選礦學(xué)

選礦學(xué)科研院所

中國煤炭科學(xué)院、 北京礦冶總院、北京有色金屬研究院、中國科學(xué)院、西北有色金屬研究院等

選礦學(xué)專業(yè)學(xué)校

中國礦業(yè)大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）、長安大學(xué)、中南大學(xué)、北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、昆明理工大學(xué)、西安科技大學(xué)、山東理工大學(xué)、江西理工大學(xué)、武漢理工大學(xué)、內(nèi)蒙古科技大學(xué)、貴州大學(xué)、河北地質(zhì)大學(xué)、山東科技大學(xué)、華北理工大學(xué)、遼寧工程技術(shù)大學(xué)等。

選礦學(xué)碎礦與磨礦

用外力克服固體物料各質(zhì)點間的內(nèi)聚力，使物料塊破壞以減小其顆粒粒度的過程，稱為破碎和磨碎。破碎使用破碎機，磨碎使用磨碎機。

在破碎和磨碎中，原料粒度于產(chǎn)物粒度的比值稱為破碎比。破碎比從數(shù)量上衡量及評價破碎和磨礦過程，它表示物料粒度在破碎和磨礦過程中減小的倍數(shù)。

選礦學(xué)重選工藝

重選即重力選礦。利用被分選礦物顆粒間相對密度、粒度、形狀的差異及其在介質(zhì)(水、空氣或其他相對密度較大的液體)中運動速率和方向的不同，使之彼此分離的選礦方法。

按所用介質(zhì)不同，重選分：①風(fēng)力選，以空氣為介質(zhì)；②水力選，以水為介質(zhì)；③重介質(zhì)選，以重液或重懸浮液為介質(zhì)。風(fēng)力選主要用于選別石棉、白堊、膨潤土、某些稀有金屬礦石和在缺水地區(qū)選煤。重力選礦通常有跳汰選礦、溜槽選礦、搖床選礦(淘汰盤)和重介質(zhì)選礦等；按使用的介質(zhì)，又分濕式重選與風(fēng)力重選(干式)。

選礦學(xué)浮選工藝

浮選，漂浮選礦的簡稱，是根據(jù)礦物顆粒表面物理化學(xué)性質(zhì)的不同，按礦物可浮性的差異進(jìn)行分選的方法。利用礦物表面的物理化學(xué)性質(zhì)差異選別礦物顆粒的過程，舊稱浮游選礦，是應(yīng)用最廣泛的選礦方法。幾乎所有的礦石都可用浮選分選。如金礦、銀礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、輝銅礦、輝鉬礦、鎳黃鐵礦等硫化礦物，孔雀石、白鉛礦、菱鋅礦、異極礦和赤鐵礦、錫石、黑鎢礦、鈦鐵礦、綠柱石、鋰輝石以及稀土金屬礦物、鈾礦等氧化礦物的選別。石墨、硫黃、金剛石、石英、云母、長石等非金屬礦物和硅酸鹽礦物及螢石、磷灰石、重晶石等非金屬鹽類礦物和鉀鹽、巖鹽等可溶性鹽類礦物的選別。浮選的另一重要用途是降低細(xì)粒煤中的灰分和從煤中脫除細(xì)粒硫鐵礦。全世界每年經(jīng)浮選處理的礦石和物料有數(shù)十億噸。大型選礦廠每天處理礦石達(dá)十萬噸。浮選的生產(chǎn)指標(biāo)和設(shè)備效率均較高，選別硫化礦石回收率在90%以上，精礦品位可接近純礦物的理論品位。用浮選處理多金屬共生礦物，如從銅、鉛、鋅等多金屬礦礦石中可分離出銅、鉛、鋅和硫鐵礦等多種精礦，且能得到很高的選別指標(biāo)。

選礦學(xué)磁選工藝

磁選是利用各種礦石或物料的磁性差異，在磁力及其他力作用下進(jìn)行選別的過程。通常將待選礦物按比磁化系數(shù)x的大小分為四類：①強磁性礦物，x>3000×10-9m3/kg，主要有磁鐵礦、鈦磁鐵礦和磁黃鐵礦等；②中等磁性礦物，x=(600～3000)×10-9m3/kg，有鈦鐵礦、假像和半假象赤鐵礦等；③弱磁性礦物,x=(15～600)×10-9m3/kg，主要有赤鐵礦、鏡鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦、軟錳礦、硬錳礦和黑鎢礦等；④非磁性礦物，x<15×10-9m3/kg，有白鎢礦、石英、長石、方鉛礦、金和螢石等。 磁選的工作原理是待選別的物料給入磁選機的分選空間后，受到磁力和其他機械力（如重力、離心力、摩擦力、介質(zhì)阻力等）的共同作用。磁性礦物顆粒所受磁力的大小與礦物本身磁性有關(guān)；非磁性礦物顆粒主要受機械力的作用。因之，各沿不同路徑運動，得到分選。一般說來磁性顆粒在磁場中所受比磁力的大小與磁場強度和梯度成正比。

