什么是选矿?

[拼音]：xuankuang

[外文]：mineral processing

用物理或化学方法将矿物原料中的有用矿物和无用矿物（通常称脉石）或有害矿物分开，或将多种有用矿物分离开的工艺过程，又称“矿物加工”。产品中，有用成分富集的称精矿；无用成分富集的称尾矿；有用成分的含量介于精矿和尾矿之间，需进一步处理的称中矿。金属矿物精矿主要作为冶炼业提取金属的原料；非金属矿物精矿作为其他工业的原材料；煤的精选产品为精煤。选矿可显著提高矿物原料的质量，减少运输费用，减轻进一步处理的困难，降低处理成本，并可实现矿物原料的综合利用。由于世界矿物资源日益贫乏，越来越多地利用贫矿和复杂矿，因此需要选矿处理的矿石量越来越大。目前，除少数富矿石外，金属和非金属(包括煤)矿石几乎都需选矿。

早期的选矿，是利用矿物间的物理性质或表面物理化学性质的差异，但不改变矿物化学组成的物理选别过程，主要用于处理金属矿石，称“矿石选别”。以后扩展到非金属矿物原料的选别，称“矿物选别”。后来，把利用化学方法回收矿物原料中有用成分的过程，也纳入选矿，称为化学选。

选矿经历了从处理粗粒物料到细粒物料、从处理简单矿石到复杂矿石、从单纯使用物理方法向使用物理化学方法和化学方法的发展过程。早期，人们用手工拣选；后来，用简单的淘洗工具从河溪砂石中选收金属矿物。中国湖北铜绿山矿冶遗址中的“船形木斗”就是二千多年前淘洗铜矿石的工具。唐樊绰著《蛮书》中有“麸金出丽水，盛沙淘汰取之”的记载，描述当时淘金选矿的情况。明《天工开物》中有矿石采出后“先经拣净淘洗”，然后“入炉煎炼”，以及锡和其他矿石的选矿记载。欧美于1848年出现了机械重选设备──活塞跳汰机，1880年发明静电分选机，1890年发明磁选机，促进了钢铁工业的发展。1893年发明摇床。在浮选广泛应用以前，重选一直是主要的选矿方法。1906年泡沫浮选法取得专利。浮选能处理细粒复杂矿石，显著地促进了选矿技术的发展。20世纪40年代后，化学选应用于处理氧化铜矿、铀矿，以后又用来处理复杂、难选、细粒浸染的矿物原料。60年代以来，细粒重选、微细粒浮选、湿式强磁选和选冶联合流程都得到很大发展。

在选矿理论方面，1867年雷廷格尔(P.R.von Rit-tinger)著《选矿学》，初步形成选矿体系。1903年里恰兹(R.H.Richards)著《选矿》，构成独立的选矿工程学。1933年列宾捷尔 (П.Α.Ρeбиндep)著《浮选过程的物理化学》，1939年高登(A.M.Gaudin)著《选矿原理》，1940年利亚先科（П.Β.Лященκо）著《重力选矿》，1944年塔格特（A.F.Taggart）著《选矿手册》，1950年米切尔(D.R.Mitschell)著《选煤学》，使选矿形成独立的学科。50年代以来又有很大发展。选矿涉及的学科主要有：矿物结晶学、流体动力学、电磁学、物理化学、表面化学、应用数学以及过程的数学模拟和自动控制等。

中国于20世纪20年代出现机械选矿厂，如湖南水口山选矿厂等。1949年以后，在选矿指标、处理量和选矿科学技术等方面都有很大发展。钨、锡等选矿技术在某些方面有较高的水平，创制出独特的离心选矿机、振摆溜槽、环射式浮选机等新设备，并最先采用一段离析-浮选法来回收氧化铜。

