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未來選礦技術的發展趨勢
來源:2019第十五屆中國北京國際煤炭裝備及采礦技術設備展覽會 - 分類:展會動態 - 責任編輯:管理員 - 發布于:2019-3-15 15:01:41

隨著我國經濟的發展和國家財力的增強,資源約束正替代資本約束逐步上升為國家經濟發展中的主要矛盾,我國礦產資源供應不足已成為制約國家經濟發展的“瓶頸”。據相關數據統計,雖然我國的礦產資源儲量十分豐富,但大多數礦山的礦石品位低、大多呈多組分共(伴)生,礦物嵌布粒度細,且現有礦產資源變得越來越貧、越來越難選,再加上選礦設備陳舊老化、自動化水平低、管理水平不高、選礦回收率低,不可避免的造成了部分礦產資源的“隱蔽”浪費。現階段,我國有色金屬礦山的采選綜合回收率只有60%~70%;就鐵礦山而言,年排出尾礦量幾億噸,平均含鐵約11%,致使大量的金屬鐵損失于尾礦中。

隨著當前礦業形勢的不斷變化,市場和技術變化越來越快,競爭越來越激烈,如何通過科技與管理創新加快技術創新速度,提升礦產資源綜合利用率、提高自動化水平、提升產品經濟價值、降低選礦能耗及成本等,全面提高礦山綜合管控與決策水平,已成為未來選礦技術發展的必然趨勢。


一、未來總體選礦工藝技術要求

(1)選廠規模化

(2)機械設備大型、高效、智能化

(3)礦物利用全面化

(4)水資源全面回收利用化

(5)選礦藥劑高效無毒循環利用化

(6)生產過程智能化

(7)無尾礦排放化


二、未來選礦技術需求

通常情況下,選礦技術主要是以依附于金屬礦產的選擇與研發上的,大部分選礦技術都是針對特有地形和結構的礦產。如今的選礦技術隨著科技的進步也在發生著逐步的蛻變,可以利用在工藝方面的優勢與分選的技術,將其實際應用范圍進行迅速增大。所以,相關的研究者需要結合多方面的技術知識,融合一些新的理論,并在此基礎上進行不斷的創新。未來選礦技術需求主要體現在以下方面:

(1)礦石高效預選技術。

礦物進入正式選別作業之前通常需要進行預選作業,在保證最大限度地利用資源的同時,又要將大量廢石在進入正式選別作業之前能有效地拋棄,以保持選廠較高的經濟效益。鑒于我國鐵礦資源的特點,鐵礦石預選的主要方法有磁選(強磁選、弱磁選)和重選,強磁性礦石采用弱磁選,弱磁性礦石采用重介質、跳汰等重選或強磁選方法。針對鐵礦石的預選,磁力預選是最主要的預選方法。磁力預選的關鍵是高效的磁選設備。近年來,我國磁選設備研制進展很快,特別是第三代高磁性能永磁材料釹鐵硼的問世對磁選新技術的發展起了重要的推動作用。鐵礦石強磁選工藝、設備的研究應用,近些年在國內有了較快發展,特別是新型粗粒強磁選。但隨著開采技術的推陳出新和礦石性質的變化,高效的礦石預選技術也將會有另一個層次的突進,相信在不久的將來,我國的礦石預選技術也將躋身世界的前列。

(2)復雜多金屬礦選冶協同開發綜合利用技術。

開采綜合利用的礦產比率比較低,綜合利用指數不高,是我國礦產資源開發利用過程中面臨的主要問題。目前,我國綜合利用比較好的礦產只有 30%左右,部分綜合利用的礦產只有 25%左右,完全沒有進行綜合利用的達到45%左右。礦產資源綜合回收的礦種只占可利用綜合回收礦種的一半, 綜合利用指數50%,比發達國家低30個百分點。以鐵礦為例,我國鐵礦資源礦石類型復雜,難選礦和多組分共(伴)生鐵礦儲量所占比重大,多組分共(伴)生鐵礦有很高的利用價值,同時也給鐵礦的開發利用帶來困難。我國鐵礦多組分含有釩、鈦、稀土、鋸、銅、錫、鉬、鉛、鋅、鉆、金、鈾、硼和硫等30多種,最主要的有釩、鈦、鈮、銅、鈷、硫和稀士等,有的共(伴)生組分的經濟價值甚至超過鐵礦價值。但目前我國多組分鐵礦資源利用程度不高,主要是由于選冶技術水平低,難以使比鐵礦價值高得多的金屬得到充分利用,隨著科學技術水平的提高,這些共(伴)生組分將得到充分的綜合回收利用。 