磁選機 種類繁多，通常按磁場強弱、聚磁介質(zhì)類型、工作介質(zhì)以及結(jié)構(gòu)特點等分類和命名。最基本的是按磁場強弱分類，有三類：①弱磁場磁選機，工作間隙的磁場強度為(0.6～1.6)×105A/m，用來選別強磁性礦物;②中磁場磁選機,工作間隙的磁場強度為(1.6～4.8)×105A/m，用來選別中等磁性礦物;③強磁場磁選機,工作間隙的磁場強度為(4.8～20.8)×105A/m用來選別弱磁性礦物。70年代以來出現(xiàn)超導(dǎo)磁選機，磁場強度可達(dá)(28～40)×105A/m，可以選別磁性更弱的礦物。按工作介質(zhì)，磁選機有干式（空氣）及濕式（水）之分。磁選機結(jié)構(gòu)與要選別的礦物磁性強弱以及粒度有關(guān)。除磁滑輪用于選別塊狀物料外，一般可處理的物料粒度由幾毫米至幾微米。

選礦學(xué)化學(xué)選礦

化學(xué)選礦法是利用化學(xué)作用將礦石中有用成分提取出來的方法。它包括各種形式的焙燒、浸出；溶劑萃??；離子交換；沉淀、電沉積、離子浮選等等。下面作簡單介紹。

一、焙燒法

除弱磁性鐵礦石的磁化焙燒法以外，還有其它形式的焙燒法。

1．氧化焙燒

輝鉬礦的焙燒氨浸可以作為氧化焙燒的例子。輝鉬礦經(jīng)氧化焙燒后生成三氧化鉬，用氨浸出時生成鉬酸銨進(jìn)入溶液，與不溶物加以分離。溶液經(jīng)濃縮結(jié)晶得到鉬酸銨晶體，或加酸酸化生成鉬酸沉淀，從而與可溶性雜質(zhì)分離。二者經(jīng)煅燒后都生成純凈的三氧化鉬，然后用氫還原法生產(chǎn)金屬鉬。

2．硫酸化焙燒

硫酸化焙燒指的是金屬硫化礦經(jīng)氧化焙燒生成硫酸鹽，然后用水浸出的分離過程。金屬硫酸鹽在高溫下易分解成金屬氧化物和三氧化硫。但各種金屬硫酸鹽分解溫度不同，如鐵的硫酸鹽約在550℃發(fā)生分解，而銅、鈷、鎳的硫酸鹽則需在700℃以上才發(fā)生分解。通常利用這種差別可以從含銅、鈷，鎳的黃鐵礦中分別提取銅、鈷、鎳。這時需將黃鐵礦的氧化焙燒溫度控制在700℃以下，焙燒生成的氣體產(chǎn)物二氧化硫(與部分三氧化硫)用于制 造硫酸。焙燒殘渣則用水浸出。其中的硫酸銅、鈷或鎳進(jìn)入溶液后，再作進(jìn)一步分離。

3．酸性焙燒

酸性焙燒指甩濃硫酸、硫酸氫鈉等作酸性熔劑，與礦石一起焙燒，從而使其中的有用成分生成可溶性的硫酸鹽的過程。生成的硫酸鹽用水浸出，作進(jìn)一步處理。例如，用濃硫酸分解氟碳鈰鑭礦精礦的過程就是酸性焙燒的過程。

選礦學(xué)電力選礦

電力選礦為在高壓電場作用下，配合其他力場作用，利用礦物的電性質(zhì)的不同進(jìn)行選別的干選過程?？捎糜谟猩饘?、鐵礦石、非金屬礦石以及其他物料的選別。

電選過程中應(yīng)用的礦物電學(xué)性質(zhì)主要有電導(dǎo)率、介電常數(shù)等。電導(dǎo)率大于10～10Ωm的稱為導(dǎo)體礦物，有自然銅、石墨、方鉛礦、金、磁黃鐵礦等；電導(dǎo)率為1～10Ω/m的稱半導(dǎo)體礦物，有赤鐵礦、錫石、磁鐵礦、黃銅礦;電導(dǎo)率小于10Ωm的礦物稱非導(dǎo)體礦物，如碳酸鹽和硅酸鹽礦物等。電選時必須使礦物顆粒帶電，主要方法有:①摩擦帶電；②感應(yīng)帶電；③接觸帶電;④電暈放電電場中帶電等。

