第一章 矿物加工工程技术及其发展

人类社会文明的发展史，就是一部开发自然资源的历史， 其中矿产资源的开发占据着重要的组成部分。
石器时代 青铜时代 铁器时代 新材料时代 电子信息时代
当今时代，矿产资源已成为国民经济的重要支柱，矿产 的产出和消耗已成为衡量一个国家和地区经济发展的重要指标。
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1.6 矿物加工基本过程与基本概念 1.6.1 矿物、矿石性质与矿物加工
（1）矿物与矿石
矿物：地壳中由于自然的物理化学作用或生物作用所生成的 具有固定化学成分和物理性质的天然化合物或自然元素。
岩石：在不同地质条件下，由一种或多种矿物组成的矿物集 合体。
（6）上世纪30年代到40年代，日本侵略者在东北建立了18 座采选厂，掠夺中国的铁、煤、铜、铅、锌、金、银等矿产 资源。
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1.3 当代的矿物加工
1.3.1 中国当代的矿物加工 （1）矿物加工工业发展的四个阶段 1）20世纪50年代早期苏联援建的一批重点项目钨、锡、 铜选矿厂。 2）60－70年代独立自主建设一大批国有选矿厂。
（8）“鹅毛刮金”，在鹅羽毛上蘸以植物油，用来黏捕砂 中微细金粒，从古一直沿用至近世。比后来的1860年英国人 的硫化矿浮选专利要领先200多年。
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1.1.2 国外古代的矿物加工
（1）古埃及人淘洗黄金。 （2）古希腊人用羊毛富集金粒。 （3）16世纪用磁铁分选磁铁矿。 （4）1556年，德国矿物学家阿格里科拉用拉丁文写成《论 冶金》，1621年传到中国，1640年由西方传教士汤若望全文 译出，名为《坤舆格致》。
阿格里科拉
汤若望教士
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1.2 近代的矿物加工 以蒸汽机发明为标志的工业时代的到来，加上19世纪 末到20世纪20年代工业生产对矿物原料的需求猛增，极大 的促进了矿物加工从手工作业向工业技术的真正转变。
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1.4 矿物加工学科专业的拓展
（1）矿物加工（Mineral processing）： 用物理、化学的方法，对天然矿物资源进行选别，分离 和富集其中的有用矿物，为冶金、化工等行业提供合格原料。 （2）矿物材料加工(Mineral material processing)： 通过提纯、超细粉碎、表面改性、掺杂等物理和化学方法， 对天然及非传统矿物资源进行分离、纯化、改性、复合、等加 工，制备矿物材料、功能材料等。
3）80年代中期以后矿业政策放宽，大批国有、地方、集 体和私营的选矿厂如雨后春笋般建成。
4）90年代末期以后，许多矿业公司上市融资，形成了庞 大的矿业集团。 13
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（2）我国有色金属矿产资源的特点，决定了矿物加工技术 的发展模式。 贫矿多，富矿少；粗颗粒少，细颗粒多；共伴生矿多， 单一矿少，共生矿占矿产资源的80%。共生铜占25.7%，伴 生钨占33%，伴生锡占27.6%，伴生钴占80%，伴生金占44.2%， 伴生银占87%，伴生铂族元素占80%。
设备：大型浮选机、高梯度磁选机、加药机、各种碎磨 设备及选矿自控设备等。
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1.3.2 国外当代的矿物加工 （1）20世纪50年代，特温特开发出聚丙烯乙二醇醚起泡剂和 哈里斯发明了Z-200(硫代氨基甲酸酯)选铜捕收剂。 （2）20世纪50年代组织起国际矿物加工大会(IMPC)，1952年 在伦敦召开了第一届国际矿物加工大会。 （3）1967年波廷(P．Poutin)和特伦布莱(R．J．Tremblay)在 美国获得了浮选柱专利。浮选柱于1980年在加拿大Gaspe矿山 首次安装使用，浮选辉钼矿。
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（4）海洋多金属结核的开发和利用
多金属结核主要分布在水深3000－6000米的深海底,资源总量达3
万亿吨,其中太平洋具有商业开采潜力的结核资源总量达700亿吨。含 有70多种元素,其中镍、钴、铜、锰的总量分别高出陆上相应储量的几 十倍到几千倍。 富钴结核产出在水深1000－3000米的海山上，富钴结核矿床潜在 资源量达10亿吨，钴金属含量达数百万吨。 海底多金属硫化物主要出现在2000多米水深的大洋中脊和断裂活 动带，主要元素为铜、锌、铁、锰等，另外银、金、钴、镍、铂等， 也在一些地区达到工业品位。
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1.2.2 中国近代的矿物加工 （1）中国近代的矿物加工始于清代末期的洋务运动 1876年，直隶总督李鸿章命唐廷枢筹建开平煤矿，1881 年建成唐山矿。 （2）1890年，湖广总督张之洞主持兴建湖北汉阳铁厂和大 冶铁矿，标志着中国钢铁工业的兴起。
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1.2.1 国外近代的矿物加工 （1）19世纪50年代发明了破碎机械。 1858年布莱克(Joshua H．Blake)发明了颚式破碎机， 1883年盖茨(Gates)发明了圆锥破碎机。 （2）在19世纪发现了电磁感应，因此制造了用于将磁性矿 物与非磁性矿物分离开的强磁体。
