而確保磁鐵礦粒獲得剩磁較大。另外，礦漿進(jìn)入磁選槽前，同樣需要先進(jìn)行磁化處理。

在設(shè)備運(yùn)行的過程中，預(yù)磁器通常都是對磁粒進(jìn)行磁化處理，預(yù)磁器主要包括兩種，分別為電磁預(yù)磁器和永磁預(yù)磁器。通常情況下，在實驗室開展試驗研究活動時會運(yùn)用到電磁預(yù)磁器，而進(jìn)行磁選生產(chǎn)時會運(yùn)用到永磁預(yù)磁器。脫磁器指的是在完成磁選任務(wù)或者是完成磁化處理后，將原本具有較強(qiáng)磁性的顆粒的磁性去除，將剩余的磁性分散到儀器上。使用脫磁器的目的是對磁鐵礦先進(jìn)行研磨，在進(jìn)行清洗任務(wù)前先完成脫磁，以此最大限度的防止其被事先的磁化所影響，同時降低因為過粉而影響到高磁力脫泥槽的分選工作效果。在入選前，首先要對礦粒進(jìn)行磁化處理，經(jīng)過一段時間的磁化磁場作用后，再使用細(xì)粒強(qiáng)磁性物料進(jìn)一步磁化，以此獲得更大的磁粒團(tuán)，這時磁團(tuán)粒所具備的矯頑力與剩磁通常比較大，并且還可以保留下來。但是相對于不具備任何磁性的顆粒來說，磁粒團(tuán)沉降的速度要更快一些，并且對后續(xù)進(jìn)行的磁力脫泥等工作流程，也具有一定的優(yōu)勢。

進(jìn)行式樣分析時通常會運(yùn)用到磁選管，其含有較多的強(qiáng)磁性成分，通常又被稱之為濕式弱磁場磁力分析儀。該儀器由磁系和玻璃管兩部分組成，其形成的電磁磁系屬于閉合回路，相對來說，極頭的極距較大。在玻璃管內(nèi)有兩個口，分別為給料口和給水口，并且在玻璃管的下方還設(shè)有排料口，排料口的形狀為尖縮形狀。在儀器運(yùn)行的過程中，首先，需要在玻璃管內(nèi)引入清水，將水位調(diào)節(jié)到恰當(dāng)?shù)奈恢煤螅谑褂弥顾畩A進(jìn)一步調(diào)節(jié)進(jìn)出口，以此將水流量維持在恰當(dāng)?shù)奈恢?，同時保持水流量始終處于平衡狀態(tài)。在完成這些處理操作后，將電源接通，以此在磁選管中給入漿料，同時在磁選管尾部的接取漿料。完成漿料接取后，具有磁性的物質(zhì)會被磁力吸附到管壁上，同時在玻璃管內(nèi)在旋轉(zhuǎn)升降的作用下，其所篩選出來，從而獲得不具備磁性的顆粒和細(xì)泥等，并這些物質(zhì)有效排除干凈，隨后將電源切斷。接著對具有磁性的產(chǎn)物，做進(jìn)一步的脫水、干燥和稱重等處理，完成這一系列的處理后，最后計算出漿料的產(chǎn)出率和回收金屬的效率。

3 工藝礦物學(xué)在礦產(chǎn)加工中的應(yīng)用

3.1 選礦引導(dǎo)

在大力開發(fā)與利用礦物資源的過程中，首先工作人員必須詳細(xì)的、全面的、準(zhǔn)確的掌握礦物的主要成分、礦物質(zhì)的顆粒程度以及其中礦物質(zhì)的含量，其次，工作人員還需要結(jié)合礦物理論，明確選礦的具體指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，以此保證選礦工作的科學(xué)性與合理性，深入的分析礦物中的物質(zhì)含量和重要組成，可以為選礦工作的進(jìn)行提供重要的數(shù)據(jù)信息支撐。

3.2 礦物加工

通過分析工藝礦物學(xué)理念與相關(guān)內(nèi)容，了解到部分礦石的篩選工作存在一定難度的主要原因，根據(jù)相關(guān)學(xué)說的研究，將相關(guān)的參數(shù)一一列舉出來，同時在礦物加工中融入這些參數(shù)，可以為礦物篩選工作的進(jìn)行，制定一個全面的、詳細(xì)的加工方案。例如，在研究轉(zhuǎn)爐渣技術(shù)時了解，結(jié)合工藝礦物學(xué)相關(guān)理論，轉(zhuǎn)爐渣的構(gòu)成，一半以上為礦物元素，該礦物相對來說很容易發(fā)生磨損。若想在篩選的過程中，提高礦物的利用度，篩選礦物的工作人員，需要精細(xì)化的研磨礦物，以此將礦物晶體和脈石礦物更加方便和更好地分離開，隨后通過對工藝礦物學(xué)中有關(guān)理論知識的研究，準(zhǔn)確的了解礦物中包括的各種有益元素和礦物自身的變化趨勢，以此為后續(xù)礦物開采工作，創(chuàng)造更好的研究平臺，從而提高礦物的開采率。通過調(diào)查和分析過去的數(shù)據(jù)資料等發(fā)現(xiàn)，很多礦物加工工作人員針對礦物的化學(xué)元素做出了深入分析，但是整個分析的過程，很容易被一些因素所影響，致使預(yù)期的結(jié)果與最終的分析結(jié)果之間出現(xiàn)了差異，其主要原因可能在于礦物顆粒較小、并且其中的一些金屬礦物為非常規(guī)金屬礦物。這就導(dǎo)致礦物中含有的非金屬類礦物變得更少，這勢必會影響礦物的整質(zhì)量。為此，可以通過對礦物工藝學(xué)理論的研究，及時發(fā)現(xiàn)其中是否存在任何異常的不足與問題，并結(jié)合篩選礦物的具體流程，為礦物的開發(fā)提供重要的參考。