電選機種類較多,多為圓筒式,用電暈極或電暈與靜電極相結(jié)合的復(fù)合電場。此外，還有室式、溜槽式和搖床式等。圓筒式電選機中，圓筒為接地電極（直徑為150～350mm）；電暈極（直徑為 0.2～0.3mm)和靜電極與圓筒平行安置。當(dāng)高壓直流負(fù)（或正）電加到電暈電極和靜電極(偏向電極)時，電暈極附近的空氣被電離成電暈電流,流向圓筒,在圓筒表面空間形成了空間體電荷；而在偏向電極和圓筒之間則形成靜電電場。礦粒經(jīng)振動給礦槽和轉(zhuǎn)筒帶入此空間時，獲得電荷。導(dǎo)電性好的礦粒所獲得的電荷經(jīng)圓筒迅速傳走，在離心力、重力和靜電力的共同作用下，從圓筒前方落下；非導(dǎo)體礦粒因?qū)щ娦圆?，不易失去所帶的電荷，此電荷與筒面感應(yīng)，產(chǎn)生鏡面吸力使礦粒緊吸于筒面，隨圓筒轉(zhuǎn)到后方，然后被毛刷強制刷下（見圖）。

選礦學(xué)揀選

包括手選和機械揀選。主要用于預(yù)選丟除廢石。手選是根據(jù)礦物的外部特征，用人工挑選。這種古老的選礦方法，某些礦山迄今仍在應(yīng)用。機械揀選有：①光揀選,利用礦物光學(xué)特性的差異選別；②X射線揀選，利用在X射線照射下發(fā)出熒光的特性選別；③放射線揀選，利用鈾、釷等礦物的天然放射性選別。70年代開始出現(xiàn)了利用礦物導(dǎo)電性或磁性的電性揀選和磁性揀選。2100433B

選礦是整個礦產(chǎn)品生產(chǎn)過程中最重要的環(huán)節(jié)，是礦企里的關(guān)鍵部門。一般大型礦企都是綜合采、選、冶的資源性企業(yè)。用物理或化學(xué)方法將礦物原料中的有用礦物和無用礦物（通常稱脈石）或有害礦物分開，或?qū)⒍喾N有用礦物分離開的工藝過程就稱為選礦，又稱“礦物加工”。產(chǎn)品中，有用成分富集的稱精礦；無用成分富集的稱尾礦；有用成分的含量介于精礦和尾礦之間，需進(jìn)一步處理的稱中礦。金屬礦物精礦主要作為冶煉業(yè)提取金屬的原料；非金屬礦物精礦作為其他工業(yè)的原材料；煤的精選產(chǎn)品為精煤。選礦可顯著提高礦物原料的質(zhì)量，減少運輸費用，減輕進(jìn)一步處理的困難，降低處理成本，并可實現(xiàn)礦物原料的綜合利用。由于世界礦物資源日益貧乏，越來越多地利用貧礦和復(fù)雜礦，因此需要選礦處理的礦石量越來越大。除少數(shù)富礦石外，金屬和非金屬(包括

1867年雷廷格爾(P.R.von Rit-tinger)著《選礦學(xué)》，初步形成選礦體系。1903年(R.H.Richards)著《選礦》，構(gòu)成獨立的選礦工程學(xué)。1933年列賓捷爾(..eep)著《浮選過程的物理化學(xué)》,1939年重力選礦》，1944年選礦手冊》,1950年米切爾(D.R.Mitschell)著《選煤學(xué)》，使選礦形成獨立的學(xué)科。50年代以來又有很大發(fā)展。選礦涉及的學(xué)科主要有：礦物結(jié)晶學(xué)、流體動力學(xué)、電磁學(xué)、物理化學(xué)、表面化學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)以及過程的數(shù)學(xué)模擬和自動控制等。

中國于20世紀(jì)20年代出現(xiàn)機械選礦廠，如湖南水口山選礦廠等。1949年以后，在選礦指標(biāo)、處理量和選礦科學(xué)技術(shù)等方面都有很大發(fā)展。鎢、錫等選礦技術(shù)在某些方面有較高的水平，創(chuàng)制出獨特的離心選礦機、振擺溜槽、環(huán)射式浮選機等新設(shè)備,并最先采用一段離析-浮選法來回收氧化銅。