选矿过程主要由解离和选别两个基本部分构成，包括：

有粉碎(包括破碎和磨碎)、筛分和分级，有时还包括洗矿。

将矿山采出的粒度为 500～1500mm的矿块碎裂至粒度为 5～25mm的过程。方式有压碎、击碎、劈碎等，一般按粗碎、中碎、细碎三段进行。

以研磨和冲击为主。将破碎产品磨至粒度为10～300μm大小。磨碎的粒度根据有用矿物在矿石中的浸染粒度和采用的选别方法确定。常用的磨矿设备有：棒磨机、球磨机、自磨机和半自磨机等。磨碎作业能耗高，通常约占选矿总能耗的一半。80年代以来应用各种新型衬板及其他措施，磨碎效率有所提高，能耗有所下降。

按筛面筛孔的大小将物料分为不同的粒度级别称筛分，常用于处理粒度较粗的物料。按颗粒在介质（通常为水）中沉降速度的不同，将物料分为不同的等降级别，称分级，用于粒度较小的物料。筛分和分级是在粉碎过程中分出合适粒度的物料，或把物料分成不同粒度级别分别入选。

为避免含泥矿物原料中的泥质物堵塞粉碎、筛分设备，需进行洗矿。原料如含有可溶性有用或有害成分，也要进行洗矿。洗矿可在擦洗机中进行，也可在筛分和分级设备中进行。

矿物原料经粉碎作业后进入选别作业，使有用矿物和脉石分离，或使各种有用矿物彼此分离。这是选矿的主体部分。选别作业有重选、浮选、磁选、电选、拣选和化学选等。

在介质(主要是水)流中利用矿物原料颗粒比重的不同进行选别。有重介质选、跳汰选、摇床选、溜槽选等。重选是选别黑钨矿、锡石、砂金、粗粒铁和锰矿石的主要选矿方法；也普遍应用于选别稀有金属砂矿。重选适用的粒度范围宽，从几百毫米到一毫米以下，选矿成本低，对环境污染少。凡是矿物粒度在上述范围内并且组分间比重差别较大，用重选最合适。有时，可用重选(主要是重介质选，跳汰选等)预选除去部分废石，再用其他方法处理，以降低选矿费用。随着贫矿、细矿物原料的增多，重选设备趋向大型化、多层化，并利用复合运动设备，如离心选矿机、摇动翻床、振摆溜槽等，以提高细粒物料的重选效率。目前重选已能较有效地选别20μｍ的物料。重选又是最主要的选煤方法。

利用各种矿物原料颗粒表面对水的润湿性(疏水性或亲水性）的差异进行选别。通常指泡沫浮选。天然疏水性矿物较少，常向矿浆中添加捕收剂，以增强欲浮出矿物的疏水性；加入各种调整剂，以提高选择性；加入起泡剂并充气，产生气泡，使疏水性矿物颗粒附于气泡，上浮分离。浮选通常能处理小于0.2～0.3mm的物料，原则上能选别各种矿物原料，是一种用途最广泛的方法。浮选也可用于选别冶炼中间产品、溶液中的离子（见离子浮选）和处理废水等。近年来，浮选除采用大型浮选机外，还出现回收微细物料(小于5～10μm)的一些新方法。例如选择性絮凝-浮选，用絮凝剂有选择地使某种微细粒物料形成尺寸较大的絮团，然后用浮选（或脱泥）方法分离；剪切絮凝-浮选，加捕收剂等后高强度搅拌，使微细粒矿物形成絮团再浮选，及载体浮选、油团聚浮选等。

利用矿物颗粒磁性的不同，在不均匀磁场中进行选别。强磁性矿物（磁铁矿和磁黄铁矿等）用弱磁场磁选机选别；弱磁性矿物（赤铁矿、菱铁矿、钛铁矿、黑钨矿等）用强磁场磁选机选别。弱磁场磁选机主要为开路磁系，多由永久磁铁构成，强磁场磁选机为闭路磁系，多用电磁磁系。弱磁性铁矿物也可通过磁化焙烧变成强磁性矿物，再用弱磁场磁选机选别。磁选机的构造有筒式、带式、转环式、盘式、感应辊式等。磁滑轮用于预选块状强磁性矿石。磁选的主要发展趋向是解决细粒弱磁性矿物的回收问题。60年代发明的带齿板聚磁介质的琼斯湿式强磁场磁选机，促进了弱磁性矿物的选收。70年代发明以钢毛或钢网为聚磁介质的具有高磁场梯度和强度的高梯度磁选机以及用低温超导体代替常温导体的超导磁选机，为回收细粒弱磁性矿物提供了良好的前景。

