[科普中国]-有用矿物

概述

有用矿物是指在现有的国民经济技术条件下具有工业开采价值的矿物，它随着科学技术和经济条件的改变而改变，是一个相对的概念，现在的脉石矿物，可能在以后转变为有用矿物而被人们再度开发。

矿物的应用范围，决定于人类的需要和科学技术水平。因此，“有用矿物”的提法并不恰当。因为任何矿物都是有用的。有些矿物所以没有被利用，只是由于需要还不迫切，现代科学技术水平还未发现它的用途或者虽然已经被发现，但限于水平尚未加以利用。如硅栈石，红朴石。蓝品石直至1920年左右才应用在工业上，成为制造优良耐火材料和轻而硬的硅铝合金的原料。铝土矿几十年前还不是所谓的“有用矿物”，1827年铝已被发现，它的合金与钢同等坚固，而重量比铜轻10倍，随着航空及国防工业需丧的增加迫切要求以铝代铁，但从铝土矿中提炼铝困难很大，不能大量供工业应用。直到苏联发明了电解炼铝之后，冶炼成本人大降低，铝土矿才真正成为“有用矿物”。

由于“有用矿物”名单的扩大，常使矿床开采的主要对象有了转变，例如捷克斯洛伐克的U—Ra矿，几百年来主要作为Ag矿开采，其后又依次作为Co矿和Ra矿开采，最近数年来才主要作为U矿开采。

有用矿物之所以有用，不外是人们能够对它的化学成分和物理性质(包括形态)加以利用。对于非金属矿物，可利用它的物理性质，如刚玉，柘榴手石可做附磨材料；荧石可作熔剂；菱镁矿，红柱石等可作耐火材料；长石、石英可作陶瓷玻璃材料；石膏可做水泥原料；磷灰石可做肥料等。

随着科学技术的飞跃发展，不断地在发现旷物原料的新的用途，迅速改变着人们对矿物已有用途的概念，如萤石以前主要用作熔剂，光学仪器，化工原料等，但在原子能时代的今天，萤石中的氖(F)更重要的用途是提取缔的铀235和作火箭推进药的氧化剂等。1

分类有用矿物按着目前工业利用的性质，可分为金属和非金属两大类。金属矿物是利用金属元素及其合金；非金属矿物是利用非金属元素及其化合物，或它们的混合物。目前工业必需的有用矿物分类如下：

金属类(1)黑色金属及钢铁冶炼原料，铁、锰、铭、钴、镍、钒、钨、扣、钶、钮等。

(2)有色金属(雹工、化工、冶金、药物等原料)：铜、铅、锌、锡、汞、锑、彩、镉、铊、镓及铟。

(3)轻金靥：销、镁、铍、锂、锶、钡。

(4)黄金属：银、金、铂。

(5)半金属：硒和碲。

(6)贵土金鹌：钛和锆。

(7)稀土金爵：铈、钇、钍等。

(8)放射元素：铀和镭。

非金属类（1）化工、电工、冶金、肥料、药物等原料：硫磺、砷、碳（金刚石、石墨以及碳酸盐）、磷、溴和碘盐矿（硼酸盐、硝酸盐）、海成盐矿（石膏和硬石膏、石盐、钾盐和镁盐）石英、云母、石棉、滑石、橄瞪石和石榴子石。

（2）冶金熔剂：氟石和冰晶石。

（3）陶瓷原料：长石、红柱石、蓝品石、矽绿石、高岭土、及其他黏土碱物。

（4）建筑材料：各种成块不易风化的岩石、砖、瓦原料及石·灰、沙，泥等，以及石膏和蛭石。2

有用矿物来源砂矿床中有用矿物来源基地的存在，是形成砂矿床必须的先决条件。有用矿物的来源主要有以下几方面：

（1）原生矿床的存在，如原生的金矿床、各种类型的原生锡矿床、金刚石原生矿床等。

（2）岩石中的付矿物，如钛铁矿、铬铁矿、金红石、锆英石、独居石、铂及铂族矿物等。

（3）岩石的造岩矿物，如石英、长石、高铝矿物等。

（4）古代砂矿床。3

有用矿物性质一般形成沉积砂矿床的有用矿物，应具有以下特性。

（1）耐磨耐损性能强要求矿物的硬度高、韧性强、解理不发育，能被长距离搬运而不破损。

（2）化学性质稳定，要求矿物在表生条件下，能经受长期风化而不分解。 ‘

（3）比重大，一般要求有用矿物具有大的比重，由于与其它矿,物比重的差异，在被搬运的过程中有利于按比重大小进行分异聚集，并在搬运介质速度变低时易于沉积。有的矿物比重虽小，如石英、金刚石等，但由于其耐磨、耐损性强，且化学性质稳定，所以也能形成砂矿床。

有用矿物的浮选有用矿物的浮游选矿法具有重大的工业意义。借助于浮选能得到许多原料，然后从这些原料中回收门捷列夫周期表中的大部分元素。每年在苏联用浮选法处理成亿吨的矿石和煤。浮选厂的工艺基本上安排得很好和较稳定，但是，在某些情况下这种工艺也不够稳定，这是由于矿石性质的波动和生产的不够文明。浮选效率决定于精矿中有用组分的回收率和回收速度等。由于生产规模巨大，即使提高很小的回收率就能得到巨大的经济效果。

