礦物加工工程技術發(fā)展和研究新領域分析

張宏亮

進入21世紀后，社會發(fā)展、自然環(huán)境與人口之間的矛盾日益突出，社會發(fā)展與自然環(huán)境之間的關系日益受到社會各界的重視。當今社會，隨著人口的迅速增加，自然生態(tài)環(huán)境受到嚴重的影響，對自然資源的需求日益增加。水資源、礦產資源短缺已成為一個巨大的社會問題。不斷增長的經濟發(fā)展需求，使得人們越來越重視采礦和加工，因此，礦業(yè)企業(yè)要進一步強化對礦石的技術、工藝的管理，采用新思想、新措施、新方法，積極引進國外的新技術，采用更先進的生產設備，不斷擴大研究范圍，提升礦石的生產效率以及礦產資源的利用率，以有效解決資源、人口和環(huán)境問題，滿足社會對資源的需要，為社會的快速發(fā)展提供源源不斷的動力。

1 礦物加工工程技術的概述

礦物加工工程，也就是所謂的礦物工程學和選礦工程，是指根據(jù)礦石的物理化學特性，通過物理、化學、生物等多種方法，將礦石因素進行處理和分離，從而達到最佳的處理效果。選礦工藝是礦物加工的一個重要前提，目前的選礦方式是回收、處理，這種選礦技術是從淘金時代就有的，但那時還不能稱為選礦。隨著我國礦產資源開發(fā)利用的不斷深入，國內對礦物處理的工程技術也日益重視。19世紀的采礦技術還沒有發(fā)展起來。20世紀60年代，電化學為該領域開辟了一條新的道路，使得我國的選礦技術迅速發(fā)展，并取得了較大的發(fā)展。它從冶金、采礦、材料等領域脫離出來，成為獨立的學科，其中浮選、電選、重選、磁選和輔助工藝是選礦工程的主要組成部分。隨著社會的飛速發(fā)展，礦產資源的開發(fā)也達到了一個新的高度，人們對礦產資源和環(huán)境問題的重視程度也在不斷增加，礦石的需求量也在不斷增加，礦產品的種類也越來越多，對工作人員的要求標準也逐漸提高。因此，對礦物工業(yè)進行深入的研究具有重要的現(xiàn)實意義。

2 礦物加工工程技術發(fā)展的必要性

2.1 基于社會需求的要求

從當前的發(fā)展情況來看，國內的礦產資源利用效率已達到國際先進水平。我國的礦產資源雖然豐富，但是其開發(fā)利用面臨著很多問題，而要實現(xiàn)經濟的發(fā)展，推動我國社會的發(fā)展，就必須要合理地開發(fā)和利用礦產資源。為此，應加大對礦物加工工藝的研究與推廣，并注重合理地開發(fā)和利用礦產資源。

2.2 基于特定區(qū)域對礦產處理工程技術的需要

我國的礦產資源分布具有廣泛和不集中的特點，因此，在礦產資源的開發(fā)利用中，往往會遇到一些特定的地理環(huán)境，為了使其具有合理性和有效性，必須合理運用礦物加工技術，使其具有最大的潛力。在我國的經濟發(fā)展中，特別是中西部地區(qū)的經濟發(fā)展比較滯后，而中西部地區(qū)的礦產資源非常豐富，因此，如果擴大對中西部的礦產資源的利用，并適當運用礦物加工技術，可以使當?shù)氐慕洕l(fā)展達到一個新的高度。但在采用礦物加工工程技術時，必須根據(jù)地區(qū)特點，對現(xiàn)有工藝進行改進和優(yōu)化，提高礦石利用率，實現(xiàn)最終的改造目的。此外，盡管礦產資源的開發(fā)可以促進落后地區(qū)的經濟發(fā)展，但在我國中西部，由于地質條件的特殊性，對科技的綜合保障也越來越迫切，所以在實際生產中要重視新技術的應用。

