非金屬礦選礦的特點

　　非金屬礦物資源在近代社會中的重要作用一向被人們重視，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，要求提供制造各種特性材料的原則，這在很大程度上有賴于非金屬礦。 人們都知道，對當(dāng)今社會產(chǎn)生重大影響的幾項新技術(shù)，無不與非金屬礦有關(guān)。如用硅作半導(dǎo)體，刷新了微電子技術(shù)，應(yīng)用蘭寶石作為激光器的工作物質(zhì)，開拓了六十年代以來重大科研成果之一的激光技術(shù)；用石英作光導(dǎo)玻璃纖維，為光通訊開辟了新紀(jì)元等等。但是，也應(yīng)看到人類對非金屬礦物性能的認(rèn)識還處于初始階段。如今，非金屬礦物資源的需求量逐年趨于增加，但與金屬礦物資源相比，不論在原料資源的確保及其選礦方法改進(jìn)方面，一般似乎不大注意。可是，伴隨低品位礦物的開發(fā)，必然要產(chǎn)生低品位礦床的合理利用問題，而且，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，對各種工業(yè)原料礦物的質(zhì)量條件提出更嚴(yán)格的要求。所以，近年來，人們對原料選礦的重要性更加重視起來。

　　通常，所謂非金屬礦物資源，是與金屬礦物資源相對而言的。在按其產(chǎn)狀及用途分類時，可將非金屬礦物資源大致分為土建原料、硅酸鹽原料、化學(xué)工業(yè)原料、輕金屬原料及其他原料。自然界蘊(yùn)藏著極為豐富的礦產(chǎn)資源。但是，除少數(shù)富礦外，一般品位(即礦石中有價成分含量的百分?jǐn)?shù))都較低。這些礦石若直接冶煉，技術(shù)困難，也不經(jīng)濟(jì)。因此，冶金對礦石的品位有一定要求。如：鐵礦石中鐵的品位最低不得低于45％一50％；銅礦石中銅的品位最低不得低于3％一5％。因此，對低品位的貧礦石，必須在冶煉前進(jìn)行選礦。其次，礦石中往往都含有多種有用成分，必須事先用選礦方法將它們分離成單獨(dú)的精礦才能進(jìn)一步被利用。礦石中除了有用成分外，往往含有有害雜質(zhì)，如鐵礦石中含有害雜質(zhì)硫、磷等。這些有害雜質(zhì)在冶煉前應(yīng)盡可能用選礦方法除去，否則會使冶煉過程復(fù)雜化，影響冶煉產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　眾所周知，我國是一個資源大國，但在我國經(jīng)濟(jì)騰飛的幾十年中，對原料的消耗量也是相當(dāng)大的，值得注意的是，我們在發(fā)展的同時，對于確保原料資源及有關(guān)提高采礦方法的效率等問題，似乎不太關(guān)心。然而，能源的消耗量是如此之大，近年來，諸如粘土、硅石、陶土、石膏等極普通的原料，也逐漸顯示出有質(zhì)量降低和資源枯竭的趨勢，因而有關(guān)部門才對此產(chǎn)生了深刻的認(rèn)識，一方面積極開發(fā)未利用的資源，另一方面利用新型的選礦技術(shù)，逐漸提高了產(chǎn)品質(zhì)量和均勻性以及原料的最大化利用。

　　選礦就是利用礦物的物理或物理化學(xué)性質(zhì)的差異，借助各種選礦設(shè)備將礦石中的有用礦物和脈石礦物分離，并達(dá)到使有用礦物相對富集的過程。選礦學(xué)是研究礦物分選的學(xué)問，是分離、富集、綜合利用礦產(chǎn)資源的一門技術(shù)科學(xué)。