利用矿物颗粒电性的差别，在高压电场中进行选别。主要用于分选导体、半导体和非导体矿物。电选机按电场可分为静电选矿机、电晕选矿机和复合电场电选机；按矿粒带电方法可分为接触带电电选机、电晕带电电选机和摩擦带电电选机。电选机处理粒度范围较窄，处理能力低，原料需经干燥，因此应用受到限制；但成本不高，分选效果好，污染少；主要用于粗精矿的精选，如选别白钨矿、锡石、锆英石、金红石、钛铁矿、钽铌矿、独居石等。电选也用于矿物原料的分级和除尘。电选的发展趋向是研制处理量大、选别细粒物料效率高的设备。

包括手选和机械拣选。主要用于预选丢除废石。手选是根据矿物的外部特征，用人工挑选。这种古老的选矿方法，某些矿山迄今仍在应用。机械拣选有：

（1）光拣选，利用矿物光学特性的差异选别；

（2）X射线拣选，利用在 X射线照射下发出荧光的特性选别；

（3）放射线拣选，利用铀、钍等矿物的天然放射性选别。70年代开始出现了利用矿物导电性或磁性的电性拣选和磁性拣选。

利用矿物化学性质的不同，采用化学方法或化学与物理相结合的方法分离和回收有用成分，得到化学精矿。这种方法比通常的物理选矿法适应性强，分离效果好，但成本较高，常用于处理用物理选矿方法难于处理或无法处理的矿物原料、中间产品或尾矿。随着成分复杂的、难选的和细粒的矿物原料日益增多，物理和化学选矿联合流程的应用越来越受到重视。化学选成功应用的实例有氰化法提金、 酸浸-沉淀-浮选、离析-浮选处理氧化铜矿等。溶剂萃取、离子交换和细菌浸取等技术的应用，进一步促进了化学选的发展。它的发展趋向是：研制更有效的浸取剂和萃取剂，发展生物化学方法，降低能耗和成本，防止环境污染。

此外，还有矿物原料在斜面运动或碰撞时利用其摩擦系数、碰撞恢复系数的差异进行选别的摩擦与d跳选等。

包括精矿、中间产品、尾矿的脱水，尾矿堆置和废水处理。选矿主要在水中进行，选后产品需要脱水干燥。方法有重力泄水、浓缩、过滤和干燥。块状和粗粒物料可用脱水筛、螺旋分级机和脱水仓等进行重力泄水。细粒物料用浓缩机或水力旋流器和磁力脱水槽等浓缩，再经真空过滤机过滤。70年代研制出连续自动压滤机，可以进一步降低水分。也可加入絮凝剂和助滤剂，以加速细粒物料的浓缩和过滤效率。必要时滤饼还要经过干燥机干燥。近年出现的流态化干燥法和喷雾干燥法可以提高干燥效率。尾矿通常送尾矿库堆存，有时先经浓缩后再进行堆存。尾矿水可回收再用。不合排放标准的废水须经净化处理(见尾矿及废水处理)。旧尾矿场地要进行植被、复田。

使用在线检测仪表 (如γ射线浓度计、超声波粒度测定仪、X荧光分析仪等)、自动调节设备和计算机，对选矿过程中的单个参数、单一机组进行检测和自动调节，以至对车间或全厂进行集中控制，以提高选矿指标和劳动生产率、改善劳动条件和实行科学管理。70年代以来，使用计算机控制的选矿厂不断增加，稳定化控制日渐成熟，并在此基础上向最佳化控制发展。对磨矿、浮选过程的数学模拟，为实现计算机最佳化控制创造了条件。

目前只建立了若干过程的半经验、半理论的机理模型，尚未能实现全部最佳化控制。

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