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未来选矿技术的发展趋势
2018-07-31
随着我国经济的发展和国家财力的增强,资源约束正替代资本约束逐步上升为国家经济发展中的主要矛盾,我国矿产资源供应不足已成为制约国家经济发展的“瓶颈”。据相关数据统计,虽然我国的矿产资源储量十分丰富,但大多数矿山的矿石品位低、大多呈多组分共(伴)生,矿物嵌布粒度细,且现有矿产资源变得越来越贫、越来越难选,再加上选矿设备陈旧老化、自动化水平低、管理水平不高、选矿回收率低,不可避免的造成了部分矿产资源的“隐蔽”浪费。现阶段,我国有色金属矿山的采选综合回收率只有60%~70%;就铁矿山而言,年排出尾矿量几亿吨,平均含铁约11%,致使大量的金属铁损失于尾矿中。
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    随着我国经济的发展和国家财力的增强,资源约束正替代资本约束逐步上升为国家经济发展中的主要矛盾,我国矿产资源供应不足已成为制约国家经济发展的“瓶颈”。据相关数据统计,虽然我国的矿产资源储量十分丰富,但大多数矿山的矿石品位低、大多呈多组分共(伴)生,矿物嵌布粒度细,且现有矿产资源变得越来越贫、越来越难选,再加上选矿设备陈旧老化、自动化水平低、管理水平不高、选矿回收率低,不可避免的造成了部分矿产资源的“隐蔽”浪费。现阶段,我国有色金属矿山的采选综合回收率只有60%~70%;就铁矿山而言,年排出尾矿量几亿吨,平均含铁约11%,致使大量的金属铁损失于尾矿中。

    随着当前矿业形势的不断变化,市场和技术变化越来越快,竞争越来越激烈,如何通过科技与管理创新加快技术创新速度,提升矿产资源综合利用率、提高自动化水平、提升产品经济价值、降低选矿能耗及成本等,全面提高矿山综合管控与决策水平,已成为未来选矿技术发展的必然趋势。



    一、未来总体选矿工艺技术要求

    (1)选厂规模化

    (2)机械设备大型、高效、智能化

    (3)矿物利用全面化

    (4)水资源全面回收利用化

    (5)选矿药剂高效无毒循环利用化

    (6)生产过程智能化

    (7)无尾矿排放化



    二、未来选矿技术需求

    通常情况下,选矿技术主要是以依附于金属矿产的选择与研发上的,大部分选矿技术都是针对特有地形和结构的矿产。如今的选矿技术随着科技的进步也在发生着逐步的蜕变,可以利用在工艺方面的优势与分选的技术,将其实际应用范围进行迅速增大。所以,相关的研究者需要结合多方面的技术知识,融合一些新的理论,并在此基础上进行不断的创新。未来选矿技术需求主要体现在以下方面:

    (1)矿石高效预选技术。

    矿物进入正式选别作业之前通常需要进行预选作业,在保证最大限度地利用资源的同时,又要将大量废石在进入正式选别作业之前能有效地抛弃,以保持选厂较高的经济效益。鉴于我国铁矿资源的特点,铁矿石预选的主要方法有磁选(强磁选、弱磁选)和重选,强磁性矿石采用弱磁选,弱磁性矿石采用重介质、跳汰等重选或强磁选方法。针对铁矿石的预选,磁力预选是最主要的预选方法。磁力预选的关键是高效的磁选设备。近年来,我国磁选设备研制进展很快,特别是第三代高磁性能永磁材料钕铁硼的问世对磁选新技术的发展起了重要的推动作用。铁矿石强磁选工艺、设备的研究应用,近些年在国内有了较快发展,特别是新型粗粒强磁选。但随着开采技术的推陈出新和矿石性质的变化,高效的矿石预选技术也将会有另一个层次的突进,相信在不久的将来,我国的矿石预选技术也将跻身世界的前列。

    (2)复杂多金属矿选冶协同开发综合利用技术。

    开采综合利用的矿产比率比较低,综合利用指数不高,是我国矿产资源开发利用过程中面临的主要问题。目前,我国综合利用比较好的矿产只有 30%左右,部分综合利用的矿产只有25%左右,完全没有进行综合利用的达到45%左右。矿产资源综合回收的矿种只占可利用综合回收矿种的一半, 综合利用指数50%,比发达国家低30个百分点。以铁矿为例,我国铁矿资源矿石类型复杂,难选矿和多组分共(伴)生铁矿储量所占比重大,多组分共(伴)生铁矿有很高的利用价值,同时也给铁矿的开发利用带来困难。我国铁矿多组分含有钒、钛、稀土、锯、铜、锡、钼、铅、锌、钻、金、铀、硼和硫等30多种,最主要的有钒、钛、铌、铜、钴、硫和稀士等,有的共(伴)生组分的经济价值甚至超过铁矿价值。但目前我国多组分铁矿资源利用程度不高,主要是由于选冶技术水平低,难以使比铁矿价值高得多的金属得到充分利用,随着科学技术水平的提高,这些共(伴)生组分将得到充分的综合回收利用。 