3 礦物加工工程技術發(fā)展的現(xiàn)狀

3.1 缺乏意識，阻礙進展

隨著我國礦業(yè)的發(fā)展，礦物加工企業(yè)對礦石的處理也越來越嚴格和專業(yè)，這就需要礦物處理工程師不僅要具備一定的專業(yè)理論知識，還要具備豐富的工作經驗和技能，這樣才能在多個層面上確保生產的安全、高效。我國高校相關專業(yè)的畢業(yè)生盡管接受過專門的訓練，但由于教學方式單一，教學內容長期不更新，影響了學生的發(fā)展和創(chuàng)新，使他們不能勝任實際的礦物加工工作。如果沒有足夠的經驗，很容易出現(xiàn)安全問題。一旦發(fā)生安全事故，不但會對生產企業(yè)造成巨大的經濟損失，而且對工人的生命和健康都有很大的危害。同時，盡管有些老工人從事礦物加工工作已有相當長的時間，但與剛入職的學生相比，在專業(yè)知識方面仍有很大差距。在礦石處理過程中，缺乏對新工藝、新設備的了解會影響到礦山的安全。此外，某些礦產企業(yè)的經營模式也有其局限性，尤其是在釩鈦精礦選礦技術上缺乏技術支撐、安全事故時有發(fā)生、缺乏對礦石工藝技術的認識不足，導致其發(fā)展速度受到一定程度的誤導。

3.2 缺乏管制

大多數(shù)的礦業(yè)企業(yè)都把精力集中在了如何提高經濟效益上，而忽略了生產過程中的有效監(jiān)督和管理控制。在這種情況下，礦業(yè)企業(yè)的健康發(fā)展將受到極大的影響，而企業(yè)之間的不正當競爭也會越來越激烈。目前，各種自然資源，特別是礦產資源，已經遠遠不能滿足人們的需要。特別是我國大多數(shù)礦業(yè)公司采用單一采礦方法，大量伴生共生礦山被廢棄，回收率約為40%。中國每年有40多萬臺小型鍋爐消耗超過3億噸煤炭，浪費了大量資源。許多礦業(yè)公司產生了一半以上的開采損失。據(jù)計算，煤炭消耗量也逐年增加，這類似于農業(yè)發(fā)展的困境，形成了不良的商業(yè)周期模式，非常不利于礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。此外，還有一些小礦山企業(yè)存在非法采礦、礦山安全等問題，不但對國家礦產資源的可持續(xù)利用造成危害，而且對員工的身體健康造成極大的危害。

3.3 缺乏對科學技術的投資

我國礦物采掘和加工業(yè)總體上是自力更生，開采程度的提高并不能說明加工工業(yè)的發(fā)展。因此，在采礦行業(yè)對伴生礦進行高效利用的時候，雖然開采效率提高，加工工業(yè)卻一直沒有太大的進展。這和科技的發(fā)展有很大的關系，也有很大一部分原因是在礦產開采的時候，技術含量太低，影響到整個行業(yè)的利潤。因此，科技水平的欠缺讓礦業(yè)企業(yè)的節(jié)能減排工作一直沒有得到很好的實施。

4 礦物加工工程技術發(fā)展和研究的新領域

4.1 精加工、深加工領域

充分了解礦物的深度加工和精加工，可以提高礦物的附加值，從而延長礦山的使用壽命。隨著科技的發(fā)展，人們對礦物材料的需求也在不斷的增加，想要獲得更好的礦物材料，就必須要經過進一步的處理，才能得到更好的料。因此，進一步深入地開展礦物加工工程的深加工和深加工研究具有十分重要的意義。在具體的實踐中，首先，針對目前我國礦產資源開發(fā)中遇到的問題，應加強與化學、冶金、計算機、環(huán)保、生物等相關學科的整合，不斷創(chuàng)新、優(yōu)化現(xiàn)有的工藝技術，擴大其應用范圍，通過新工藝、新技術的運用，提高礦石處理工程的綜合水平。同時，要充分認識到礦物資源的綜合利用和分離富集，強化對復雜貧細礦的管理，真正做到資源的生態(tài)化，實行“三廢”治理，重視資源的二次利用與再利用，大力發(fā)展新技術，保證新工藝與新技術的有機結合，使選礦技術和工藝水平不斷提高，使有關科研隊伍由基礎研究轉向高技術，真正實現(xiàn)礦產資源的深加工，有效促進我國選礦項目的發(fā)展，提高我國社會生產力。其次，要擴大選礦工程的應用范圍，積極參與工藝研究，探索新的發(fā)展道路。在當前的資源和技術問題上，組織也需要將環(huán)保、化工、生物、材料、冶金等相關學科結合起來，探索出一條新的道路。在發(fā)展礦產資源的過程中，要把礦產資源的開發(fā)與環(huán)境保護、修復結合起來，以減輕礦產資源的污染，提高廢水、廢物的資源化利用率，改善生態(tài)環(huán)境。近幾年，國內外高校和科研院所對礦物處理工程技術與環(huán)境保護、粉末工程、非金屬無機材料、礦物材料等領域進行了深入研究。另外，在科技發(fā)展的同時，對非常規(guī)礦產資源進行開發(fā)、合理利用、強化工藝技術創(chuàng)新、拓寬選礦工程應用范圍、開發(fā)利用非常規(guī)礦產資源、促進經濟社會發(fā)展。

