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重视矿石物性研究，开发与矿物资源可选性相和谐的精细工艺技术一、中国是矿产资源大国和矿业大国1.我国矿产资源总体上储量大，种类繁多目前，我国已发现的矿产有171种，已探明储量的矿产有158种。已探明的矿产资源总量约占世界的12%，居世界第三位。我国主要矿产的储量和基础储量占世界前五名的有26种，基础储量进入前五名的有24种。其中基础储量居世界第一、二位，人均占有量超过世界平均水平的有煤、钨、锡、锑、钛、稀土、石膏、膨润土、芒硝、菱镁矿、石墨等。表1列举了2005年中国及其他世界主要国家固体矿产资源的情况。在上述矿种中，我国的稀土、钨、铅、锌、锑、钼、铁、镁在世界各国的储量中名列前茅，其中稀土、钨、锑和锡仍是世界上的名牌矿种。2005年世界主要国家矿产资源储量2、中国金属矿产资源人均占有量低，禀赋差矿产人均储量占世界人均%人均产量（千克）占世界人均%人均消费量（千克）占世界人均％铁矿石锰矿石铬矿石铜矿石铝土矿锌矿石镍矿石钨矿石稀土钾盐9.88吨99千克2.92千克13.20千克283千克16.50千克2.20千克0.95千克18千克56千克42360.5187.355331591383.618720.160.416.9(金属)1.20.040.0180.060.271131666.72033902230041962302.80.71.062.3(金属)0.860.030.0060.0182.81292333146606217.68311968表2、中国几种重要矿产资源的人均储量、产销量与世界矿产资源大国和矿业强国相比，中国的金属矿产资源有以下不利因素：⑴“小金属”矿产资源丰富，但大宗矿产资源储量不足。钨、锡、钼、锑和稀土等用量不大的“小金属”矿产储量居世界前列，但目前对国际市场的控制力正在减弱。需求量较大的富铁矿、锰、铬、铜、铝等大宗矿产资源的储量却不足。此外，需求量同样较大的铅、锌、镍、金、银等矿产资源的人均拥有量也明显低于世界人均水平（见表2）。⑵矿产资源分布不均，新探明的资源大都在开发条件差或边远地区矿产资源的形成遵循地质成矿规律。从时间和空间上讲，中国大陆是不同时代，多种类型地质单元的多重拼合体，演化历史复杂，成矿条件良好，但矿产资源分布不均。铁矿主要分布在东北和西南地区；铜矿以长江中下游和赣东北为主，约为全国储量的31.90%，其次有西北和西南地区；铅锌在华南和西部居多；钨锡大都分布在江西、湖南、广西、云南和广东等省区；铝土矿多分布在山东、陕西、河南、山西、贵州和广西。东部和中部的矿产资源大都开发很早，比较充分，并且已有不少矿山因资源枯竭而关闭。近几年新探明的矿山大多在海拔高，交通、电力不便或边远的西南、西北地区，例如西藏的玉龙铜矿、云南的兰坪铅锌矿，新疆的阿舍勒铜锌矿，四川甘孜洲的白玉铜矿等，这给矿产资源的开发带来不便。⑶贫矿多、富矿少以国民经济中应用最广的铁、铜和铝为例：中国的铁矿资源储量尚可，但平均含铁品位仅有33%（铁矿出口大国品位在55～65%），富铁矿储量不到5%，亦即95%以上的贫铁矿需经选矿富集后才能送高炉冶炼。中国铜矿石的平均品位仅有0.87%，其中含铜1%以上的矿石储量只有35.9%。位居亚洲前列的特大型铜矿山江西德兴铜矿原矿含铜仅为0.41%，为全国最低，但其储量占全国可采总量的五分之一。又如：我国的铝土矿资源以一水硬铝石－高岭石型为主，该类型矿石占总储量的99%，而三水铝石型铝土矿仅在广东、海南、福建和台湾少量分布，占总储量的1%。与三水铝石相比，一水硬铝石铝硅比偏低，其中铝硅比大于7的矿石量仅占33.05%。这种铝资源的性质决定了我国氧化铝工业的能耗、碱耗均高于国外以三水铝石为原料的氧化铝厂。⑷单一矿种少，矿物共、伴生关系复杂，有用矿物嵌布粒度细在已开发利用的139个矿种中，有87种矿产来源于共生和伴生矿床。中国的单一型铜矿仅为27%，其余73%的铜矿中共生或伴生有铅、锌、黄铁矿、金、银及其它稀散元素或稀贵金属。