第一章资源加工学

资源加工学主讲人:黄红军2资源加工学第一章资源加工学概述1.11.21.31.4资源加工学的形成资源加工的学科体系资源加工在国民经济建设中的地位和作用国内外重要的资源加工学术研究机构3资源加工学第1章资源加工学概述前言什么是选矿？选矿过程有哪些？选矿后产品处理有哪些？4资源加工学第1章资源加工学概述1.1资源加工学的形成资源加工学是由传统的选矿学、矿物加工学发展演变形成的新的学科体系。选矿学是用物理、化学的方法，对天然矿物资源（通常包括金属矿物、非金属矿物、煤炭等）进行选别、分离、富集其中的有用矿物的科学技术。矿物加工学是在选矿学的基础上发展起来的，是用物理、化学的方法，对天然矿物资源进行加工（包括分离、富集、提纯、提取、深加工等），以获取有用物质的科学技术。5资源加工学第1章资源加工学概述1.1.1选矿学科的形成古代，人们利用的矿物资源主要是通过手工作业从天然矿石中得到的。如淘金、人工溜槽、手动跳汰筛、洗矿槽等原始重选方法及鹅毛粘油刮取浮在水面上的金粉等原始浮选方法。19世纪末至20世纪20年代，“选矿”技术从古代的手工作业向工业技术转变。近代大部分的选矿工艺与设备、浮选药剂等都是在这一时期发明并使用的。6资源加工学第1章资源加工学概述图1-1《天工开物》一书中的插图：淘洗锡砂和淘洗铁砂7资源加工学第1章资源加工学概述随着选矿技术的大规模工业应用，对各种选矿工艺过程机制及基础理论的研究也随之展开。首先，流体力学和物理学的发展，使得重选和电磁学取得了很大的发展，一些理论也初步形成。在浮选方面，到60年代前后，浮选的三大基本理论（润湿理论、吸附理论及双电层理论）已初步形成。从20世纪20年代至60年代前后，经过几十年的发展，选矿已从一门纯工程技术向工程科学转化。8资源加工学第1章资源加工学概述选矿已具备了较为独立的工程科学体系，有其明确的学科方向：（1）碎磨。以岩石力学为学科基础；（2）重选。以流体力学为学科基础；（3）电磁选。以电磁学为学科基础；（4）浮选。以表面化学为学科基础。这个时期的选矿主要是从天然矿石（金属矿、非金属矿、煤炭等）中，分离、富集其中的有用矿物，为冶金、化工、建材提供原料，见图1-2。国外所用“选矿”词汇多为“oredressing”或“mineraldressing”。9资源加工学第1章资源加工学概述图1-2我国武钢程潮铁矿选厂磨矿车间一览10资源加工学第1章资源加工学概述1.1.2矿物加工学科的形成与发展20世纪60年代以来，一方面人类对矿物资源的需求不断增加，另一方面，矿物资源贫细杂现象越来越严重，而且矿山和冶炼厂排出的“三废”对环境的污染与治理问题也开始受到重视，传统的选矿技术与理论已不能完全适应解决这些问题。近几十年来，随着选矿及相邻学科的科技工作者在选矿学科及交叉学科领域研究的深入、相邻学科的发展及在选矿学科领域中的广泛应用，逐渐形成了许多新的学科方向和各种加工利用矿物资源的新技术。“选矿”已不能涵盖多数新的加工利用矿物资源的科学领域，“矿物加工”呼之欲出。矿物加工学科无论从其学科基础、学科领域及其研究对象方面都远比传统选矿学科更广、更深。11资源加工学第1章资源加工学概述矿物加工学的主要学科方向有：1.浮选化学：①浮选电化学②浮选溶液化学③浮选表面及胶体化学2.复合物理场矿物加工；3.高效低毒药剂分子设计；4.矿物资源的生化提取；5.直接还原与矿物原料造块；6.复杂贫细矿物资源综合利用；7.矿物精加工与矿物材料；8.矿物加工过程计算机技术。12资源加工学第1章资源加工学概述1.1.3矿物加工学科面临的挑战与资源加工学科的形成“人口、发展与环境”是21世纪国际社会共同关心的重要议题，一方面人口增加、社会发展对资源的需求与日俱增，而天然资源愈来愈复杂、贫细、短缺；另一方面，人类生活对环境问题愈来愈重视。随着未来人类可利用资源的变化及现有技术的局限性，矿物加工科技的发展已面临许多挑战。人类社会生活的发展要求矿物加工科技发展的目标是实现矿物加工过程的“高效益、低能耗、无污染”。13资源加工学第1章资源加工学概述矿物加工学科的进一步发展，面临的挑战：1.复杂贫细矿物资源的综合回收；2.废石及尾矿的加工利用；3.矿物精加工技术；4.洁净煤技术；5.二次资源；6.海洋资源；7.非矿物资源。14资源加工学第1章资源加工学概述因此，面对待处理资源的变化及技术上存在的问题，矿物加工科技工作者及相关学科的科技工作者，在矿物加工领域及相关学科领域不断进行新的探索和研究。矿物加工工程学与相邻学科的相互交叉、渗透、融合大大促进了矿物加工学科的拓展，形成各种资源加工新技术及新的研究领域，传统的矿物加工学无论从研究对象、目的、研究基础，还是应用领域等方面，不能完全涵盖这些研究领域，需要建立新的学科体系，即现在提出的资源加工学。