(3)微細粒復雜難選礦的流態化懸浮焙燒技術。

我國部分鐵礦石資源礦物組成復雜、結晶粒度微細,常規選礦技術難以獲得較好的技術經濟指標。近年來研究表明,磁化焙燒處理復雜難選鐵礦最為有效的技術。目前鐵礦石的磁化焙燒主要采用豎爐和回轉窯,處理量低、焙燒質量差、能耗高。開發鐵礦石流態化懸浮焙燒技術與裝備,研究鐵礦物流態化焙燒過程中鐵礦物的相互作用機理,研發冷卻過程鐵物相轉化控制及同步回收潛熱技術,可盤活我國鐵礦資源100億噸以上,我國鐵礦資源的回收率可提高10個百分點以上,鐵精礦品位可提高1~5個百分點。

(4)極貧礦的高效開發利用技術。

我國鞍山式鐵礦資源中極貧赤鐵礦石有數10億噸,主要分布在遼寧、河北、山西等地,該類資源鐵品位僅15%~20%,受礦山采選生產工藝的制約,只能暫時堆存,不但造成排土場地緊張,而且還浪費了礦石資源,污染了環境。研發鞍山式極貧赤鐵礦石的粗粒濕式預選技術、極貧赤鐵礦石專用粗粒濕式預選裝備磁系與介質結構優化等技術,可提高排土場資源的綜合利用和處置水平,可減少排渣占地,改善礦區生態環境,對生態文明建設具有推進意義;可延長礦山服務年限,穩定礦山生產,具有較好的社會效益。

(5)高效節能碎磨工藝流程配置關鍵技術。

在大多數選礦廠中,碎磨流程是投資高、能耗大的單元作業,其設備投資占選礦廠全部設備投資的50%以上,能耗則占選礦廠總能耗的60%~70%。選礦中,影響碎磨工藝選擇的因素有很多,由于自然界的礦石種類復雜,并且難以完全預知,在選擇碎磨工藝時,高效、節能、經濟是最重要的因素。在設計和建設時,應充分考慮到碎磨工藝流程配置的合理性、高效性和經濟性。在未來較長一段時間內,掌握碎磨工藝流程配置關鍵技術,將成為必然趨勢。

(6)選礦自動化在線檢測與分析技術。

過去十年,選礦自動化的發展速度、普及率前所未有,新建選礦廠無一例外地同步建設自動化系統,老選礦廠也不斷通過自動化系統的建設實現改造提升、轉型升級。但應用情況、實施效果各不相同。在線檢測與分析技術是實現自動化、智能化的基礎。在過去的十年里,選礦過程的流量、物位、壓力、溫度、酸堿度等單一參數的檢測應用的十分普及和成熟。選礦過程在線檢測與分析技術的開發與應用不僅從未止步,而且越來越被行業所重視。尤其是隨著應用基礎研究的快速發展,促進了高端分析系統等智能裝備的開發與應用。這類裝備通過一個或者多個參數的物理測量和數學建模,能夠感知、預測生產中的礦物特征、設備狀態、生產指標等復雜的、綜合的、關聯的過程信息。這些裝備使得生產操作智能化成為可能,改變了選礦自動化傳統的含義和任務,縮短了選礦自動化技術與生產成本、效益、安全、環保、管理、知識儲備、人才培養等經濟效益和社會效益之間的距離。

(7)選礦全流程自動化控制技術。

選礦全流程自動化控制系統是一個大型的、復雜的控制系統,它是破碎自動化控制、磨礦分級自動化控制、選別自動化控制以及濃縮過濾自動化控制等有機的結合。選礦全流程自動化控制系統可穩定選礦生產過程,在保證產品質量的前提下,大幅度提高選礦廠的生產能力,降低能耗物耗,提高金屬回收率。選礦全流程自動化控制系統中要進行大量的儀表安裝和調試,大量的數據采集和分析,以及復雜的軟件編程工作。多種關鍵參數檢測、顯示和控制可使系統更精確、更完善,高可靠的儀表組合可使系統更長期可靠、穩定運行,優秀的控制軟件可使系統更具智能化。