浮选是基于在水中矿物的微小粒子对空气泡表面选择性的粘附．这种粘附作用决定于一定药剂对矿物粒子带有选择性的化学和物理的吸附。这些过程的最终目的是降低浮选粒子表面的水合性。在这个过程中，同时进行着一系列复杂的物理化学过程。水经磁化处理后其物理化学性质也有改变，由此可推断磁化处理可能改变浮选过程中的一些参数：矿物粒子表面的润湿性(水合性)，不同药剂的吸附性，矿物溶解度(浮选矿浆液相的离子成份)，粒子的凝聚性和分散性。

为了提高浮选效率，1965年首先在苏联对工业用水、矿浆和不同药剂的水溶液进行了磁化处理。从那时以来，对水、矿浆和药剂的水溶液又进行了大量的研究工作。4

有用矿物的分选原则流程在矿物原料开采和加工的全过程中，核物理分选法应用于有用矿物采出后加工的最初阶段。通常，毛矿的分选还在开采时就开始了。根据有用成分含量或物质组成，可以用不同的方法(根据地质取样，根据目测或以采用快速检测设备为基础的某些方法将毛矿分成不同的品级。原则上，只要技术经济上合理，每一个分出的品级都可以做进一步的加工处理。

进行分选的矿石要预先筛分，过大的矿块要进行再破碎。依所采用的分选方法和物料的工艺特性，入选矿块的最大粒度在较大范围(从250—300到100—50毫米)内波动。将矿石筛分成不同的粒级是一个很关键的工序。通常是筛分成1到3—4个级别。入选粒级的下限与采用的分选方法有关，在50—25到10—3毫米范围内波动。

大多数情况下，筛分和洗矿同时进行。因此，流程中附加有分级和浓密作业。有时，这些作业还可相应地与重选、浮选和其他加工方法组合在一起。

入选粒级经过照射、分选以分出精矿和尾矿。也可以根据矿物原料的物质组成进行分组，然后再用不同的选矿方法或冶炼方法加以处理。

整个流程可以分成下列几个主要单元：

（1）入选物料的桓步准备(包括分级、配矿等)；

（2）分选前的准备(包括破碎、筛分、洗矿、送物料去照射等)；

（3）主要作业(包括照射、力选)；

（4）辅助作业(包括分级、浓密等)。

用核物理法分选矿石所处理的矿块，相对来说是较大的(粗粒、中粒和细粒)。因此，分选前的物料准备通常只采用粗碎(到100～350毫米)，而很少用中碎(到40一100毫米)。物料在分选前必须进行破碎的主要原因是矿块过大，因为过大的矿块在技术上加工不方便以及射线的穿透能力有限。前一个因素限定了入选粒级的上限在200到300毫米之间。分选再大一些的矿块，则要求设计出大型分选设备，而过大的矿块数量相对是不太多的，所以这样做经常是不合算的。根据第二个因素，入选粒级的最大块度可在一个相当大的范围内变化：从300—150毫米(采用硬 射线选矿时)到100—50毫米(用热中子照射选矿时)；当采用 射线进行分选时，甚至可下降到50—25毫米。

在用核物理法分选矿石的工艺中，必须考虑到：在粗碎和中碎过程中，变化的不仅仅是原料的粒级组成，在个别情况下，还会改变入选粒级的显明度和物质组成，因而矿石破碎后某些工艺指标会有所变化，如分选产品的产率、质量以及分选效率等。所以，依具体情况仔细地确定入选粒级的上限，可避免对原矿破碎程度要求不当的错误。如果破碎程度不够，由于有用矿物解离不完全，加上射线的穿透能力低和自吸收的结果，会降低分选的效率。原矿的过粉碎，同样会增大不入选粒级的产率，分选结果也不会好。因而，必须根据每个具体的情况进行专门研究，并根据其结果和技术经济的计算来确定用于各种加工方法的原矿的合理破碎度。

分选前筛分，不仅是因为需要分出不入选的细粒矿石，同时也因为在分选前将矿石分成几个较窄的粒级更为合适。因为这是降低“重量效应’’对分选结果不良影响的途径之一。

筛分时，通常分成2—6个级别．其中最细粒的矿石不进行照射和分选。在有些情况下，当矿石相当硬时，可以干筛。然而，在多数情况F，筛分出的各粒级都要进行洗矿。所以要洗矿，首先取决于工艺原因。通常，有用矿物在矿粉中富集并附着在矿块表面，致使这样的矿块选入精矿的概率显著增大，结果使分选出现误差。同时，矿粉污染设备，使本底增高。原矿，或入选粒级，洗矿后可以大大地降低上述效应的不利影响。此外，洗矿还可以降低(或完全消除)生产厂房中的粉尘，从而也改善了分选时的劳动条件。

物料送去照射是照射和分选前物料准备中最重要的一个过程。为此，采用了各种各样的给料机和设备以改变矿流的形式，使之适合于照射和下一步的分选。依物料的工艺特性和分选的任务，矿石进行照射的形式可以是单块的或是堆式的，甚至是连续的矿石流。

对整体来说，准备过程是物料加工全流程中的一个重要步骤，因为用核物理法处理物料的效果，在很大程度上与它有关。因此，所有的准备作业及其制度应直接与具体物料的加工任务相符合，并对照射与分选过程的特殊要求给予考虑。5