中国选矿工艺矿物学发展历程、研究现状与展望.pdf

6 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第5 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n l 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 5 ．0 0 2 中国选矿工艺矿物学发展历程、研究现状与展望 肖仪武 北京矿冶科技集团有限公司，北京1 0 0 1 6 0 摘要选矿工艺矿物学在矿产资源合理化开发过程中发挥了极其重要作用。随着现代科学技术和社会经济的快速发 展，工艺矿物学正在经历从传统向现代工艺矿物学的转变。简单介绍了国际和中国工艺矿物学的发展历程以及近五年中国 选矿工艺矿物学的主要研究成果。同时对其未来的发展趋势做出了展望，为选矿工艺矿物学的发展指明了研究方向。 关键词工艺矿物学；发展历程；现状；发展趋势 中图分类号T D 9 1 文献标志码A 文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 9 0 5 0 0 0 6 0 3 D e v e l o p m e n tH i s t o r y ，R e s e a r c hS t a t u sa n dO u t l o o ko fP r o c e s sM i n e r a l o g yi nC h i n a X I A 0Y ／W U B G R I M M T e c h n o l o g yG r o u p 。B e i j i n g1 0 0 16 0 ，C h i n a A b s t r a c t P r o c e s sm i n e r a l o g yf o rb e n e f i c i a t i o np l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nm i n e r a lr e s o u r c ed e v e l o p m e n t p r o c e s s ．W i t hr a p i dd e v e l o p m e n to fm o d e r nt e c h n o l o g ya n ds o c i a le c o n o m y ，ac h a n g ef r o mt r a d i t i o nt o m o d e r nm e t h o d si sa l s o g o i n gt h r o u g hi n t h er e s e a r c ho f p r o c e s sm i n e r a l o g y ．T h i sp a p e rg i v e s a n i n t r o d u c t i o na b o u td e v e l o p m e n th i s t o r yo fi n t e r n a t i o n a la n dn a t i o n a lp r o c e s sm i n e r a l o g y ，a n da b o u tt h em a i n a c h i e v e m e n to fp r o c e s sm i n e r a l o g yi nC h i n a ．B e s i d e s ，t h i sp a p e ra l s og i v e ss o m eo u t l o o ka b o u tf u t u r e d e v e l o p m e n t ，w h i c hg i v e sad i r e c t i o nf o rf u t u r eb e n e f i c i a t i o np r o c e s sm i n e r a l o g ys t u d y ． K e yw o r d s p r o c e s sm i n e r a l o g y ；d e v e l o p m e n th i s t o r y ；s t a t u s ；d e v e l o p m e n tt e n d e n c y 选矿工艺矿物学主要研究矿石工艺性质和选矿 过程产品的矿物特征参数 含量、解离度及粒度等 的变化规律，为制定合理的选矿工艺流程以及优化 选矿生产工艺流程提供理论依据，也是企业提高经 济效益和精细化管理的最有效的手段阻引。 1 选矿工艺矿物学发展历程 1 ．1 国际工艺矿物学发展简史 在1 9 世纪中叶，利用光学显微镜开展了岩矿鉴 定工作。2 0 世纪初，应用X 射线研究矿物晶体结 构，为矿物分类和矿物性质研究奠定了基础。P ．F ． K e r r 是美国最早的工艺矿物学先驱，他是在美国第 一批安装X 射线衍射装置并将其应用于矿物学研究 者之一。2 0 世纪3 0 年代，苏联出现了为选矿而做的 矿物学研究。1 9 3 9 年，美国高登 A ．