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1、选 矿 概 论Mineral processing,主讲：刘金艳 QQ：77155181电话：13599072068,什么是选矿？,传统意义的“选矿”：有用矿物的分离富集 利用矿物间物理或化学性质的差异，借助各种分选设备将矿石中的有用矿物和脉石矿物分离，并使有用矿物相对富集的过程。发展与延伸：生物、材料、环境多学科交叉渗透 以矿石原料为研究对象，进行有用组分的分离与提取、二次资源的综合利用、矿物材料的制备及矿山环境保护等工作。,课程学习目的,专业选修课，知识拓展课程；认识了解粉体工程（破碎与磨碎）、重力选矿、浮选、磁电选矿、化学选矿、精尾矿处理及矿山环境保护等矿物加工相关知识；加深理解工艺矿物
2、学在选矿中的应用；为全面了解矿山作业及加强涉矿专业人员之间的沟通交流打下基础。,课程学习内容,工艺矿物学选矿前的准备作业：破碎筛分、磨矿分级分选作业：重选、浮选、电选、磁选、化学选矿、生物浸出选后产品的处理作业：固液分离、尾矿贮存、矿山废水处理,课程要求,32学时，2学分平时成绩（包括考勤、课堂表现、作业）占40%开卷考试，成绩占60%认真听课，积极交流。,学习资料与网络资源,了解紫金山，了解矿业相关技术视频1：中国第一大金矿视频2：黄金是怎样炼成的？,一、绪论,中国古代的选矿技术选矿学科的发展历程现代选矿的内涵与方向选矿在国民经济中的地位与作用选矿术语, 早期加工矿物的考古发现,殷朝废墟出土
3、的釉陶含SiO2达到76%, 而CaO，MgO，Na2O 含量相对较低，制成的白陶含Fe量也较普通粘土低。这说明大约3600多年前已经对制陶原料进行捡选处理。,白陶,1、中国古代的选矿技术,古遗址中也发现红铜牌和铜器。,约3000多年前，大型青铜铸件“司母戊大鼎”重875kg。其元素含量为 Cu84.77%, Sn11.64%, Pb2.79% ,并含有少量的Fe, Cr, Zn, As, Si, Ca 等。这说明当时已掌握了识别并拣选多种矿物，合理利用它们从而达到控制合金成分比例的技术。,司母戊大鼎,1、中国古代的选矿技术,吴越春秋记载“干将吴人也，能为剑，采五山之铁精，六合之金英”，介绍了
4、2500年前收集和挑选各种合金矿物，用于制造精良兵器的情况。 出土的越王勾践青铜剑，历经数千年，依然闪烁明亮，异常锋利，经检测剑刃含少量Cr等合金成分。,越王勾践青铜剑,考古学家认为：4000多年前，古代中国就已经掌握了区分、拣选并利用天然金属和矿物的技术。,1、中国古代的选矿技术, 中国古代炼铁规模,汉代早期，就有政府管理的炼铁厂；唐代，铁的产量约为1000吨/年；上世纪中叶，铁产量约为100,000 吨/年。,1、中国古代的选矿技术,天工开物之炼铁炉, 中国古代湿法提铜,用胆水制取铜金属，在西汉的淮南万毕术以及明朝的神农本草经均有记载；读史方兴纪要也记载了用铁粒还原铜离子为铜粉，通过铺席溜
5、槽重选富集后，再经锻打制成铜片的选冶加工流程。,1、中国古代的选矿技术, 古代重选、浮选技术的使用与记载,朱砂粉碎和重选制取颜料的过程描述如下：“取来时，入巨碾槽中，轧碎如微尘，然后入缸，注清水澄浸，过三日夜，跌取其上浮者，倾入别缸，名曰二朱，其下沉结者，晒干即名头朱也”。,1、中国古代的选矿技术,锡石在河水中重选,明朝宋应星天工开物关于微细粒金的团絮浮选过程描述： “凡金箔粘物，他日敝弃之时，刮削火化，其金仍藏灰内，滴清油数点，伴落聚底，淘洗入炉，毫厘无差”。 这是关于选择性团聚(selective agglomeration) 选别黄金的最早描述。,1、中国古代的选矿技术,选矿的原始阶段：