例如：云南会泽铅锌矿深部矿体中方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、白铅矿、菱锌矿、异极矿共生，选矿分离需要综合回收硫化铅、硫化锌、氧化铅、氧化锌和黄铁矿。湖南柿竹园多金属矿中，黑、白钨矿共生，钼、铋、黄铁矿等硫化物共生，白钨矿与萤石、方解石、石榴石等含钙矿物共生，使矿物分离困难。中国金属矿产资源贫、细、杂的特点加大了选冶加工的难度。⑸中小型矿床多，难以建设大型和超大型采选企业以铜为例，目前在中国已发现的900多个矿产中，大型铜矿床仅为2.7%，中型矿床占8.9%，小型矿床占88.4%。2000年中国329个生产矿区的铜产量仅为52万吨，而智利丘基卡玛塔一个矿山的年产量就达65万吨。其它的有色金属矿山更是小型地下矿开采居多，大型露天开采少，使采选生产的经济指标不高。⑹后备矿床不足按现已探明的储量和现有的开采规模，除钼以外，有色金属矿产资源大体上仅够今后20年的开采量。有资料表明，大多数国有有色金属矿山已进入中晚期，矿山关闭加快。二、中国正处于工业化的中期阶段，今后20～30年内，对国外矿产的依存度大约是40～60%某些学者对世界上100多年来工业化过程中经济发展与矿产资源的消费规律进行了研究。结果表明，工业化阶段是一个国家或地区矿产资源快速消费时期，大致呈“S”形曲线，如图1。图1、人均矿产金属消费与人均GDP的关系他们的研究表明，人均矿产资源的消费量与同一个国家的经济发展水平有关。在农业社会，金属的消费量与人均GDP增长的关系并不确定；进入前工业化阶段，矿产资源的人均消费量开始增长；当进入工业化阶段后，随着人均GDP的增长人均矿产资源的消费量呈快速增长的趋势；当经济发展达到一定水平后（例如，美国、英国、日本）金属消费增长会保持在一定水平；进入后工业化阶段，呈下降趋势。图1中左侧曲线表明缓慢工业化过程，例如英国、美国；右侧曲线表明快速工业化过程，例如日本、韩国；与前者比其工业化周期短，对资源的消费强度更大。中国在90年代初期开始进入经济快速增长时期，对资源的需求量显著增加。与美英等完成工业化的国家相比，中国走的是一条新型工业化道路，其特点是科技含量高，资源消耗少，环境污染少，经济效益高。但是，由于工业化周期大大缩短，对矿产资源的消费强度仍然会很高。有人预计了钢、铜、铝、锌几种金属达到“S”型曲线的峰值时间和峰值消费量（见表3）。表3、中国主要金属消费需求预测金属“S”型曲线达峰值时间2000年消费量峰值消耗量今后10年累计20年累计30年累计钢亿吨201220131.422.542.6021.321.448.3457474铜万吨2023201918868153231632835813678621483012360铝万吨20222028330130116296066578917408150113040031500锌万吨20122013123231221188017804280403078006380目前中国铁、铜、铝、铅、锌、铬、锰等矿产品自产量不足，需要大量进口。例如，2003年，铜产量的60%以上，铝产量的48%以上，铅产量的30%，锌产量的20%是靠进口原料生产的，今后还有进一步扩大的趋势。几种主要的产品的对外依存度列于表4。表4、几种主要金属矿产品对外依存度预测对外依存度%金属矿产品2000年2005年2010年2015年2020年铁矿石435555～5745～5840～60铜精矿50.652.1～6044.6～6037.1～6030～60氧化铝2827～3430～3632～4428～50锌精矿不详不详10～13.520～2730～40中国大量进口金属矿产品原料，加剧了全球原料供应紧张，价格上扬，对中国的钢铁及有色金属工业的可持续发展构成严重威胁。如何保护与综合开发利用本国的矿产资源并实施全球化的策略是面临的重要课题。随着低品位、难选共生矿石量的增加和对选矿产品质量的高要求，对矿物加工工艺技术和装备水平的要求也越来越高。