    (3)微细粒复杂难选矿的流态化悬浮焙烧技术。

    我国部分铁矿石资源矿物组成复杂、结晶粒度微细,常规选矿技术难以获得较好的技术经济指标。近年来研究表明,磁化焙烧处理复杂难选铁矿最为有效的技术。目前铁矿石的磁化焙烧主要采用竖炉和回转窑,处理量低、焙烧质量差、能耗高。开发铁矿石流态化悬浮焙烧技术与装备,研究铁矿物流态化焙烧过程中铁矿物的相互作用机理,研发冷却过程铁物相转化控制及同步回收潜热技术,可盘活我国铁矿资源100亿吨以上,我国铁矿资源的回收率可提高10个百分点以上,铁精矿品位可提高1~5个百分点。

    (4)极贫矿的高效开发利用技术。

    我国鞍山式铁矿资源中极贫赤铁矿石有数10亿吨,主要分布在辽宁、河北、山西等地,该类资源铁品位仅15%~20%,受矿山采选生产工艺的制约,只能暂时堆存,不但造成排土场地紧张,而且还浪费了矿石资源,污染了环境。研发鞍山式极贫赤铁矿石的粗粒湿式预选技术、极贫赤铁矿石专用粗粒湿式预选装备磁系与介质结构优化等技术,可提高排土场资源的综合利用和处置水平,可减少排渣占地,改善矿区生态环境,对生态文明建设具有推进意义;可延长矿山服务年限,稳定矿山生产,具有较好的社会效益。

    (5)高效节能碎磨工艺流程配置关键技术。

    在大多数选矿厂中,碎磨流程是投资高、能耗大的单元作业,其设备投资占选矿厂全部设备投资的50%以上,能耗则占选矿厂总能耗的60%~70%。选矿中,影响碎磨工艺选择的因素有很多,由于自然界的矿石种类复杂,并且难以完全预知,在选择碎磨工艺时,高效、节能、经济是最重要的因素。在设计和建设时,应充分考虑到碎磨工艺流程配置的合理性、高效性和经济性。在未来较长一段时间内,掌握碎磨工艺流程配置关键技术,将成为必然趋势。

    (6)选矿自动化在线检测与分析技术。

    过去十年,选矿自动化的发展速度、普及率前所未有,新建选矿厂无一例外地同步建设自动化系统,老选矿厂也不断通过自动化系统的建设实现改造提升、转型升级。但应用情况、实施效果各不相同。在线检测与分析技术是实现自动化、智能化的基础。在过去的十年里,选矿过程的流量、物位、压力、温度、酸碱度等单一参数的检测应用的十分普及和成熟。选矿过程在线检测与分析技术的开发与应用不仅从未止步,而且越来越被行业所重视。尤其是随着应用基础研究的快速发展,促进了高端分析系统等智能装备的开发与应用。这类装备通过一个或者多个参数的物理测量和数学建模,能够感知、预测生产中的矿物特征、设备状态、生产指标等复杂的、综合的、关联的过程信息。这些装备使得生产操作智能化成为可能,改变了选矿自动化传统的含义和任务,缩短了选矿自动化技术与生产成本、效益、安全、环保、管理、知识储备、人才培养等经济效益和社会效益之间的距离。

    (7)选矿全流程自动化控制技术。

    选矿全流程自动化控制系统是一个大型的、复杂的控制系统,它是破碎自动化控制、磨矿分级自动化控制、选别自动化控制以及浓缩过滤自动化控制等有机的结合。选矿全流程自动化控制系统可稳定选矿生产过程,在保证产品质量的前提下,大幅度提高选矿厂的生产能力,降低能耗物耗,提高金属回收率。选矿全流程自动化控制系统中要进行大量的仪表安装和调试,大量的数据采集和分析,以及复杂的软件编程工作。多种关键参数检测、显示和控制可使系统更精确、更完善,高可靠的仪表组合可使系统更长期可靠、稳定运行,优秀的控制软件可使系统更具智能化。