4.2 新設備、新藥劑領域

原材料、藥品、水等能源的高消耗是限制礦物加工產量和抑制礦物產品消費的重要因素。因此，可以采用新型復合選礦技術、生物選礦技術、高效復合選礦技術、新型高效復合選礦設備來解決這些問題。比如采用復合式選礦和高效的混合選礦藥劑。復合力選礦是指在目標礦物和非目標礦物上，通過對目標礦物和非目標礦物施加不同強度和方向的外力，使它們的運動軌跡和速度發(fā)生變化，從而達到目的礦物和非目標礦物的分離。在使用復合力選礦時，常采用磁力水力旋流器，該旋流器的中央是一塊中空的鐵心，外面也是一圈鐵芯。磁場階梯的方向可以由礦物的比重和礦物的粒徑來確定，如果礦物中的目標礦物比重較低，力量較小，則可以將磁梯的方向對準磁力旋流器的中心。所以，在磁力的作用下，磁性礦物和非磁性礦物可以發(fā)生相反的運動，從而有效地分離出礦物。另外，還需要深入研究白鎢礦的選礦藥劑，以提高礦石工程的效率。白鎢礦本身就是一種很好的礦物，在選礦的時候，最常用的方法就是浮選，不過在實際的選礦中，白鎢礦石的分解是非常困難的，而浮選藥劑的質量要求也很高，這也是為什么要深入研究白鎢礦的原因。通常，有4種常用的藥劑用于白鎢礦：非極性藥劑、良性藥劑、陽離子藥劑以及陰離子藥劑。而在這些藥劑中，最常用的就是陰離子藥劑，傳統(tǒng)的藥劑無法將白鎢礦和其他含有鈣質的脈石礦物分開，所以需要將傳統(tǒng)的塔爾油、油酸鈉、油酸轉化為螯合劑、鈴酸類、磷酸類、磺酸類藥劑，提高藥劑的捕收性、選擇性和可溶性。隨著國內對新的礦物工程學藥物的開發(fā)，一種具有很高商業(yè)價值的新藥劑被開發(fā)出來。采用此物料的混合，可獲得較好的分選操作。比如，有學者在廣東粵北地區(qū)發(fā)現(xiàn)了夕卡巖型白鎢礦，以碳酸鈉為調節(jié)劑，硅酸鈉為抑制劑，而R31則是整個浮選工藝中的捕收劑，

先將鎢礦進行粗選，然后用Na2SiO3進行精細篩選，最終使得到的第一級白鎢礦的質量達到了75.26%。

4.3 清潔煤炭工程技術

煤炭是國家的主要能源來源，在許多方面都發(fā)揮了較大的作用。但是，由于我國目前開采和加工的煤炭中存在大量的As、S元素，這些元素在使用過程中會釋放出大量的SO2等有毒氣體，一旦進入大氣，將會對環(huán)境造成極大的危害，甚至會危及人類的健康。目前，煤炭清潔技術、煤炭加工與回收技術是當前我國礦物加工技術與環(huán)保急需解決的問題之一。

5 我國礦物加工工程技術的發(fā)展建議及改善措施

隨著社會的飛速發(fā)展，我國的礦產加工業(yè)也得到了前所未有的發(fā)展。現(xiàn)在，礦石開采的時候，一般都會選擇面積比較大的地方，這樣既可以獲得大量的礦產資源，又可以滿足基本的生產需要，所以，礦物加工方向的發(fā)展趨勢就是大規(guī)模的工業(yè)。隨著越來越多的大型企業(yè)的建設，對工藝的要求也越來越高，礦物加工工程的工藝技術應該得到進一步的發(fā)展，才能讓大型企業(yè)的生產水平得到進一步的提高。

5.1 維持傳統(tǒng)礦產加工工程技術實踐與研究工作

繼續(xù)采用傳統(tǒng)的采礦工藝，不斷提升礦石精煉、難處理礦產的開發(fā)、非一次性可再生資源的回收利用、礦山環(huán)境保護等領域的研究和開發(fā)水平；國家在充分利用、富集和分離礦產資源的過程中，要大力培育品種多、質量低、難處理的礦產資源，加強對非原生資源的再利用，重視廢水、廢氣和廢物的處置，以及對礦業(yè)環(huán)境的保護。

