馬金平

(武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院， 湖北 武漢 430070)

礦物是指存在于地殼中的自然化合物，其存在方式有固體、液體和氣體，以固體居多。具有開采價值的礦物稱為礦產(chǎn)。礦產(chǎn)資源是國民經(jīng)濟的重要基礎，是人類社會發(fā)展的主要源泉。據(jù)統(tǒng)計[1]，我國90% 以上的能源和80% 以上的工業(yè)原料都來自礦產(chǎn)資源。

1 我國礦產(chǎn)資源的特點

(1)礦產(chǎn)資源總量豐富，品種齊全，但人均占有量少[2]。支柱性大宗礦產(chǎn)的某些礦種短缺或后備儲量不足，而儲量較多的則是部分用量不大的礦產(chǎn)。主要礦產(chǎn)儲量潛在價值占世界礦產(chǎn)總價值的12% ，居世界第3位，但從人均占有量看，僅為世界人均占有量的58%[3]。

(2)貧礦多、富礦少，尤其是鐵、銅、鋁土、鉛、鋅、金等多為貧礦。如我國鐵礦品位一般在30%～35%之間，而國外一般60%～65%；銅礦品位大于1%的不到30%，大于2%的只占6%。

(3)粗顆粒少，細顆粒多；單一礦少，共伴生礦多。共生礦占礦產(chǎn)資源的80%。共生銅占銅總儲量的25.7%，伴生鈷占鈷總儲量的80%，伴生金占金總儲量的44.2%，伴生銀占銀總儲量的87%，伴生在金川鎳礦中的鉑族元素占我國鉑元素總儲量的80%[4，5]。

礦產(chǎn)資源具有不同于其他自然資源的特點，即具有共生性和不可再生性。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，礦產(chǎn)資源的消耗速度將越來越快。特別是近年來，我國礦產(chǎn)資源供求矛盾日益突出。我們應當高度重視礦產(chǎn)資源的保護和合理開發(fā)利用，走資源節(jié)約型的發(fā)展道路。

2 我國礦產(chǎn)資源綜合利用現(xiàn)狀和問題

開展礦山綜合利用，可以使一礦變多礦，貧礦變富礦，小礦變大礦，呆礦變活礦，無礦變有礦。自20世紀80年代初以來，我國礦產(chǎn)資源綜合利用取得了長足進步，辦礦理念基本實現(xiàn)由“單一礦產(chǎn)資源開采”向“共伴生礦產(chǎn)資源(金屬和非金屬)系統(tǒng)綜合開發(fā)利用”的轉(zhuǎn)變。

目前，有色金屬行業(yè)70%以上共、伴生有價元素，都能得到不同程度的綜合利用。綜合回收的共、伴生元素近40種，很多采選聯(lián)合企業(yè)已初步形成了共、伴生礦產(chǎn)資源綜合回收體系。綜合回收的黃金產(chǎn)量現(xiàn)在已占總產(chǎn)量的1/4～1/3，銀、鉑族金屬和稀散元素幾乎100%都是綜合回收的，近3/4的硫酸原料是從有色金屬生產(chǎn)過程中綜合回收的。黑色金屬的綜合利用率為30%～40%[6]。

綜觀全國礦業(yè)，我國礦產(chǎn)資源綜合利用與發(fā)達國家相比，其差距仍比較大。

(1) 綜合利用水平低。我國共、伴生礦產(chǎn)資源綜合利用率不足20%，礦產(chǎn)資源總回收率約30%，而國外先進水平均在50%以上。在品種上，我國綜合利用的礦種，只占可以開展綜合利用礦種總數(shù)的50%左右；在數(shù)量上，我國銅鉛鋅礦產(chǎn)伴生金屬冶煉回收率平均為50%左右，發(fā)達國家平均在80%以上[7]。

(2) 亂采濫挖嚴重。我國長期以來對礦業(yè)的粗放式經(jīng)營，人們大多對我國的資源情況缺乏正確的認識。在選礦方面，地方選礦廠大多是粗放型的生產(chǎn)經(jīng)營模式，開采規(guī)模過小、技術落后、采易棄難、采富棄貧、優(yōu)礦劣用，使礦產(chǎn)資源遭受極大的破壞。我國目前還有許多小礦在采用最原始的手工挖礦的采礦方法，勞動生產(chǎn)率低。

(3) 開發(fā)導致嚴重的環(huán)境問題。一個地區(qū)的礦產(chǎn)開發(fā)，必然會影響這個地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，主要是對地形地貌的破壞和“三廢”的排放。前者會造成嚴重的地質(zhì)災害，地表下沉、滑坡和泥石流等；后者則會對大氣、江河、農(nóng)田造成污染，而且會占用大量耕地。據(jù)統(tǒng)計，我國金屬礦山尾礦堆存量已達50億t左右 ，并每年還以3億～5億t排放速度增長。侵占和直接污染土地66.7萬hm2，間接污染土地667萬hm2[8]。