　　非金屬礦最突出的特點是礦種多。目前，世界上開發(fā)利用的非金屬礦產(chǎn)200余種(包括寶玉石)，中國已發(fā)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)價值的非金屬礦產(chǎn)有100多種。非金屬礦產(chǎn)的又一個突出特點是各礦種的性質(zhì)差異很大，共性很少。例如，在這個大家族里，既有自然界中硬度最大的金剛石，又有最軟的滑石；既有價值連城的珍稀寶石，又有量大價廉的土、砂、石。物性和價值的天壤之別，決定其采礦、選礦、加工方法千差萬別。再加上多數(shù)非金屬礦是以有用礦物集合體或巖石為利用對象，在選礦作業(yè)中，保護(hù)有用礦物晶體，保持礦物的使用價值不降低，成為確定選礦工藝和設(shè)備選型的主要原則，因此，非金屬礦選礦比其他固體礦產(chǎn)復(fù)雜得多。

　　選礦過程通常是由選前的礦石準(zhǔn)備作業(yè)、選別作業(yè)和選后的脫水作業(yè)所組成的連續(xù)生產(chǎn)過程。

　　為了從礦石中選出有用礦物，必須先將礦石粉碎，使其中的有用礦物和脈石達(dá)到單體解離。有時為了滿足后繼作業(yè)對物料粒度的特殊要求，也需在中間加入一定的粉碎作業(yè)。選前的準(zhǔn)備工作通常分為破碎篩分作業(yè)和磨礦分級作業(yè)兩個階段進(jìn)行。破碎機(jī)和篩分機(jī)多為聯(lián)合作業(yè)，礦機(jī)與分級機(jī)常組成閉路循環(huán)。它們分別是組成破碎車間和磨選車間的主要機(jī)械設(shè)備。

　　選礦方法：

　　選礦作業(yè)是將已經(jīng)單體解離的礦石，采用適當(dāng)?shù)氖侄?，使有用礦物和脈石分離的工序。最常用的方法有：

　　(1)浮游選礦法(簡稱浮選法)。浮選是根據(jù)礦物表面的潤濕性的不同，添加適當(dāng)藥劑，在浮選機(jī)中分選礦物的方法。它應(yīng)用廣泛，可用來處理絕大多數(shù)礦石。

　　(2)磁選法。磁選是根據(jù)礦物磁性的不同，在磁選機(jī)中進(jìn)行分選的方法。主要用來處理黑色金屬礦石和稀有金屬礦石。

　　(3)重力選礦法(簡稱重選法)。重選是利用密度不同的礦物在介質(zhì)(水、空氣或重介質(zhì))中運(yùn)動速度和運(yùn)動軌跡的不同，而達(dá)到分選的方法。它廣泛用來選別鎢、錫、金和鐵、錳等礦石，其他有色金屬、稀有金屬和非金屬礦石也常用重選法分選。重選是在各種類型的重選設(shè)備中進(jìn)行的。

　　另外，還有根據(jù)礦物的導(dǎo)電性、摩擦系數(shù)、顏色和光澤等不同而進(jìn)行選礦的方法，如電選法、摩擦選礦法、光電選礦法和手選法等。

　　絕大多數(shù)的選后產(chǎn)品都含有大量的水分，這對于運(yùn)輸和冶煉加工都很不利。因此，在冶煉以前，需要脫除選礦產(chǎn)品中的水分。脫水作業(yè)常常按下面幾個階段進(jìn)行：

　　(1)濃縮。濃縮是在重力或離心力作用下，使選礦產(chǎn)品中的固體顆粒發(fā)生沉淀，從而脫去部分水分的作業(yè)。濃縮通常在濃縮機(jī)中進(jìn)行。

　　(2)過濾。過濾是使礦漿通過一透水而不透固體顆粒的間隔層，達(dá)到固液分離的作業(yè)。過濾是濃縮以后的進(jìn)一步脫水作業(yè)，一般在過濾機(jī)上進(jìn)行。

　　(3)干燥。干燥是脫水過程的最后階段。它是根據(jù)加熱蒸發(fā)的原理減少產(chǎn)品中水分的作業(yè)。但只有在脫水后的精礦還需要進(jìn)行干燥時才用。干燥作業(yè)一般在干燥機(jī)中進(jìn)行，也有采用其他干燥裝置的。由濃縮、過濾、干燥等工序構(gòu)成的輔助車間稱為脫水車間。