6、 选矿过程本身已有很长的发展历史。很早以前就有手工拣选，后来发展成为用简单淘洗工具从砂石中回收金、银、锡等大密度矿物，这属于选矿的原始阶段。 无论是公元前几千年的古埃及，还是中世纪的罗马帝国时代，或者是中国古代，由于科学技术水平整体落后,社会生产力低,对矿物资源的需求少,人类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。 这些手工作业虽然有近代表层浮选和重选的影子,但还算不上是一门工业技术,这种现象一直延伸到19世纪。,2、选矿学科的发展历程,古希腊人通过洗矿的方式富集黄金,2、选矿学科的发展
7、历程,选矿技术的形成阶段： 19世纪末至20世纪20年代，世界工业生产快速发展,对矿物原料的需求增大，加上18世纪产业革命的推动,使机械化成为可能，造成了选矿技术从古代的手工作业向工业技术的真正转变。 近代大部分的选矿工艺与设备属于这一时期选矿领域的技术发明，如：颚式破碎机、球磨机、机械分级机、跳汰机、摇床等重选设备，电磁选的设备与工艺，浮选药剂、工艺与设备等。从那时起,选矿已成为一门人类从天然矿石中选别、富集有用矿物原料的工业技术，并得到广泛应用。 19世纪中期以后国外相继出现了机械选矿设备，例如活塞、静电选矿机、磁选机等。使重力选矿和磁选、电选矿等物理选矿技术有较大发展，从而促使冶金工业大
8、规模发展。,2、选矿学科的发展历程,选矿学科的形成阶段： 20世纪20-60年代泡沫浮选的大规模应用和各种浮选药剂和设备的出现大大促进了选矿技术的发展，同时也促进难选、复杂矿及细粒嵌布矿产的开发与利用。 生产的发展和需要促使人们对选矿理论进行深入研究。从1867年奥地利PR雷廷格尔著选矿学开始，相继有列宾捷尔的浮选过程的物理化学、AM高登(Gaudin)的选矿原理 1932第1版、利亚申科的重选原理，至1944年FF塔加尔特编著的选矿手册，选矿工程发展成为独立的学科。,2、选矿学科的发展历程,第一部选矿权威性专著Handbook of Ore Dressing 由F. Taggart (188
9、4-1959) 在1927年出版， F. Taggart 也是世界选矿学术界第一任主席，是在1919年在哥伦比亚矿业学院任命。,Antoine M. Gaudin (1900-1974)对浮选的研究使选矿技术得到进一步的发展。,1952年，组织了第一届国际选矿大会（IMPC）。,2、选矿学科的发展历程,第一阶段： 从远古至20世纪20年代前后，以机械化选矿设备的出现和应用为标志的 “选矿” （Ore Dressing）技术的起源。 例如：破碎分级设备（颚式破碎机、球磨机、机械分级机）、重选、电磁选及浮选工艺与设备等。,2、选矿学科的发展历程,第二阶段： 从20世纪20年代至60年代前后,以重、
10、磁、浮三大学科方向的形成为标志的选矿工程学科的形成。其主要标志是：流体力学、电磁学、界面化学等基础理论的应用和三大学科方向的形成。Mineral Dressing/ Mineral Separation/ Mineral Beneficiation,2、选矿学科的发展历程,第二阶段：（1）重选：以流体力学为学科基础,根据不同矿物的密度差异在一定的介质中进行不同矿物的分选。（2）电磁选：以电磁学为学科基础,根据不同矿物磁性的差异分选不同矿物。（3）浮选：以化学为学科基础,根据不同矿物表面物理化学性质的差异,实现不同矿物的分选。 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