M ．G a u d i n 所 著选矿原理一书介绍了岩矿鉴定在选矿研究中的 应用。1 9 7 4 年苏联学者A ．H ．金兹堡和H ．T ．亚历山 大罗娃所著工艺矿物学一新的矿物学分支一书的 出版，标志着工艺矿物学已成为一门新兴的边缘学 科，形成了独立的学科体系。前苏联是工艺矿物学 研究较早的国家之一，米哈诺布尔研究院、全苏矿物 原料研究所等一批研究机构组建了研究矿石工艺性 质的研究室，当时的研究任务是向选冶工艺研究人 员提供矿石的矿物组成、含量、矿物的嵌布特征、磨 矿产品的单体解离分析等参数，这个时期的研究成 果在B ．B ．多利沃一多布罗沃利斯基和B ．A ．格拉兹 科夫斯基的专著中有过系统的总结。1 9 7 9 年，在美 国采矿、冶金和石油工程师协会 T M S A I M E 内 成立了工艺矿物学委员会，并于1 9 8 1 年在A I M E 第 1 1 0 届年会召开以后首次出版了工艺矿物学论文 集；W ．C ．P a r k 和D ．M ．H a u s e n 于1 9 8 5 年出版了 应用矿物学，A ．H ．V a s s i l i o u 等人于1 9 8 8 年出版 了工艺矿物学。国际地质学会应用矿物学委员会 于1 9 8 1 年在南非召开了第一届国际应用矿物学会 议；苏联于1 9 8 3 年1 2 月在列宁格勒召开了以“苏联 原料基地发展中的工艺矿物学的作用”为题的研讨 收稿日期2 0 1 9 - 0 8 0 1修回日期2 0 1 9 - 0 8 1 1 作者简介肖仪武 1 9 6 5 一 ，男，江西省上饶市人，研究员，从事工艺矿物学研究及矿产资源可利用性评价。 万方数据 2 0 1 9 年第5 期肖仪武中国选矿工艺矿物学发展历程、研究现状与展望 7 会。随着现代科学技术的发展，各种谱学检测手段、 微束测试技术以及计算机技术的发展，使选矿工艺 矿物学的研究方法和手段得以不断完善和提升。2 0 世纪7 0 年代开始，美国、加拿大、澳大利亚、南非、芬 兰、德国等技术先进国家和矿业大国都关注各具特 色的矿物自动检测新技术的开发。其中加拿大矿产 能源技术中心 C A N M E T 的采矿和矿物科学实验 室 M M S L 开发了一种基于电子探针分析的图像分 析系统。挪威理工大学 N o r w e g i a nU n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y 开发出一种基于自动扫描 电子显微镜的颗粒结构测定系统 P a r t i c l eT e x t u r e A n a l y s i s ，P T A ，此系统还能够结合电子微区衍射 E B S D E l e c t r o nB a c kS c a t t e rD i f f r a c t i o n 开展工作， 以获得比X 射线能谱分析更丰富的矿物识别能力。 1 9 8 2 年澳大利亚联邦科学与工业研究组织C S I R O 开发的Q E M S C A N Q u a n t i t a t i v eE v a l u a t i o no f M i n e r a l sb yS c a n n i n gE l e c t r o n i cM i c r o s c o p y 推向 市场。2 0 0 1 年，澳大利亚昆士兰大学J K 技术中心 J K T e c h 开发的M L A M i n e r a lL i b e r a t i o n A n a l y s e r 投入使用[ 4 ] 。2 0 1 3 年鹰盛公司研发的 A M I C S A d v a n c e dM i n e r a lI d e n t i f i c a t i o na n d C h a r a c t e r i z a t i o nS y s t e m 系统也应用于选矿工艺矿 物学研究中。 1 ．2 中国选矿工艺矿物学发展历程 中国早在2 0 世纪2 0 年代应用光学显微镜进行 岩矿鉴定工作；至5 0 年代，开展矿石的物质组成研 究，规范了物质组成研究方法和手段，增加了部分仪 器设备，培养了一批研究骨干，完成了一批较难的项 目研究。1 9 7 9 年，成立了中国金属学会选矿学术委 员会工艺矿物学专业委员会，并于1 9 8 0 年在四川峨 嵋召开了由中国金属学会选矿学术委员会和中国地 质学会矿产资源保护综合利用委员会联合举办的首 届工艺矿物学学术会议。此次学术会议反映了当时 我国在工艺矿物学研究各方面的进展，现代测试手 段和方法的运用深化了矿物在工艺过程中行为的认 识，具有里程碑的意义。自此之后各种形式的学术 交流活动持续不断，并出版了全国性的“工艺矿物” 学术期刊，为工艺矿物学研究者提供了交流经验、总 结研究成果，讨论研究方法，切磋学术问题的园 地[ 5 ] 。1 9 9 1 年，冶金工业出版社出版的选矿手册 中，专门介绍了工艺矿物学。这一时期是我国选矿 工艺矿物学快速发展期，学术气氛浓厚。然而，2 0 世 纪9 0 年代末期，由于矿业萧条，使我国的工艺矿物 学研究处于停滞状态，人才流失，仅有少数几家研究 院仍保留该专业。