    (8)生物工程选矿技术

    生物选矿也称为生物浸出或生物冶金,是矿冶工程和现代生物科学交叉结合形成的一门新型学科。生物法选矿是生物学、化学及其他工程学科在矿物加工领域中的综合应用。生物选矿就是利用某些微生物或其代谢产物与矿物相互作用,产生氧化、还原、溶解、吸附等反应从而脱除矿石中不需要的组分或回收其中的有价金属的技术。微生物在选矿中可作为选矿药剂予以充分应用。目前,微生物作为选矿药剂的应用研究相对较少,国外近10年才开始进行了广泛而创造性的研究工作。正在进行的研究项目包括微生物絮凝剂、浮选捕收剂、浮选调整剂等,已取得不少令人鼓舞的实验室研究成果,工业应用则较少见报道。生物选矿技术具有简单易行、成本低、能耗少且污染少等特点。微生物技术在选矿中展示出良好的应用前景,可以预言,它将改变传统的一些选矿方法和概念,使选矿过程产生一些根本的变革,并从根本上使传统的选矿方法高技术化。

    (9)尾矿大宗资源化利用技术。

    目前,我国金属矿山堆存的尾矿达数十亿吨,而且以每年产出8~10亿吨尾矿的速度增加。大部分建库或征地堆存,污染环境严重、安全隐患突出。尾矿综合利用产品的科技含量和附加值较低,综合利用指数不高。大宗尾矿堆存量增加将使得环境污染和安全隐患加大,尾矿中含有的药剂及铜、铅、锌、铬、镉、砷、汞等多种金属元素,随水流入附近河流或渗入地下,将严重污染水源;尾矿库扬尘对环境造成危害;尾矿库超期或带病使用,甚至违规操作,存在极大安全隐患,对周边地区人民财产和生命安全造成严重威胁。依托技术创新,实现尾矿的大宗、资源化、无害化利用,对落实国务院发展节能环保等战略性新兴产业和矿业转型升级的具体要求,构建资源节约型、环境友好型矿业可持续发展体系具有重要的推动作用。

    (10)精矿产品深加工开发技术。

    铁矿产品中的超级铁精矿是指含铁量高、脉石含量低的铁精矿,既是选矿的深加工产品,又是一种具有发展潜力的新型功能材料。近年来,随着粉末冶金、直接还原、高端钢材及3D打印等技术的高速发展,对超级铁精矿的需求也日益增多。然而,目前我过优质铁矿资源绝大部分用于生产普通铁精矿。超级铁精矿绿色制备与工业化技术可解决我国长期缺少高品位直接还原铁原料的难题,为我国发展钢铁短流程工艺奠定原料基础。该技术将优化我国铁矿产业结构、延伸铁矿产业链,实现我国铁矿石优质优用的目标。



    三、未来选矿机械与绿色药剂需求  

    如何提高在选矿方面的技术,首先要从最基础的机械设备进行着手,同时选用合适的选矿试剂,再利用在应用价值上较高的选矿技术。

    (1)新型选矿设备的研发。

    较为高效的选矿技术,必须有较为高效的材料和设备进行支撑,选矿的技术和设备都处于共同发展的阶段。所以,选矿技术的发展离不开试剂材料与设备的创新发展,高效低能耗选矿设备研制、新型弱磁、中磁和强磁机的研制、磁重浮一体化高效选矿设备的研制、高效一体化破磨设备的研制、大型悬浮焙烧炉的研制、大型卧式搅拌磨机的研发、搅拌磨机磨矿产品的粒度特性及其对选别指标影响的研究、大型自磨机磨矿过程的模拟与自动控制技术研究、选矿厂高效除尘设备、三废治理循环利用装备等等,都是未来选矿工作者亟待突破的难题。

    (2)高效、环保、耐低温浮选药剂的研发。

    针对于现在的金属矿产,传统的选矿技术对于周边环境的破坏是十分巨大的,会对其他的资源造成极大的污染和破坏。研发基于矿物晶体特性的浮选药剂分子结构设计、新型浮选药剂的合成与浮选性能表征技术,在矿选的基础上,高效、环保、耐低温浮选药剂不会对其他的细杂矿物资源的组成结构产生影响,也不会带来其他的污染物 。从这方面就可以看出,污染较低的浮选药剂的实际应用前景十分广阔,它不仅可以降低实际选矿成本,其对周边环境的污染程度也能尽可能的降到了最低,这在未来的发展上,如何做到可持续发展才是现在技术创新的发展方向。

    四、结 语 

    总而言之,现在选矿技术在研究的空间仍然是十分巨大的,在其多种技术方面的融合与发展之路上,仍需要现在的选矿技术相应人员和研究者继续努力探究与创新,为我国在多金属选矿方面的发展做出最大的贡献,同时也要在环境保护这方面做好保护工作,为我国可持续性发展尽一份力。


 

 


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