11、集其中的有用矿物,为冶金、化工、建材提供原料。,2、选矿学科的发展历程,第三阶段： 从20世纪60年代至20世纪末，以非金属矿深加工理论和技术的发展为标志的矿物加工学科的形成阶段。 选矿-矿物加工工程。 Mineral Separation -Mineral Processing,2、选矿学科的发展历程,第三阶段： 20世纪60年代以来，随着世界经济的快速发展，一方面人类对矿物资源的需求不断增加，另一方面，矿物资源中富矿减少，贫细矿物资源增加，传统的选矿技术与理论已不能完全适应解决这些问题。 其主要标志是：非金属矿物深加工技术的发展、以黄金氰化技术为代表的低品位矿石处理技术的大规模应用。 无论
12、是从处理的资源变化，还是科学技术水平发展来看，“选矿”学科已远超出了传统意义上的“选矿”，而用“矿物加工”才能更确切地反映其学科范畴与科技发展。,2、选矿学科的发展历程,第四阶段： 20世纪末至今，新兴学科方向的形成与矿物加工学科的发展阶段。 进入21世纪以来，环境意识的空前增强和新材料产业的蓬勃兴起，对于矿物资源利用模式的变革和矿物加工学科的发展产生了广泛而深远的影响。如何克服传统的资源开发与环境保护的矛盾、如何提高不可再生性矿产资源的利用效率已成为矿物加工学科无法回避的现实课题。,2、选矿学科的发展历程,第四阶段： 其主要标志是：(1)相关学科理论和技术在矿物加工领域的大规模应用 (生物和
13、化工技术) ；（2）矿物加工学科理论和技术在其他学科领域的拓宽和应用(环境工程、材料学) ；（3）新学科方向的形成-矿物材料学的形成与发展。,2、选矿学科的发展历程,破碎技术和设备的发展,原始的靠手用石头重击矿石的破碎方式,2、选矿学科的发展历程,在Agricola时代，用棒重击矿石直至所要求的粒度（Agricola：著名的矿物学和矿山学的先驱）,2、选矿学科的发展历程,古代中国采用杠杆的原理破碎矿石,2、选矿学科的发展历程,古代南非靠转动一块大的花岗岩石头破碎矿石,2、选矿学科的发展历程,在中世纪由水轮机带动的研磨机,2、选矿学科的发展历程,1858年发明了颚式破碎机,2、选矿学科的发展历程
14、,1883年发明了旋回破碎机,2、选矿学科的发展历程,磨矿技术和设备的发展,南美一男孩用磨石磨矿,2、选矿学科的发展历程,两个磨石之间手动磨矿,2、选矿学科的发展历程,动物被用于磨矿作业,2、选矿学科的发展历程,采石场工人采磨石，磨石一般采用高强度的石英砂石,2、选矿学科的发展历程,被现代工程师重新设计成目前的现代磨石设备,2、选矿学科的发展历程,1876年德国人Brckner发明了球磨机,2、选矿学科的发展历程,选矿技术的发展,淘洗法选金,2、选矿学科的发展历程,1556年的拣选技术,1910年的拣选技术,2、选矿学科的发展历程,1896年发明了摇床1940年螺旋溜槽投入使用1860年全油浮
15、选方法使用1909年可溶性泡沫药剂得到使用19131922年浮选方法得到商业应用1924年黄药被发明标志着浮选的革命1920年浮选理论被Irving Langmuir (1881-1957)建立1967年美国人提出使用浮选柱，1980年得到应用,2、选矿学科的发展历程,2、选矿学科的发展历程,紫金山氰化堆浸技术,智利Spence高砷铜精矿生物搅拌槽浸出,2、选矿学科的发展历程,生物堆浸工艺,2、选矿学科的发展历程,重 选,浮 选,2、选矿学科的发展历程,2、选矿学科的发展历程,传统的概念选矿工程：利用矿石中不同矿物性质的差异，采用物理、化学的方法，从天然矿石中分离有用矿物的一门学科。 矿物工程