　　非金屬礦物的選礦與提純目的：

　?。?）將礦石中有用礦物和脈石礦物相分離，富集有用礦物；

　?。?）除去礦石中有害雜質(zhì)；

　?。?）盡可能地回收伴生有用礦物，充分而經(jīng)濟(jì)合理地綜合利用礦產(chǎn)資源。

　　目前非金屬礦提純常用的方法：浮選法、重選法、磁選法、電選法、化學(xué)選礦法、光電揀選法、摩擦洗礦以及近些年出現(xiàn)的超細(xì)顆粒的選礦方法等。

　　非金屬礦分選提純特點：

　?。?）非金屬礦選礦的目的通常是為了獲得具有某些物理化學(xué)特性的產(chǎn)品，而不是為獲得礦物中某一種或幾種有用元素。

　?。?）非金屬礦選礦過程應(yīng)盡可能保持有用礦物的晶體結(jié)構(gòu)，以免影響它們的工業(yè)用途和使用價值。

　　（3）非金屬礦選礦指標(biāo)的計算一般以有用礦物的含量為依據(jù)，多以氧化物的形式表示其礦石的品位及有用礦物的回收率，而不是礦物中某種元素的含量。

　?。?）非金屬礦選礦提純不僅僅富集有用礦物，除去有害雜質(zhì)，同時也粉磨分級出不同規(guī)格的系列產(chǎn)品。[Page]

　　1.揀選和摩擦洗礦

　?。?）揀選：揀選是利用礦石的表面特征、光性、電性、磁性、放射性及礦石對射線的吸收和反射能力等物理特性，使有用礦物和脈石礦物分離的一種選礦方法。揀選主要用于塊狀和粒狀物料的分選，如除去大塊廢石或揀出大塊富礦。其分選粒度上限可達(dá)250～300mm，下限為10mm，對于個別貴重礦物（如金剛石），下限可至0.5～1.0mm。

　　非金屬礦物的分選來說，揀選具有特殊作用，可用于預(yù)先富集或獲得最終產(chǎn)品，如對原生金剛石礦石，采用揀選可預(yù)先使金剛石和廢石分離，對金剛石粗選和精選，采用揀選可獲得金剛石成品。同樣，對于大理右、石灰石、石膏、滑石、高嶺土、石棉等非金屬礦物，均可采用揀選獲得純度較高的最終成品。揀選又可分為以下兩種方式：

　　A:人工揀選:根據(jù)礦石和廢石之間的外觀特征（顏色、光澤、形狀等）用手揀出礦石和廢石。分正手選（從物料中揀出有用礦物）和反手選（從物料中揀出廢石）兩種。主要用于機(jī)械方法不好揀選或保證不了質(zhì)量的礦石，如揀選長纖維的石棉、片狀云母，從煤系高嶺石中揀出大塊廢石（石英、長石）等。手選是最簡單的揀選方式，但勞動強(qiáng)度大、效率低。人工揀選一般在手選場、固定格條篩、手選皮帶機(jī)和手選臺上進(jìn)行。常用手選設(shè)備有手選皮帶和手選臺兩種。手選皮帶要求平皮帶，寬度不大于1。2m，速度為0.2～0.4m/s，傾角不大于15度，距地面高0.7～0.8m，照明距地面高2m。手選臺一般按4人面積3.2m²計。

　　B:機(jī)械揀選:根據(jù)礦石外觀特征及礦石受可見光、X射線、γ射線照射后反映的差異或礦石天然輻射能力的差別，借助儀器實現(xiàn)礦石和脈石分離的選礦方法。如放射性揀選γ射線；射線吸收揀選(γ吸收法、x射線吸收法，中子吸收法)；發(fā)光性揀選(γ熒光法、x熒光法、紫外熒光法、紅外線法) ；光電揀選(表面光性揀選) ；電磁性揀選。