我國礦業(yè)目前正面臨著資源約束(利用效率低、接替資源不足等)和環(huán)境約束(地質(zhì)環(huán)境破壞嚴重、歷史欠賬多等)雙重制約。原地礦部預測，到2010年，我國45種重要礦產(chǎn)中，可以保證的只有23種，不能保證需長期進口補缺的有10種，資源短缺主要靠進口的有5種。到2020年形勢更加嚴峻，可以保證需求的僅有6種。到2050年則完全沒有保證[9-11]。

2007年年初，國家發(fā)展改革委發(fā)布了《“十一五”資源綜合利用指導意見》，提出到2010年，我國礦產(chǎn)資源總回收率與共伴生礦產(chǎn)綜合利用率，在2005年的基礎上各提高5個百分點，分別達到35%和40%。這對我國礦產(chǎn)資源管理和開發(fā)利用提出了明確的目標要求[12]。

3 綜合利用發(fā)展方向

循環(huán)經(jīng)濟是一種以資源的高效利用和循環(huán)利用為核心，以“減量化、再利用、資源化”為原則，以低消耗、低排放、高效率為基本特征，符合可持續(xù)發(fā)展理念的經(jīng)濟增長模式。礦業(yè)循環(huán)經(jīng)濟是指地球上的礦產(chǎn)及礦產(chǎn)品遵循礦產(chǎn)物質(zhì)的自身特征和自然生態(tài)規(guī)律，按其勘查、采選冶生產(chǎn)、深加工、消費等過程構成閉環(huán)物質(zhì)流動，與之依存的能量流、信息流內(nèi)在疊加，達到與全球環(huán)境、社會進步等和諧發(fā)展的一個經(jīng)濟系統(tǒng)。

3R原則在礦業(yè)循環(huán)經(jīng)濟中的表現(xiàn)形式，主要是貧富礦兼采、綜合回收、一礦變多礦、清潔生產(chǎn)、保護生態(tài)等。礦業(yè)領域要采取有力措施，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，讓循環(huán)經(jīng)濟成為礦產(chǎn)資源綜合利用的助推器。

礦產(chǎn)資源綜合利用，是當前我國一項重大的技術經(jīng)濟政策[13]。通過對我國礦產(chǎn)資源的特點、礦產(chǎn)綜合利用現(xiàn)狀以及礦業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的分析，目前，我國現(xiàn)階段礦產(chǎn)綜合利用的重點領域和綜合利用的方向應該為：一是對復雜共生伴生礦的綜合利用。我國共生、伴生礦特別多，這就要求在工藝的選擇和設計上要統(tǒng)籌兼顧，做到貧富皆收。二是礦業(yè)“三廢”的綜合回收與利用。由于我國伴生礦多以及采選冶技術限制，堆存的尾礦、廢石中還含有可以提取利用的有用元素。目前我國的金屬尾礦綜合利用率不足10%，還有很大的潛力。例如，鞍本地區(qū)一些磁鐵礦尾礦，含有近20%的Fe，采用強磁機可回收鐵品位達60%的鐵精礦。三是再生金屬資源綜合利用。四是節(jié)能降耗，清潔生產(chǎn)。

根據(jù)我國礦產(chǎn)資源特點和綜合利用現(xiàn)狀，借鑒發(fā)達國家礦產(chǎn)資源綜合利用成功的經(jīng)驗，提出以下對策建議：

(1)健全相關法律法規(guī)，健全礦產(chǎn)資源綜合利用的運行機制，為礦產(chǎn)資源綜合利用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟提供法律保證。將國家用于扶植礦產(chǎn)資源綜合利用包括稅收在內(nèi)的優(yōu)惠經(jīng)濟政策真正落實到位，提高企業(yè)開展礦產(chǎn)資源綜合利用的積極性；要強化對礦產(chǎn)資源綜合利用的監(jiān)督管理，加強對勘探和生產(chǎn)過程中的全面綜合評價與考核監(jiān)督；推動礦業(yè)清潔生產(chǎn)，減少廢棄物排放，發(fā)展綠色礦業(yè)。

(2)加強新技術、新工藝的開發(fā)與應用。礦產(chǎn)資源綜合利用的根本出路在于技術進步。以科技為先導，采取有力措施，加強采、選、冶的新技術、新工藝的研究與推廣應用，不斷提高礦產(chǎn)資源的綜合利用率。

礦物加工的發(fā)展趨勢，是對自然界“含量貧、結晶細、成分雜”的礦產(chǎn)資源進行開發(fā)、利用。實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的綜合利用，必須針對我國資源特點，借助于每個單元的技術創(chuàng)新和設備革新，創(chuàng)造適合我國資源特點的選礦新工藝(如生物選礦技術，微細粒貧礦選礦技術，多金屬共生礦綜合利用技術，尾礦再利用技術等)。

①碎磨過程

礦物工程中，70%左右的能耗消耗于碎磨作業(yè)，其中磨礦占85%～90%。因此，盡可能用破碎設備代替磨礦設備，采用超細破碎機縮小入磨粒度，實現(xiàn)“多碎少磨”原則。自磨、半自磨的應用、碎磨設備的大型化，都有利于能耗的降低。同時，應選擇合理的碎磨工藝流程，減少過粉碎現(xiàn)象或礦物與脈石連生進入尾礦的損失率。