16、(MineralEngineerin8)是根据自然界矿物原料的物理、化学或物理化学性质的差异，利用物理、化学或生物化学的方法将矿产资源个有用矿物(或有用成分)和脉石矿物(或有害成分)分离的综合加工过程，又称“矿物加工工程”或“选矿工程”。主要包括矿石的粉碎(破碎、磨矿、筛分、分级等)、分选(重选、磁选、电选、浮选、化学选、生物冶金等)、产品处理(液固分离、气固分离、尾矿业务等)。矿物加工工程：以矿物原料为研究对象，从事有用组分的分离提取、矿物材料的制备、及二次资源综合利用的一门学科。,3、现代选矿的内涵与方向,重力选矿：利用有矿物与脉石矿物密度差异、在流体机械中实现矿物的分离，如：金矿、钨矿、
17、锡矿、砂矿等。磁电选矿：利用有矿物与脉石矿物磁性、电性的差异、在磁场中实现矿物的分离，如：铁矿、锰矿等。浮游选矿：利用有矿物与脉石矿物表面润湿性差异、通过浮选药剂调整矿物的可浮性，在流体机械中实现矿物的分离，如：硫化矿、氧化矿等。,3、现代选矿的内涵与方向,化学选矿：利用化学药剂的选择性分解作用，实现目的矿物的分解和提取，如：黄金氰化、生物湿法冶金、氧化铜矿浸出、铀矿浸出等。矿物材料：采用“超纯、超细、改性”的方法，改善矿物的固有性能或赋予新的性能，满足不同应用要求。各种非金属矿物-膨润土、高岭土、石墨等。资源综合利用（固体废弃物的资源化利用）：采用资源分级利用的技术思想，通过“有用组分的回收
18、、整体转化”等手段，实现资源的充分利用。,3、现代选矿的内涵与方向,矿物加工是国民经济发展的基础学科 矿物加工工程是矿物资源开发利用的基础，矿物资源则是人类赖以生存、社会赖以发展的物质基础，是生产力构成的重要因素。我国目前90%以上的能源来源于矿物资源，80%左右的工业原料取自矿物资源，每年投入国民经济运行的矿物原料超过50亿吨。因此，矿物加工工程专业在国民经济和社会发展中具有不可替代的重要作用。 一个国家的工业化过程，首先是对矿物原料产品需求的迅速增长。中国的经济正在高速建设，预计今后35年将是中国历史上最大、最集中需求矿产品的时期。大规模矿物资源的开发利用必须有矿物加工工程技术的支撑。尤其
19、是随着优质资源的消耗，使大量低品级资源的利用和不断提高资源的利用效率成为必然，矿物加工的重要性更加突出。,4、选矿在国民经济中的地位与作用,矿物加工技术的发展对于环境保护和发展循环经济具有重要作用 固体废弃物利用：粉煤灰、硫酸烧渣的利用、电子废弃物（欧洲、美国）、工业垃圾的利用（日本、欧洲、美国）。 资源与环境成为热门课题，二次资源的综合利用迫在眉睫。随着社会的发展，人们已经意识到大自然赋予的矿物资源是有限的，合理地开发与利用这些宝贵的自然矿产资源是冶金与矿业科学的一个重要任务。可以认为，随着科学技术的发展和矿产资源的贫化，资源工程的科学研究日趋重要，矿物工程和湿法冶金在这方面将越来越显示出其
20、优越性。,4、选矿在国民经济中的地位与作用,矿物加工技术进步对相关产业的发展具有重要意义 新材料：新型造纸涂料、聚合物填料、高性能涂料 化工：矿物吸附剂、流变性控制剂、催化剂/矿物分子筛在石化、日化、油脂、精细化工方面的应用等。,4、选矿在国民经济中的地位与作用,矿物 (mineral) 矿物是地壳中由于自然的物理化学作用或生物作用，所生成的自然元素（如金、石墨、硫磺）或自然化合物（如磁铁矿、黄铜矿、石英），其成分比较均一。 矿石 (ore) 在现代经济条件下，可以开采、加工、利用的矿物集合体。,5、选矿术语,矿床 地壳中具有开采价值的矿物积聚区。有用矿物 矿石由有用矿物和脉石矿物所组成，能为