　　采用哪種揀選方式較為合理，主要由礦石特性所決定，礦石性質(zhì)不同，揀選方式也不同。（2）摩擦洗礦：摩擦洗礦是處理與粘土膠粘在一起或含泥多的礦石的一種工藝，包括碎散和分離兩項作業(yè)。

　　通常礦物以水介質(zhì)浸泡，沖洗并輔以機(jī)械攪動（必要時須配加分散劑），借助于礦物本身相互之間的摩擦作用，將被礦泥粘附的礦物顆粒解離出來并與粘土雜質(zhì)相分離，稱之為摩擦洗礦。擦洗（摩擦洗礦）既可作為其他提純作業(yè)的前期準(zhǔn)備，也可單獨(dú)完成礦物的提純。

　　2.重力選礦

　　重力選礦簡稱重選。它是根據(jù)礦物間密度的差異，在一定的介質(zhì)流中（通常為水、重液或重懸浮液），借助流體浮力、動力或其他機(jī)械力的推動而松散，在重力（或離心力）及粘滯阻力作用下，使不同密度（粒度）的礦物顆粒發(fā)生分層轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到有用礦物和脈石分離的提純方法。采用重選，有用礦物和脈石間密度差值越大，越有利分選，越小分選則越困難。重選通常是在垂直重力場、斜面重力場和離心力場中進(jìn)行。

　　在重選提純過程中，影響重選指標(biāo)的因素主要有：礦物密度、礦粒大小及形狀、介質(zhì)性質(zhì)、設(shè)備類型及操作條件等。

　　3.浮選

　　浮選是利用礦物表面性質(zhì)（疏水性或親水性）的差異，在氣—液—固三相界面體系中使礦物得以分離的選礦方法。礦物顆粒表面的潤濕是由水分子結(jié)構(gòu)的偶極性及礦物晶體構(gòu)造不同引起的，潤濕性即礦物被水潤濕的程度。易被水潤濕的礦物稱為親水性礦物，不易被水潤濕的礦物稱為疏水性礦物。礦物的潤濕性決定著礦粒與氣泡發(fā)生碰撞接觸時，是否能附著于氣泡，也即潤濕性決定了礦粒的天然可浮性。表面潤濕性強(qiáng)的礦物（親水性礦物），天然可浮性差；反之天然可浮性好；礦物表面的潤濕性—即親水或疏水程度通常用接觸角來衡量。

　　單純利用礦物表面天然可浮性進(jìn)行礦石各礦物的浮選分離是有限的，通常要借助一定的浮選藥劑，使礦物易于同氣泡接觸，即提高礦物的可浮性，浮選劑在固一液界面的吸附影響著礦物的可浮性，而這種吸附又受礦物表面電性的影響；因此，礦物表面電性同其可浮性有著必然的聯(lián)系。

　　浮選工藝中常見以下藥劑：

　　（1）起泡劑。分布在水氣界面上的有機(jī)表面活性物質(zhì)，如常用的松油、甲酚油、醇類等。

　　（2）捕收劑。它的作用是改變礦物表面的疏水性，使浮游的礦粒粘附在氣泡上。根據(jù)它們的作用性質(zhì)又分為非極性捕收劑（烴），陰離子捕收劑（如脂肪酸等），陽離子捕收劑（如脂肪胺）等。

　?。?）調(diào)整劑。包括活化劑與抑制劑，改變礦粒表面的性質(zhì)，影響礦物與捕收劑的作用，調(diào)整劑也用于改變水介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)性質(zhì)的，如改變礦漿PH值和其中捕收劑的狀態(tài)。調(diào)整劑一般為無機(jī)化合物。

　　但在實際應(yīng)用過程中，許多有機(jī)浮選藥劑，常常具有起泡與捕收兩種性質(zhì)，一個藥劑在一個過程中用作起泡劑，而在另一個過程中可能又以捕收劑的形式出現(xiàn)，如果按用途分類必然會造成混亂。因此，在討論或介紹浮選藥劑問題時候，按有機(jī)化學(xué)的基本分類，或者按有機(jī)化合物的官能團(tuán)分類，并適當(dāng)考慮在浮選實踐上的用途是比較合理的。