3.3 氣相色譜法

在加工礦物的過程中，檢測礦物元素經(jīng)常會運(yùn)用的一種方式為氣相色譜法，該方法的運(yùn)用，可以用來進(jìn)行礦物粉末的收集，同時分析利用礦物粉末制作而成的樣品。對于不同的礦物元素來說，其具備的物理和化學(xué)性質(zhì)也有所不同，所以可以結(jié)合礦物元素自身的不同性質(zhì)進(jìn)行分類與準(zhǔn)確鑒別，以此分析各種元素的具體含量?，F(xiàn)階段，部分技術(shù)人員利用氣相色譜法，將其內(nèi)容制作形成了電信號，通過成像技術(shù)對礦物中的元素組成成分進(jìn)行更加直觀的判定。工藝礦物學(xué)應(yīng)用后，技術(shù)人員在采用氣相色譜法進(jìn)行礦物元素分析的過程中，采用的儀器種類不斷增多，目前比較常用的是電子捕獲檢測器，其能夠?qū)ΦV物中的放射性物質(zhì)進(jìn)行精準(zhǔn)捕獲，還能對特定元素的含量進(jìn)行清晰的辨別，從而形成氣相色譜圖表。一般情況下，在礦物特制樣品與粉末中，不同的放射性物質(zhì)，其成像結(jié)果也存在明顯的差異。因此，開采礦物資源的工作人員在進(jìn)行礦石數(shù)據(jù)收集時，可以根據(jù)工藝礦物學(xué)相關(guān)理論，通過電子捕獲檢測器的利用進(jìn)行收集，以此充分體現(xiàn)礦物中各元素的具體含量和比重。對于不同批次、不同地區(qū)的礦物資源來說，其鑒別數(shù)據(jù)信息也有所不同。除此之外，通過電子捕獲檢測器的利用，還針對礦物物質(zhì)的主要構(gòu)成元素進(jìn)行了分析，以此便于后續(xù)礦石資源的篩選。

3.4 高效液相色譜法

高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（HPLC-MS）由3部分組成，包括LC、接口和MS。由于LC是液相分離技術(shù)，但MS卻要求在高真空條件下工作，因此聯(lián)用的主要困難是接口。經(jīng)過多年發(fā)展，大氣壓電離化技術(shù)（API）發(fā)展成為LC/MS的接口技術(shù)，這使得LC-MS發(fā)展成可供常規(guī)使用的檢測分析方法。API包含電噴霧離子化（ESI）、大氣壓化學(xué)離子化（APCI）和大氣壓光離子化（APPI）等。與此同時，液相分離技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了高效液相色譜儀（HPLC）；計算機(jī)、電子、真空和質(zhì)譜離子化技術(shù)的進(jìn)步，研發(fā)出了三重四級桿質(zhì)譜儀。

通過高效液相色譜法還可以分析礦物中各元素，該技術(shù)可以在原有的平臺基礎(chǔ)上，為一些不穩(wěn)定元素混合物的檢測提供更加精確的數(shù)據(jù)，得到的礦物數(shù)據(jù)也更加詳細(xì)。在對礦物中的不穩(wěn)定元素進(jìn)行檢測時，高效液相色譜法有效地避免了高沸點、遇熱后不穩(wěn)定等問題，制備了標(biāo)準(zhǔn)的檢測液，通過紫外線對溶解在液體內(nèi)的礦物進(jìn)行照射，不同物質(zhì)的吸收率不同，檢測人員借助此種特點對礦物質(zhì)中的元素成分與含量進(jìn)行判定。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，高效液相色譜法的應(yīng)用中，紫外線吸收檢測器是一種比較常用的檢測儀器，此種檢測器對不同紫外線的吸收率進(jìn)行識別檢測，有效地避免了不穩(wěn)定元素對檢測結(jié)果造成的影響，得到的檢測結(jié)果更加客觀，真實度還比較高，為后續(xù)的礦物加工工作提供了準(zhǔn)確的參考。

4 結(jié)語

綜上所述，雖然我國礦物加工技術(shù)相較于國外發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距，但是近幾年在國家大力倡導(dǎo)科技創(chuàng)新的背景下已經(jīng)取得了不錯的成績。為了提高選礦生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量，推動我國選礦生產(chǎn)企業(yè)從傳統(tǒng)生產(chǎn)模式向自動化控制生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)型，需要結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)情況進(jìn)行信息化建設(shè)，加大自動化控制系統(tǒng)的研發(fā)力度，提高應(yīng)用水平，同時加大專業(yè)檢測儀表的研發(fā)力度。