15资源加工学第1章资源加工学概述1.2资源加工学的学科体系1.2.1资源加工学的研究对象资源加工学是根据物理、化学原理，通过分离、富集、纯化、提取、改性等技术对矿物资源、非传统矿物资源、二次资源及非矿物资源进行加工，获得其中有用物质的科学技术。其研究对象涉及以下几方面：(1)矿物资源。(2)非传统矿物资源。(3)二次资源。(4)非矿物资源。16资源加工学第1章资源加工学概述1.2.2资源加工学科体系1.学科领域资源加工学包括四大学科领域：①矿物加工（MineralProcessing）；②矿物材料加工（MineralMaterialProcessing）；③二次资源加工（SecondaryMaterialProcessing）；④金属提取加工（MetalMetallurgicalProcessing）。可简称为4-MP。17资源加工学第1章资源加工学概述1.2.2资源加工学科体系2.学科基础及与相邻学科的关系如图1-6，资源加工过程中物料的碎解、分离、富集、纯化、提取、超细、改性、复合等过程，涉及矿物学、物理学、化学与化学工程、冶金工程、材料科学与工程、生物工程、力学、采矿工程及计算机技术等多学科领域，体现不同的学科基础，形成不同的研究方向.18资源加工学第1章资源加工学概述图1-6资源加工学学科基础及与相邻学科的关系采矿地质无机材料资源加工生物工程化工工程提取冶金环境工程19资源加工学第1章资源加工学概述资源加工学的研究方向：1.工艺矿物学。与矿物学、岩石学的交叉。2.粉碎工程。以岩石力学、断裂力学、晶体化学为基础。3.重力场、流体力场中的分离。以流体力学、流体动力学为基础。4.电磁场中的分离。以电磁学、静电学为基础的磁力分选和静电分选。5.浮选。是资源加工中最重要的技术。涉及几乎整个化学学科领域，形成了浮选电化学、浮选溶液化学、浮选剂分子设计、浮选表面化学等交叉研究领域。20资源加工学第1章资源加工学概述6.生物提取。涉及生物工程、冶金反应工程、矿物工程及采矿工程等多个交叉学科。7.化学分离。包括溶剂萃取、离子交换、膜分离、化学浸出等。8.化学合成。涉及化学与化学工程、材料科学与工程领域。9.表面改性。涉及化学工程与材料科学与工程领域。10.聚集与分散。涉及表面化学、颗粒学等领域。11.资源加工过程计算机技术。涉及计算机科学与技术、自动控制等领域。21资源加工学第1章资源加工学概述1.3资源加工在国民经济建设中的地位和作用矿物资源是人类社会发展和国民经济建设的重要物质基础，矿业是国民经济的基础产业。矿物资源是冶金、化工、航天、建材、电力、轻工、核工业等行业的主要原料来源。随着天然矿物资源地不断被开发利用，天然矿物资源量逐步减少，而人口增长、社会发展，对资源的需求又不断增大，因此，必须寻找开发利用新的资源。非传统矿物资源、二次资源、非矿物资源必将成为未来人类社会发展的重要资源，对这些资源的加工利用，不仅可以满足人类社会发展对资源的需求量的增加，还可减少环境污染，促使国民经济持续、快速、健康发展。22资源加工学第1章资源加工学概述1.4国内外重要的资源加工学术研究机构1.4.1国内（1）中南大学，资源加工与生物工程学院。（2）中国矿业大学，化学化工学院。（3）东北大学，资源与土木工程学院，矿物工程系。（4）昆明理工大学，国土资源工程学院矿业工程系。（5）北京科技大学，资源学院。（6）江西理工大学（原南方冶金学院，2004年9月更名）,环境与建筑工程学院,矿物加工工程教研室。（7）武汉理工大学，资源与环境工程学院，矿物加工与材料工程系。23资源加工学第1章资源加工学概述1.4国内外重要的资源加工学术研究机构1.4.1国内（8）武汉科技大学，化工与资源环境学院，矿物加工工程系。（9）黑龙江科技学院，资源与环境工程学院，矿物加工利用工程系。（10）北京矿冶研究总院，矿物工程研究设计所。（11）北京有色金属研究总院，选矿与冶金技术研究所。（12）广州有色金属研究院，选矿工程研究所。（13）长沙矿冶研究院，选矿工程技术研究所。（14）长沙冶金设计研究总院，现改名为：中冶长天国际工程有限责任公司24资源加工学第1章资源加工学概述1.4.2国外（1）维吉尼亚工业学院，采矿与矿物工程系。（2）哥伦比亚大学，地球与环境工程系。（3）科罗拉多矿业学院，矿业工程系。（4）多伦多大学，矿物工程系。（5）劳伦廷大学，工程学院。（6）密歇根工业大学，矿业与材料加工工程系。（7）新墨西哥工业大学，矿物与环境工程系。（8）麦吉尔大学，矿业、金属与材料工程系。（9）帝国理工学院，地球科学与工程系。（10）尤他大学，冶金工程系。（11）阿贝塔大学，化工与材料系。25资源加工学第1章资源加工学概述习题1（1）简述从选矿学、矿物加工学到资源加工学三者之间的发展关系。（2）资源加工学学科包括那些领域？它的学科基础及与相邻学科的关系如何？（3）资源加工学的研究对象及研究方向有那些？（4）资源加工学在国民经济建设中的地位和作用如何？