　　浮選新工藝——超細(xì)顆粒的分選技術(shù)

　　微米級的礦物顆粒(粒度小于10微米)，由于質(zhì)量小，比表面積大，表面能高，表面電性強(qiáng)，用常規(guī)的選礦工藝進(jìn)行分選效果較差。

　　超細(xì)顆粒的分選技術(shù)：剪切絮凝浮選；載體浮選；乳化浮選；油團(tuán)聚分選；高分子絮凝分選等。

　　4. 磁選與電選

　　磁選是在不均勻磁場中，利用各礦物間磁性差異而使不同礦物實現(xiàn)分離的提純方法。多用于黑色金屬礦石的選別和有色、稀有金屬礦石的精選。非金屬礦的磁選，即是從非金屬礦物原料中除去含鐵等磁性雜質(zhì)，而達(dá)到非金屬礦物提純的目的。

　　電選是利用各種礦物的電性差別，在高壓電場中實現(xiàn)礦物分選的一種選礦方法。它廣泛地應(yīng)用于有色、黑色金屬和非金屬礦物的分選。

　?。?）礦物磁選過程：磁選是在磁選設(shè)備中進(jìn)行。被選礦石給入磁選設(shè)備的分選區(qū)后；礦物顆粒受到磁力和機(jī)械力（包括重力、離心力、水流動力等）的聯(lián)合作用，磁性不同的礦粒受到不同的磁力作用。由于作用在各礦物顆粒上的磁力和機(jī)械力的合力不同，從而實現(xiàn)了磁性強(qiáng)的礦物和磁性弱的礦物（無磁性礦物）的磁選分離。

　　A:高梯度磁選和超導(dǎo)磁選

　　a:高梯度磁選:高梯度磁選機(jī)也是濕式強(qiáng)磁選機(jī)，它通過兩個途徑來獲得大的磁場力，–是磁場強(qiáng)度H，二是磁場梯度。梯度定是由于采用了特殊的聚磁介質(zhì)—鋼毛，而大大提高其磁場作用力。

　　b:超導(dǎo)磁選:超導(dǎo)磁選機(jī)是把其磁性材料由鐵磁體改為超導(dǎo)體。結(jié)構(gòu)可分為三個系統(tǒng)：超導(dǎo)磁系、制冷系統(tǒng)和分選系統(tǒng)。

　　B:臥式串罐往復(fù)式高梯度超導(dǎo)磁選機(jī)由螺線管式超導(dǎo)磁系、分選罐列、鐵磁屏、液壓往復(fù)運(yùn)動裝置和機(jī)座組成。臥式串罐往復(fù)式高梯度超導(dǎo)磁選機(jī)分選過程：工作時，超導(dǎo)磁體激磁，一個分選罐位于磁場空腔內(nèi)，給人礦漿，捕獲磁性粒子，洗滌磁介質(zhì)。另一個分選罐位于相應(yīng)的磁屏腔內(nèi)等待工作。當(dāng)往復(fù)罐借往復(fù)傳動裝置退出磁場時，到達(dá)相應(yīng)的磁屏腔內(nèi)，沖出介質(zhì)上的磁性粒子。原停在磁屏腔內(nèi)的另一分選罐進(jìn)人磁場，依次往復(fù)重復(fù)前一個分選罐進(jìn)行的程序。這種方法允許超導(dǎo)磁體像永磁體一樣工作而不消耗能量，可使制冷系統(tǒng)的能耗降到最低限度。[Page]

　　(2)電選：電選是在電選機(jī)的電場中進(jìn)行。礦物顆粒給入電場后，由于導(dǎo)電性質(zhì)的不同，使得礦粒在電場中以某方式帶不同性質(zhì)的電荷或帶不同數(shù)量的電荷。從而受到不同的電場力的作用，以實現(xiàn)分離。礦物顆粒在電場中除電場力的作用外，還受離心力、重力的聯(lián)合作用。