加强对矿物资源个性化的研究，利用其天然的甚至微小的物性差异，扩大其分选的差异，达到矿物高效分离的目的。“细节决定胜负”。矿物加工技术发展到今天，已不再是从前粗犷式的分选。事实上，很多工艺技术的突破，正是由于对目的矿物和非目的矿物进行精细研究之后，在工程上采取了也许是并非困难的技术措施而实现的。三、重视矿石物性和工艺矿物学的研究工艺矿物学的研究始于20世纪40年代。以1974年苏联学者A·И·金兹堡和И·T·亚历山大罗娃所著《工艺矿物学——新的矿物学分支》一书的出版为标志，工艺矿物学已成为一门新兴的边缘学科，在地质、选矿、冶炼、建材、硅酸盐等行业获得广泛的应用与发展。1.工艺矿物学的主要研究领域大约有10个方面，其中与选矿相关性较强的有以下几方面内容：⑴对原矿的研究包括：矿石类型，原矿的化学组成，矿物组成，有价元素和伴生元素的含量和赋存状态，矿石的结构构造，矿物的嵌布特性、粒度特性和共生关系，有价元素的相关关系计算。对于硫化矿石应作物相分析确定氧化率。对于铁矿石还应确定矿石的酸碱性以便指导后续烧结、球团的配料。对于铜矿石还应查明自由氧化铜、次生硫化铜和原生硫化铜的矿物含量，对于氧化铜矿石还应查明结合氧化铜的含量。⑵选矿产品检查选矿产品包括流程中的开口产品（精矿、尾矿、中矿）和流程中中间作业产品的检查。包括磨矿和选矿产品中矿物解离度的测定，粒度分布特性，连生特性（富连生体、贫连生体、包体连生、平行连生、环状连生等）。⑶矿物分选的晶体化学原理这是近年间引起注意的一个研究领域。矿物晶体化学对矿物物性及可选性（矿物加工性能）的影响：①表面特性→可浮性→浮选②解理、硬度、脆性、形状→选择性磨矿，分级，重选③结构、表面特性→矿物改性，矿物材料④结晶粒度：结晶粒度粗的磁性矿物，磁畴结构破坏后细颗粒剩磁高，易产生磁团聚→磁选，絮凝⑤晶系的影响：单斜磁黄铁矿比六方磁黄铁矿磁性强、可浮性也好→磁选，浮选⑥类质同象→磁选，浮选，冶炼2.工艺矿物学研究的作用⑴通过对原矿工艺矿物学的研究可以确定：●矿石分选的难易程度。●磨矿流程结构，磨矿段数及最终磨矿细度，包括连续磨矿或阶段磨矿阶段选别。●分选的原则流程，尤其要确定复杂流程中打头的选别方法（重、磁、浮）和首先分离的矿物，确定矿物分选的顺序。●预选抛尾的可能性及抛尾粒级。●按矿物计算出选矿可能达到的理论回收率和品位。例如，某铌、锆矿石，业主要求精矿中五氧化二铌的品位达50%以上，后经工艺矿物学研究发现，理论上最高品位只达45%左右。⑵通过对选矿产品的工艺矿物学研究可确定：●主要矿物或元素在选矿流程中的走向和各作业的富集程度及分布规律。目前是按元素分析为主，将来可能以矿物含量计算流程（例如澳大利亚的分析仪器QumScan、MLA）。●影响精矿质量的原因（单体，连生体）。例如，光性矿物学在可可托海选矿厂的应用。又如，卢氏官坡六零六矿锂精矿品位小于5%，后查明纯锂辉石含Li20只有5.68%，达不到7%,锂精矿品位大于6%是不可能的。新疆阿舍勒铜精矿含砷的原因—砷黝铜矿。●尾矿中有价元素流失的原因（单体、连生体、粗粒级、细粒级）。●各种精矿中元素互含及含杂情况。3、工艺矿物学和选矿工艺技术的相互促进和发展工艺矿物学的研究要先于选矿工艺研究,对于复杂难选的矿石尤其如此，不是可有可无。工艺矿物学研究不是选矿研究的装饰。选矿研究人员要懂些工艺矿物学的知识。工艺矿物学研究的人要懂些选矿工艺技术。四、开发与矿物资源可选性相和谐的精细工艺技术强调人与自然的和谐→人与矿物资源的和谐→人们开发的矿物加工工艺流程、技术装备与矿物可选性之间的和谐。1.和谐的精细工艺技术的特点：⑴合理的磨矿分级流程。磨矿装备，分级设备，连续磨矿，阶段磨矿（阶段选别），粗精再磨，中矿再磨，磨矿分级回路中的选别作业：重选，磁选，闪速浮选，粗粒浮选等，应与矿物可选性相适应。⑵尊重矿物的物性，不与矿物斗气，不搞重压重拉，学会与矿物和平共处，制定的工艺流程在稳定的工艺过程中能平和高效地将矿物分离。●根据矿物的可选性和精矿产品的价值，在不能兼顾的情况下，分清主次，