另外，我國許多礦產(chǎn)資源的微細嵌布，決定了必須對礦石細磨或超細磨，才能實現(xiàn)礦物的單體解離。通過新型碎磨設備(振動磨、攪拌磨、高壓輥磨機等)的研制和應用，可以實現(xiàn)粉體的制備。

②物理分選

重選：通過改變重力選礦設備的結構參數(shù)和動力學參數(shù)；應用特殊的藥劑和物料，調(diào)節(jié)分選介質(zhì)的性質(zhì)，或調(diào)節(jié)液流的強度和分選區(qū)中循環(huán)的特點；施加振動或超聲波作用，提高跳汰機、搖床和重介質(zhì)分選的效果；研制振動分離機、振動溜槽和振動搖床等新型重選設備。

針對所分選礦物比重差小的特點，改變常規(guī)的自然重力場，采用超重力場；發(fā)展重力與離心力 磁力、電力、機械振動力能等相結合的綜合力場的選別方法，強化微細粒的分選過程。

磁選：為了增大被分選礦物的比磁化系數(shù)差別，研制新型高梯度磁選機(磁過濾機) 以及應用低溫超導體和高溫超導體，可以提高磁場力。這可以使磁場磁感應強度提高幾個數(shù)量級，擴大被選原料的種類，提高磁選效率。

電選：為了擴大被分選礦物的電性差異和提高電選效率，通過加熱、摩擦黏附、機械作用和輻射作用，應用無機和有機藥劑處理物料，改變分選物料表面電性，以及研制新型電選機。

④浮選及浮選藥劑

浮選電化學：根據(jù)電化學原理，研究浮選過程的機制。主要針對硫化礦，電化學反應主導硫化礦與浮選劑作用機理，通過電化學調(diào)控，實現(xiàn)多金屬硫化礦分離。

浮選溶液化學：根據(jù)溶液化學原理，研究浮選行為，主要針對非硫化礦。根據(jù)礦物/浮選劑溶液化學反應行為，預測非硫化礦浮選分離條件與浮選機理。

浮選表面及膠體化學：根據(jù)表面及膠體化學原理，研究顆粒間相互作用，討論細粒礦物選擇性凝聚、分散與浮選分離行為。討論超細顆粒加工制備過程機制。如疏水凝聚、選擇性絮凝、載體作用等。主要針對超細粒礦物、煤炭的加工利用與廢水治理等。

根據(jù)以上浮選理論以及實踐，浮選工藝出現(xiàn)多種多樣的工藝，如閃速浮選法、導電浮選法、載體浮選法、分支分速浮選法、分支串流浮選法、分支載體浮選法、異步混臺浮選法等。

新型的更符合浮選動力學原理的浮選設備的出現(xiàn)， 使得浮選工藝流程更簡捷，更適合于過程自動化， 也使得浮選設備的大型、高效、經(jīng)濟成為可能。

浮選藥劑的研究發(fā)展，可歸納為組合藥劑的使用、藥劑改性、開發(fā)新的高性能或無毒的藥劑。組合用藥主要是利用藥劑之間的協(xié)同作用，增強藥劑的浮選效果。藥劑改性的研究，主要是對現(xiàn)有的黃藥、硫胺酯胺類和脂肪酸等藥劑，改變活性基，或引入、增加活性基團等途徑，提高藥劑的性能。開發(fā)新型、高性能、低毒、價廉的新藥劑，也是重要的發(fā)展方向。為了保護環(huán)境，減少污染，相當多的選礦廠采用了無氰無鉻工藝。

⑤其他選礦方法

隨著礦產(chǎn)資源的日益復雜和貧化，給常規(guī)選礦技術造成了很大的難度?！岸喾N力場” 聯(lián)合作用的設備、多種藥劑“協(xié)同作用” 的“綜合選礦技術” 的應用，以及其他更有效的處理方法的應用。比如用生物浸出、化學浸出、溶劑萃取、離子交換等處理復雜貧細礦物資源。

⑥礦物加工過程的模擬、優(yōu)化以及自動化

通過礦物加工全過程的計算機仿真、模擬與優(yōu)化設計，建立礦山、選廠的專家系統(tǒng)，進行生產(chǎn)、經(jīng)營管理。進行選礦工程的“數(shù)學化、最優(yōu)化、自動化”機制的研究，包括各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的優(yōu)化、控制等。新型、先進控制儀表的出現(xiàn)，結合“專家控制系統(tǒng)”，把選礦廠的自動控制水平推進一步。將“專家控制系統(tǒng)”與最優(yōu)適時控制結

合，達到以根據(jù)礦石性質(zhì)變化適時調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，使選礦生產(chǎn)保持最優(yōu)狀態(tài)。

4 結 語

實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的綜合利用，必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源開發(fā)模式，走可持續(xù)發(fā)展的道路。從資源消耗型轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源節(jié)約型，從破壞環(huán)境型轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)境友好型，從技術落后型轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g先進型.從管理粗放型轉(zhuǎn)變?yōu)楣芾砜茖W型，尋求一條經(jīng)濟、社會、環(huán)境、資源相互協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展的道路。

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