　　以上是對非金屬礦物選礦方法及特點的綜述，下面就目前我國非金屬選礦的發(fā)展趨勢作進(jìn)一步論述。

　　礦產(chǎn)品加工和制品的開發(fā)，是一個前景非常廣闊的領(lǐng)域，也是非金屬礦工業(yè)的發(fā)展方向。一種礦產(chǎn)品經(jīng)過加工，做成制品，往往會身價百倍。當(dāng)前，中國非金屬礦產(chǎn)出口形勢很好，近10年來，出口創(chuàng)匯額年年增長，但出口產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，三分之二為原礦和初加工產(chǎn)品，低價出口原礦，高價進(jìn)口制成品的事例屢見不鮮，因此，發(fā)展加工制品，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，刻不容緩。非金屬礦是一類不斷在發(fā)展，不斷在變化的礦產(chǎn)資源，就某種礦物或巖石而言，是礦或不是礦，同當(dāng)時的科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平密切相關(guān)，也同本地資源條件、選礦和加工技術(shù)水平密切相關(guān)。

　　非金屬礦物選礦總的發(fā)展趨勢：

　?。?）適合非金屬礦物選礦特點的常規(guī)選礦方法、工藝流程和設(shè)備，將會逐步得到推廣、應(yīng)用和發(fā)展；

　?。?）為滿足特種陶瓷、工程塑料、光導(dǎo)纖維等新型材料對非金屬礦物原料更嚴(yán)格的質(zhì)量要求，非金屬礦選礦將向高純、超細(xì)技術(shù)領(lǐng)域邁進(jìn)；

　?。?）高效選礦設(shè)備的進(jìn)一步研制和推廣；各種選礦方法聯(lián)合流程在處理非金屬礦難選礦石方面的應(yīng)用和發(fā)展；各種新技術(shù)（如超導(dǎo)、超聲波、激光等等）在非金屬礦選礦中的應(yīng)用及現(xiàn)代檢測技術(shù)的應(yīng)用等。

　　進(jìn)一步認(rèn)識非金屬礦工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用，是很必要的。 非金屬礦物品種繁多，用途廣泛，幾乎所有工業(yè)部門都在不同程度。上應(yīng)用著各種非金屬礦物，其消耗量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金屬。據(jù)美國有關(guān)部門統(tǒng)計，1982年美國每人年平均工業(yè)材料消耗量中，各種金屬材料為1342磅，而各種非金屬材料為20830磅。在各發(fā)展中國家里，為了發(fā)展自身的建筑業(yè)及其他工業(yè)，也極為廣泛地利用著各種非金屬礦物。此外，農(nóng)業(yè)的發(fā)展也離不開非金屬礦物?？傊?，從國計民生的需要來看，非金屬礦具有很重要的作用，在發(fā)展工農(nóng)業(yè)的同時，必需相應(yīng)發(fā)展非金屬礦工業(yè)。另一方面，在發(fā)展中國家里，非金屬礦工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中還具有特殊和重要性。大量的非金屬礦床分布在比較偏僻的地區(qū)，開發(fā)這些礦床，可以促進(jìn)這些地區(qū)較快地發(fā)展起來。我國四川的石棉縣，就是隨著四川和新康兩大石棉礦山的建設(shè)而發(fā)展起來的。青海的茫崖鎮(zhèn)也是因為茫崖石棉礦的開發(fā)才出現(xiàn)的。在中國遼闊的土地上，蘊(yùn)藏有很多很好的非金屬礦產(chǎn)資源；國內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國際市場又需要大量的非金屬礦物原料。豐富的資源，廣闊的市場，為加速發(fā)展我國的非金屬礦工業(yè)提供了得天獨(dú)厚的條件，可以預(yù)言，只要生產(chǎn)發(fā)展上去一個規(guī)模更大、層次更高的開發(fā)非金屬礦產(chǎn)的時代即將來臨。

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