21、国民经济利用的矿物，即选矿所要选出的目的矿物。脉石矿物 目前国民经济不能用的矿物。,5、选矿术语,二次资源 在社会的生产、流通和消费过程中产生的不再具有原使用价值并以各种形态存在，但可以通过某些综合利用加工、回收等途径，使其重新获得使用价值的各种废弃物的总称。 包括工业生产中的废渣、粉尘、矿山尾矿、废水、废气、废旧金属等，农业生产的副产品（农作物秸秆、家畜粪便等）以及生产生活中的废弃物（废橡胶、废纸、废塑料、电子废物料等）。,5、选矿术语,工艺矿物学 以工业固体原料与其产物的矿物学特征和加工过程中的矿物性状为研究目标的边缘性科学。研究的基本任务是： 研究工业固体原料与其产物的矿物组成及其分布；
22、 对影响或制约生产工艺运行质量的矿物性状进行分析。,5、选矿术语,比重 矿物重量与4时同体积水的重量比值。密度是指单位体积矿物的重量。 矿物的磁性 是它被磁铁吸引或排斥的性质。一般矿物可分磁性矿物（如磁铁矿等）、弱磁性矿（如赤铁矿等）和非磁性矿物（如金刚石、赤铜矿等）。,5、选矿术语,润湿性 指矿物能被水润湿的性质。易被水润湿的矿物称为亲水性矿物，如石英、方解石。反之，称为疏水性矿物，如辉钼矿、石墨。 矿物的自然润湿性主要取决于矿物的结晶构造。 导电性 指矿物的导电能力。一般有良导体、半导体和非导体之分。,5、选矿术语,矿石的性质 包括矿石的化学成分、矿物组成、结构构造（如颗粒和集合体的大小、
23、形状、分布以及颗粒间的连晶等）、矿石中的金属元素的赋存状态、矿石的物理化学性质等。 化学成分及矿物组成确定应回收哪些成分； 赋存状态判定磨矿的单体解离度、可选性以及综合利用有用成分的可能性 ； 物理化学性质选矿方法、选矿流程等。,5、选矿术语,矿石的种类： 矿产性质和用途金属矿石和非金属矿石 所含金属的种类单金属矿石、多金属复合矿石 存在形态单质、硫化矿、氧化矿、混合矿、卤化矿 有价成分的含量 贫矿和富矿 矿物的嵌布特性细粒/粗粒嵌布、均匀/不均匀嵌布,5、选矿术语,选矿的任务将矿石中的有用矿物和脉石矿物相互分离，除去有害杂质，充分而经济合理地利用国家矿产资源。选矿的作用 选矿对发展冶金工业所
24、起作用很大。 为冶炼提供“精料”，可以大大提高冶炼的技术经济指标。 物尽其用、变废为宝、综合回收、节约资源是时代的要求 。,5、选矿术语,选矿的基本内容矿石分选前的准备作业 破碎筛分作业和磨矿分级作业 分选作业 浮游选别法 、磁选法 、重力选矿法 、电选法、化学选矿法、光电选矿法和手选法等 选后产品的处理作业 脱水、沉淀浓缩、过滤、干燥,5、选矿术语,精矿 分选所得的有用矿物含量较高、适合冶炼加工的最终产品 。中矿 选别过程中得到的尚需进一步处理的中间产品。 尾矿 选别后，其中有用矿物含量很低、不需进一步处理（或技术经济不适合于进一步处理）的产品。,5、选矿术语,流程 表示矿石连续加工的工艺过
25、程 。工艺流程图 用线和图表示的流程 。原则流程图 只表示流程的“骨干”，而不记载流程的细节 。机械流程图或机械联系图 用主要设备和辅助设备表示的流程图。,5、选矿术语,某选厂尾矿硫铁回收流程图,化学选矿的原则流程图,品位 矿石中某种金属或有用成分的多少，常用%、g/t等表示。 -原矿品位；-精矿品位；-尾矿品位。产率 选矿过程中，得到的某一产品的质量与原矿质量的百分比，叫做该产品的产率，以 表示。,5、选矿术语,精矿产率，则尾矿产率为1-根据金属总量平衡，得出：=+（1-）所以 =（-）/（-）100%,回收率 精矿中有用组分的数量与原矿中该组分数量的比值。选矿比 原矿处理量与精矿数量的比值，即1/ 。 富矿比 也称富集比，即精矿中有用成分的品位与原矿中该有用成分品位的比值，即 / 。,5、选矿术语,=/ 100%,5、选矿术语,5、选矿术语,作业： 某铜矿，其原矿品位、精矿品位和尾矿品位分别为1.20 %、33. 10 %和0.10 %。 分别计算其精矿产率、分选回收率、富集比和选矿比。,5、选矿术语,