1867年雷廷格爾(P.R.von Rit-tinger)著《選礦學(xué)》,初步形成選礦體系。

1903年(R.H.Richards)著《選礦》，構(gòu)成獨立的選礦工程學(xué)。

1933年列賓捷爾 著《浮選過程的物理化學(xué)》。

選前礦物原料準(zhǔn)備作業(yè)有粉碎，選礦過程主要由解離和選別兩個基本部分構(gòu)成。

中國于20世紀(jì)20年代出現(xiàn)機械選礦廠，如湖南水口山選礦廠等。

1949年以后，在選礦指標(biāo)、處理量和選礦科學(xué)技術(shù)等方面都有很大發(fā)展。鎢、錫等選礦技術(shù)在某些方面有較高的水平，創(chuàng)制出獨特的離心選礦機、振擺溜槽、環(huán)射式浮選機等新設(shè)備,并最先采用一段離析-浮選法來回收氧化銅。 　選別作業(yè) 礦物原料經(jīng)粉碎作業(yè)后進(jìn)入選別作業(yè),使有用礦物和脈石分離，或使各種有用礦物彼此分離。這是選礦的主體部分。選別作業(yè)有重選、浮選之分 。

洗礦 為避免含泥礦物原料中的泥質(zhì)物堵塞粉碎、篩分設(shè)備，需進(jìn)行洗礦。原料如含有可溶性有用或有害成分，也要進(jìn)行洗礦。洗礦可在擦洗機中進(jìn)行，也可在篩分和分級設(shè)備中進(jìn)行。篩分和分級按篩面篩孔的大小將物料分為不同的粒度級別稱篩分，常用于處理粒度較粗的物料。按顆粒在介質(zhì)（通常為水）中沉降速度的不同，將物料分為不同的等降級別，稱分級，用于粒度較小的物料。篩分和分級是在粉碎過程中分出合適粒度的物料，或把物料分成不同粒度級別分別入選。

磨碎 以研磨和沖擊為主。將破碎產(chǎn)品磨至粒度為10～300μm大小。磨碎的粒度根據(jù)有用礦物在礦石中的浸染粒度和采用的選別方法確定。常用的磨礦設(shè)備有：棒磨機、球磨機、自磨機和半自磨機等。磨碎作業(yè)能耗高，通常約占選礦總能耗的一半。80年代以來應(yīng)用各種新型襯板及其他措施，磨碎效率有所提高，能耗有所下降。

破碎 將礦山采出的粒度為 500～1500mm的礦塊碎裂至粒度為 5～25mm的過程。方式有壓碎、擊碎、劈碎等，一般按粗碎、中碎、細(xì)碎三段進(jìn)行。

選礦的意義可從以下三個方面分析：①從技術(shù)方面講，科技和工業(yè)的發(fā)展對礦物原料質(zhì)量的要求越來越高，直接開采原礦石往往達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，而將原礦進(jìn)行選礦加工則可以滿足要求。比加，鐵礦石中硫和磷含量高時煉出的生鐵發(fā)脆，此時降低硫磷含量的選礦工序就是必需的；制作磁性材料的鐵精粉，有時要求其含硅量低于0.4%，這樣的超級精礦非經(jīng)選礦不可。這樣的例子不勝枚舉。選礦越來越普遍地成為礦產(chǎn)加工的必要環(huán)節(jié)；

②從經(jīng)濟方面講，選礦可以結(jié)礦山、選廠和冶煉廠帶來經(jīng)濟效益。例如，某小型鐵選廠處理臺鐵32%的礦石生產(chǎn)合鐵65%的鐵精礦，每年生產(chǎn)3．5萬t鐵桔礦就可獲利近百萬元；某有色金屬冶煉f—將銅稿礦品位提高1%，每年可多生產(chǎn)粗銅3135t，利潤相當(dāng)可觀；某煉鐵廠將鐵礦粉品位提高1%，則高爐生鐵產(chǎn)量可提高2．5%、焦比下降1．5%、石灰石節(jié)省4%一5%，經(jīng)濟效益顯著；

③應(yīng)用選礦技術(shù)還能變廢為寶，綜合回收各種有價成分。如火力發(fā)電廠的廢物粉煤灰，堆放占地又造成環(huán)境污染，是發(fā)電廠的一大優(yōu)患，而把粉煤灰進(jìn)行選礦處理可生產(chǎn)出鐵礦攢‘玻璃微珠和水泥配料等多種有用產(chǎn)品。選礦技術(shù)在冶金、煤炭、化工、建材和環(huán)保等部門都得到應(yīng)用，對國民經(jīng)濟的發(fā)展意義重大。