有用矿物：在众多矿物中，能为人类所利用的矿物称为有用 矿物（valuable minerals）
1.1 古代的矿物加工
在古代，无论是公元前几千年的古埃及，还是中世纪的罗马时代，或 者是中国古代，由于生产力水平低下，科技水平落后，对矿物资源的需求 少，当时人们对矿物的利用主要是通过手工作业从天然矿石得到的。 直至今日，眼观手拣、水力淘洗这两种朴素的选矿方法还在某些矿山 使用。
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（3）美国亚利桑那州的威尔弗利(Arthu Redman Wilfley) (1860—1927年)于1896年发明了分选矿物的摇床，20世纪40 年代Humphrey跳汰机问世。
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（4）在英格兰，1860年海恩斯(William Haynes)开始使用 某些油(如松醇油)浮选矿物：某些矿粒附着在比水轻的油层 中而浮起来。 （5）1904年埃尔默(Elmore)的真空-油浮选专利是现代泡沫浮 选的起点，使用2kg/t的油，利用溶解在水中的空气浮起粘 附在油滴上的硫化矿颗粒。 （6）1909年格林韦(Greenway)、萨尔曼(Sulman)和希金斯 (Higgins)发现了能溶的起泡剂(如酮和醇)，改进了浮选法， 进一步降低浮选油耗。
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1.5 矿物加工技术应用领域的扩展
（1）粉体材料与纳米材料：通过超细粉碎制备粉体材料， 如超细石英、超细滑石粉。
（2）工业废渣和废水的综合利用：矿山的表外矿、尾矿； 冶炼厂的炉渣、浸出渣、沉泥；火电厂的煤灰等等。 （3）电子废弃物、城市垃圾的分选和处理：“城市矿山”。
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（7）从1913年到1922年，可以说浮选首次成功应用于商业。 特别在美国，第一个重要的工业浮选厂由Butte& Superior 公司于1913年投产。 （8）1921年珀金斯(Perkin，s)发现了化学成份确定的a-萘 胺和均二苯硫脲在促进硫化矿物浮选中的重要作用后，浮选 进入了一个新的时代。凯勒(Keller)于1924年发现，可溶于水 的黄药是高效浮选捕收剂。 （9）1920年朗格缪尔(Irving Langmiur)首次提出浮选理论， 阐述药剂在矿物表面上的吸附现象和矿物在气泡上的附着。1930 年美国氰胺公司克里斯曼(L．J．Christmann)进一步详细阐述 了浮选理论。 10
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（3）建立了许多重要的有色金属加工基地。 （4）黑色金属工业发展迅猛。 （5）成为煤炭生产和消费大国。 （6）非金属矿得到广泛开发。 非金属矿是指那些除燃料矿产、金属矿产外，在当前技 术经济条件下，可供工业提取非金属化学元素、化合物或可 直接利用的岩石与矿物。此类矿产少数是利用化学元素、化 合物，多数是利用其特有的物理和化学性能而利用整体矿物 或岩石。包括冶金辅助材料、化工原料、建筑原料等。
1.1.1 中国古代的矿物加工
（1）七八千年前，先民已掌握陶器制作技术。 古文献曾记载“器用陶匏以象天地之性”。距今约四千 多年的虞舜时，据史书传说：“舜少贫贱，造瓦器于河滨， 器皆完整无所损坏”。
（2）商代就有了矿石拣选技艺。 （3）春秋末年(公元前6世纪)开始冶铁并使用生铁，公元前 一二世纪发展到利用生铁炼钢。 （4） 2000多年前的人们就开始使用淘洗工具，到了宋代 （960－1279）就广泛使用木制溜槽选金。
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主讲：蓝卓越 昆明理工大学国土资源工程学院
二○一二年七月
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（7）在矿物加工理论、工艺及设备上取得一系列重大科技 成果。 理论：硫化矿浮选电化学、非硫化矿浮选溶液化学、浮 选药剂分子设计、细粒浮选理论、复合物理场选矿理论等。
工艺：优先浮选、等可浮、混合浮选、闪速浮选、重磁 浮联合、选冶联合工艺等。
（3）清朝时期采选工业形成了规模颇大的作坊式生产，但到 20世纪初，仍以手工生产为主。如锡矿山选锑，江西钨矿仍 用手拣富矿的手工作业方式。
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（4）1909年，湖南水口山建成我国第一座200t/d的机选厂 即机械重力选矿厂，采用跳汰和摇床选别方法，处理手 工不能拣选的矿石，原矿铅锌品位分别为5%和20%。 （5）1917年辽宁青城子建成铅锌浮选厂。
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（3）金属提取加工(Metal extraction processing)： 直接从矿石中提取金属的方法，如铁精矿直接不愿、细 菌浸出等。 （4）二次资源加工(Secondary material processing)： 利用矿物加工分选原理和技术，从二次资源中分离和回 收各种有用物质。
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（5）锌的冶炼是中国最早发明的，至迟在10世纪的五代时 期已能炼制。 （6）宋代的胆水浸铜，当时德兴一带就很有规模。据报导， 欧洲最早的湿法炼铜出现在1752年，比中国晚了700多年。
（7）明代（1587－1661）宋应星著的《天工开物》就记载 了广西南丹的砂锡洗选工艺。