5.2 拓寬流程研究與應用領域

由于技術和資源的改變，必須加強與鄰近的學科如化學、冶金、信息學、環(huán)境保護、生物學、材料等學科的整合、交叉和滲透，以拓展創(chuàng)新科學的研究領域，使其與技術的融合。近幾年，隨著科學技術的進步，選礦工程技術的發(fā)展，選礦工程技術也在不斷探索新的工藝和技術，向綠色、高效、低能耗方向發(fā)展。在此基礎上，可將傳統(tǒng)的選礦工程技術與水資源處理、礦物材料、資源高效利用、環(huán)境治理與修復技術、無機非金屬材料、礦山環(huán)境保護等方面綜合應用，以及將非重要資源和其它專業(yè)的綜合利用。中國正處在一個新的發(fā)展階段，在新的礦產資源開發(fā)的過程中，應該增加一些新的要素，比如更多的工人、更先進的科技，這樣才能更好地發(fā)展。同時，在進行實際研究和創(chuàng)新的同時，也要重視節(jié)能和環(huán)境保護。在發(fā)展選礦工程技術時，必須注意將綠色思想融入到礦產加工工藝中，加強節(jié)能減排的研究，保證其高效率、低能耗的特點，從而促進礦產資源的持續(xù)健康發(fā)展?；蚩稍诘V物綜合利用、富集與分離等方面尋求創(chuàng)新工藝，發(fā)展選礦工程技術與水資源處理、礦物材料資源的高效利用，優(yōu)化加工技術，注重環(huán)境保護和恢復。綠色是一個民族發(fā)展的一個重要標志。加強環(huán)境保護意識是大型工程技術發(fā)展的根本，同時，也間接地節(jié)省了礦產資源，對中國經濟的長遠發(fā)展作出了巨大的貢獻。

5.3 對礦物加工工程技術的清晰掌握

發(fā)展和研究新領域是需要時間的。在當前的發(fā)展階段，如何對新的礦山進行合理的開發(fā)已經是一個很大的課題。因此，礦物加工工程不但要將專業(yè)技能與化學、物理等相關的學科結合起來，以豐富新的研究領域，更好地為廣大人民服務，更好地適應現(xiàn)代社會的需要，還必須擴大科技應用范圍，實現(xiàn)對資源的科學利用。要提高礦物加工技術，必須從以下兩個方面著手：一是強化礦石的處理工藝；二是對現(xiàn)有技術的改善。這兩種方法都能提高礦石的處理效率，減少資源的浪費。同時，應倡導采用各種先進技術，在低能耗的前提下，實現(xiàn)高效地處理礦石的分離、濃縮等，將這一技術應用于生態(tài)修復、金屬材料處理、資源加工等領域，將釩鈦鐵礦的選礦和加工技術進行極大的擴展，以科學處理礦產資源，實現(xiàn)再利用。

5.4 支持研究，提供后備力量

國家有關礦物的主管部門應該帶頭，大力推廣應用高科技，并根據(jù)時代的發(fā)展，充分考慮到礦物的處理方法，并將礦石和伴生礦分開，實現(xiàn)資源的綜合利用。比如，釩鈦鐵礦是一種比較常用的采礦方法，在生產過程中，必須要有一個預選過程，利用磁滑輪對礦石進行多個角度的處理，再進行一次磁選，將其中的磁性鐵全部回收出來。同時，隨著科學技術的發(fā)展，非常規(guī)礦產資源的開發(fā)和利用以及非一次能源的處理和利用，將成為礦物加工工程技術研究的重點。在礦產資源非常規(guī)生產中，要注重對非常規(guī)礦產資源的開發(fā)和應用，要注重對非常規(guī)礦產資源如一次能源、廢渣、非一次能源、城市垃圾等資源的開發(fā)和利用。

6 結語

總之，礦物加工與環(huán)境保護、醫(yī)療、航空航天等各方面有著密切的關系，發(fā)展礦物加工技術對于推動我國社會和經濟的發(fā)展具有重大的意義。但是，當前的礦物加工工程技術還有待于進一步的研究與開發(fā)，因此，有關部門要深刻地意識到自己肩負的責任，積極投身于礦物加工工程技術的研發(fā)和應用，不斷提升自己的專業(yè)水平，為開發(fā)新技術、新領域創(chuàng)造有利的環(huán)境，從而為推動社會的發(fā)展作出積極的貢獻。