随着2 l 世纪初期我国矿业的复 苏，工艺矿物学再度得以发展，科研机构、高等院校 及企业重新配备了技术力量和研究队伍，引进国际 先进的检测设备，建设了一批现代化的工艺矿物学 实验室；尤其是矿物自动分析仪M L A 的引进，使我 国工艺矿物学研究水平得以迅速提高。我国从2 0 1 3 年开始分别开展了基于扫描电子显微镜一X 射线能 谱仪以及光学显微镜的矿物特征参数自动分析系统 的研究，使我国工艺矿物学研究处于世界一流的水 平。2 0 1 7 年9 月和2 0 1 9 年7 月分别在湖南长沙和 湖北武汉召开的中国矿物加工大会专门设工艺矿物 学分会场，参会代表们在会场进行了热烈的交流和 讨论，互相取长补短，促进学科的发展建设。 2 选矿工艺矿物学研究现状 在矿产资源开发趋向于贫、细、杂、新的大背景 下，工艺矿物学研究与选矿工艺研究、生产实践相结 合得愈加紧密，并在矿产资源开发过程中的重要作 用得到了广泛的认可。2 0 0 8 年北京矿冶研究总院与 昆士兰大学J K T e c h 公司、F E I 公司建立M L A 联合 应用实验室后，使M L A 在我国得到了较好推广。 此外，由于激光剥蚀等离子质谱仪 L A I C P M S 的 应用，加深了对微量元素赋存状态的认识。下面简 单介绍我国选矿工艺矿物学近5 年的主要研究 成果。 贫、细、杂矿多是我国金属矿产资源分布的特 点，如何合理开发是我国目前矿业领域研究的重点。 通过对低品位矿进行系统的工艺矿物学研究，查明 矿石的矿物组成、有价元素的赋存状态、目的矿物的 嵌布特征和粒度分布；根据矿石性质的特点推荐合 适的磨矿制度和选矿原则流程方案，并取得了较好 的回收指标[ 6 。] 。共伴生多金属矿矿石性质复杂，利 用光学显微镜、矿物自动分析仪 M L A 、A M I C S 、 扫描电子显微镜一X 射线能谱分析等手段对矿石中 共伴生元素的赋存状态和有用矿物的分布特征进行 系统研究，在保证主回收金属的选矿指标的前提下， 合理兼顾伴生有价元素的综合回收，提高矿石的综 合利用价值[ 8 。1 | 。有些矿石由于有价元素以分散形 式存在，而且载体矿物本身含量又高，致使有价元素 在回收的时候富集比低；此外，有用矿物的嵌布粒度 细也是造成矿石难选的主要原因[ 1 z - 1 4 ] 。目前矿业开 发趋向于规模化生产，因此在生产实践中，可能由于 矿石性质的变化或其他因素造成选矿生产指标的不 稳定或不理想。通过研究选矿厂生产过程的原矿、 万方数据 8 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第5 期 精矿、尾矿、中间产品的矿物组成及其工艺特性，分 析存在的技术问题，为其生产流程的优化提供依据 并指明方向，对提高企业经济效益具有积极 作用[ 1 5 - 1 8 ] 。 激光剥蚀电感耦合等离子体质谱 L A I C P M S 具有原位、实时、检测限低 1 0 瑁 等特点，能实现矿物 微区痕量元素分析，在元素赋存状态的研究中得到 了应用，加深了对元素赋存特征的认识。白云鄂博 稀土矿尾矿中S c 的品位为0 ．0 1 2 ％，钪主要以类质 同象的形式分布于含铁矿物中[ 19 | 。矿石中的锡、铍 除了一般以独立矿物存在外，还会以类质同象的形 式赋存在铝硅酸盐矿物中[ 20 | 。会泽铅锌矿G e 、C d 、 G a 主要富集在闪锌矿中，其中C d 主要以类质同象 替换Z n 的形式存在于闪锌矿中，而G e 和G a 可能 以固溶体形式分布于闪锌矿中[ 2 1 | 。铜镍硫化物矿床 中磁黄铁矿一般都含有C o 和N i ，通过研究发现磁 黄铁矿中的C o 和N i 以类质同象形式替换F e [ 22 | 。 磷矿中伴生的稀土元素主要富集在胶磷矿中而且主 要是以类质同像形式存在[ 23 』。卡林型金矿床中的金 究竟是以独立矿物形式存在还是以晶格金形式存 在，一直存在争议；通过L A I C P M S 载金矿物含砷 黄铁矿进行分析，推断A u 主要以亚微米至纳米级的 金矿物存在于黄铁矿中[ 2 引。 3未来展望 随着矿产资源开发理念的转变以及现代测试技 术的发展，为了满足市场的需求以及工艺矿物学自身 发展的要求，选矿工艺矿物学今后应该注重以下几个 方面的工作对于大型矿山规模化的生产，重视矿石 性质空间上的变化对选矿生产的影响；选矿生产流程 产品的工艺矿物学考察，查找问题，为流程优化提供 科学依据；研究工艺矿物学特征参数与选矿工艺及指 标的关系，实现矿物分析的自动化和智能化；加强矿 物在选矿过程中的行为规律及作用机理研究。 参考文献 [ 1 ] 孙传尧．选矿工程师手册第1 册E M ] ．北京冶金工业出 版社，2 0 1 5 5 5 1 3 9 ． r 2 3 孙传尧．矿产资源高效加工与综合利用一第十一届选矿年 评下册I M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 1 6 3 - 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