(8)生物工程選礦技術

生物選礦也稱為生物浸出或生物冶金,是礦冶工程和現代生物科學交叉結合形成的一門新型學科。生物法選礦是生物學、化學及其他工程學科在礦物加工領域中的綜合應用。生物選礦就是利用某些微生物或其代謝產物與礦物相互作用,產生氧化、還原、溶解、吸附等反應從而脫除礦石中不需要的組分或回收其中的有價金屬的技術。微生物在選礦中可作為選礦藥劑予以充分應用。目前,微生物作為選礦藥劑的應用研究相對較少,國外近10年才開始進行了廣泛而創造性的研究工作。正在進行的研究項目包括微生物絮凝劑、浮選捕收劑、浮選調整劑等,已取得不少令人鼓舞的實驗室研究成果,工業應用則較少見報道。生物選礦技術具有簡單易行、成本低、能耗少且污染少等特點。微生物技術在選礦中展示出良好的應用前景,可以預言,它將改變傳統的一些選礦方法和概念,使選礦過程產生一些根本的變革,并從根本上使傳統的選礦方法高技術化。

(9)尾礦大宗資源化利用技術。

目前,我國金屬礦山堆存的尾礦達數十億噸,而且以每年產出8~10億噸尾礦的速度增加。大部分建庫或征地堆存,污染環境嚴重、安全隱患突出。尾礦綜合利用產品的科技含量和附加值較低,綜合利用指數不高。大宗尾礦堆存量增加將使得環境污染和安全隱患加大,尾礦中含有的藥劑及銅、鉛、鋅、鉻、鎘、砷、汞等多種金屬元素,隨水流入附近河流或滲入地下,將嚴重污染水源;尾礦庫揚塵對環境造成危害;尾礦庫超期或帶病使用,甚至違規操作,存在極大安全隱患,對周邊地區人民財產和生命安全造成嚴重威脅。依托技術創新,實現尾礦的大宗、資源化、無害化利用,對落實國務院發展節能環保等戰略性新興產業和礦業轉型升級的具體要求,構建資源節約型、環境友好型礦業可持續發展體系具有重要的推動作用。

(10)精礦產品深加工開發技術。

鐵礦產品中的超級鐵精礦是指含鐵量高、脈石含量低的鐵精礦,既是選礦的深加工產品,又是一種具有發展潛力的新型功能材料。近年來,隨著粉末冶金、直接還原、高端鋼材及3D打印等技術的高速發展,對超級鐵精礦的需求也日益增多。然而,目前我過優質鐵礦資源絕大部分用于生產普通鐵精礦。超級鐵精礦綠色制備與工業化技術可解決我國長期缺少高品位直接還原鐵原料的難題,為我國發展鋼鐵短流程工藝奠定原料基礎。該技術將優化我國鐵礦產業結構、延伸鐵礦產業鏈,實現我國鐵礦石優質優用的目標。


三、未來選礦機械與綠色藥劑需求  

如何提高在選礦方面的技術,首先要從最基礎的機械設備進行著手,同時選用合適的選礦試劑,再利用在應用價值上較高的選礦技術。

(1)新型選礦設備的研發。

較為高效的選礦技術,必須有較為高效的材料和設備進行支撐,選礦的技術和設備都處于共同發展的階段。所以,選礦技術的發展離不開試劑材料與設備的創新發展,高效低能耗選礦設備研制、新型弱磁、中磁和強磁機的研制、磁重浮一體化高效選礦設備的研制、高效一體化破磨設備的研制、大型懸浮焙燒爐的研制、大型臥式攪拌磨機的研發、攪拌磨機磨礦產品的粒度特性及其對選別指標影響的研究、大型自磨機磨礦過程的模擬與自動控制技術研究、選礦廠高效除塵設備、三廢治理循環利用裝備等等,都是未來選礦工作者亟待突破的難題。

(2)高效、環保、耐低溫浮選藥劑的研發。

針對于現在的金屬礦產,傳統的選礦技術對于周邊環境的破壞是十分巨大的,會對其他的資源造成極大的污染和破壞。研發基于礦物晶體特性的浮選藥劑分子結構設計、新型浮選藥劑的合成與浮選性能表征技術,在礦選的基礎上,高效、環保、耐低溫浮選藥劑不會對其他的細雜礦物資源的組成結構產生影響,也不會帶來其他的污染物 。從這方面就可以看出,污染較低的浮選藥劑的實際應用前景十分廣闊,它不僅可以降低實際選礦成本,其對周邊環境的污染程度也能盡可能的降到了最低,這在未來的發展上,如何做到可持續發展才是現在技術創新的發展方向。

四、結 語 

總而言之,現在選礦技術在研究的空間仍然是十分巨大的,在其多種技術方面的融合與發展之路上,仍需要現在的選礦技術相應人員和研究者繼續努力探究與創新,為我國在多金屬選礦方面的發展做出最大的貢獻,同時也要在環境保護這方面做好保護工作,為我國可持續性發展盡一份力。

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第十三屆中國(北京)國際煤炭裝備及礦山技術設備展覽會
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