非金属矿选矿的特点

　　非金属矿物资源在近代社会中的重要作用一向被人们重视，现代科学技术的进步，要求提供制造各种特性材料的原则，这在很大程度上有赖于非金属矿。 人们都知道，对当今社会产生重大影响的几项新技术，无不与非金属矿有关。如用硅作半导体，刷新了微电子技术，应用兰宝石作为激光器的工作物质，开拓了六十年代以来重大科研成果之一的激光技术；用石英作光导玻璃纤维，为光通讯开辟了新纪元等等。但是，也应看到人类对非金属矿物性能的认识还处于初始阶段。如今，非金属矿物资源的需求量逐年趋于增加，但与金属矿物资源相比，不论在原料资源的确保及其选矿方法改进方面，一般似乎不大注意。可是，伴随低品位矿物的开发，必然要产生低品位矿床的合理利用问题，而且，由于科学技术的进步和发展，对各种工业原料矿物的质量条件提出更严格的要求。所以，近年来，人们对原料选矿的重要性更加重视起来。

　　通常，所谓非金属矿物资源，是与金属矿物资源相对而言的。在按其产状及用途分类时，可将非金属矿物资源大致分为土建原料、硅酸盐原料、化学工业原料、轻金属原料及其他原料。自然界蕴藏着极为丰富的矿产资源。但是，除少数富矿外，一般品位(即矿石中有价成分含量的百分数)都较低。这些矿石若直接冶炼，技术困难，也不经济。因此，冶金对矿石的品位有一定要求。如：铁矿石中铁的品位最低不得低于45％一50％；铜矿石中铜的品位最低不得低于3％一5％。因此，对低品位的贫矿石，必须在冶炼前进行选矿。其次，矿石中往往都含有多种有用成分，必须事先用选矿方法将它们分离成单独的精矿才能进一步被利用。矿石中除了有用成分外，往往含有有害杂质，如铁矿石中含有害杂质硫、磷等。这些有害杂质在冶炼前应尽可能用选矿方法除去，否则会使冶炼过程复杂化，影响冶炼产品的质量。

　　众所周知，我国是一个资源大国，但在我国经济腾飞的几十年中，对原料的消耗量也是相当大的，值得注意的是，我们在发展的同时，对于确保原料资源及有关提高采矿方法的效率等问题，似乎不太关心。然而，能源的消耗量是如此之大，近年来，诸如粘土、硅石、陶土、石膏等极普通的原料，也逐渐显示出有质量降低和资源枯竭的趋势，因而有关部门才对此产生了深刻的认识，一方面积极开发未利用的资源，另一方面利用新型的选矿技术，逐渐提高了产品质量和均匀性以及原料的最大化利用。

　　选矿就是利用矿物的物理或物理化学性质的差异，借助各种选矿设备将矿石中的有用矿物和脉石矿物分离，并达到使有用矿物相对富集的过程。选矿学是研究矿物分选的学问，是分离、富集、综合利用矿产资源的一门技术科学。

　　非金属矿最突出的特点是矿种多。目前，世界上开发利用的非金属矿产200余种(包括宝玉石)，中国已发现有经济价值的非金属矿产有100多种。非金属矿产的又一个突出特点是各矿种的性质差异很大，共性很少。例如，在这个大家族里，既有自然界中硬度最大的金刚石，又有最软的滑石；既有价值连城的珍稀宝石，又有量大价廉的土、砂、石。物性和价值的天壤之别，决定其采矿、选矿、加工方法千差万别。再加上多数非金属矿是以有用矿物集合体或岩石为利用对象，在选矿作业中，保护有用矿物晶体，保持矿物的使用价值不降低，成为确定选矿工艺和设备选型的主要原则，因此，非金属矿选矿比其他固体矿产复杂得多。

　　选矿过程通常是由选前的矿石准备作业、选别作业和选后的脱水作业所组成的连续生产过程。

　　为了从矿石中选出有用矿物，必须先将矿石粉碎，使其中的有用矿物和脉石达到单体解离。有时为了满足后继作业对物料粒度的特殊要求，也需在中间加入一定的粉碎作业。选前的准备工作通常分为破碎筛分作业和磨矿分级作业两个阶段进行。破碎机和筛分机多为联合作业，矿机与分级机常组成闭路循环。它们分别是组成破碎车间和磨选车间的主要机械设备。

　　选矿方法：

　　选矿作业是将已经单体解离的矿石，采用适当的手段，使有用矿物和脉石分离的工序。最常用的方法有：

　　(1)浮游选矿法(简称浮选法)。浮选是根据矿物表面的润湿性的不同，添加适当药剂，在浮选机中分选矿物的方法。它应用广泛，可用来处理绝大多数矿石。

　　(2)磁选法。磁选是根据矿物磁性的不同，在磁选机中进行分选的方法。主要用来处理黑色金属矿石和稀有金属矿石。

　　(3)重力选矿法(简称重选法)。重选是利用密度不同的矿物在介质(水、空气或重介质)中运动速度和运动轨迹的不同，而达到分选的方法。它广泛用来选别钨、锡、金和铁、锰等矿石，其他有色金属、稀有金属和非金属矿石也常用重选法分选。重选是在各种类型的重选设备中进行的。

　　另外，还有根据矿物的导电性、摩擦系数、颜色和光泽等不同而进行选矿的方法，如电选法、摩擦选矿法、光电选矿法和手选法等。

　　绝大多数的选后产品都含有大量的水分，这对于运输和冶炼加工都很不利。因此，在冶炼以前，需要脱除选矿产品中的水分。脱水作业常常按下面几个阶段进行：

　　(1)浓缩。浓缩是在重力或离心力作用下，使选矿产品中的固体颗粒发生沉淀，从而脱去部分水分的作业。浓缩通常在浓缩机中进行。

　　(2)过滤。过滤是使矿浆通过一透水而不透固体颗粒的间隔层，达到固液分离的作业。过滤是浓缩以后的进一步脱水作业，一般在过滤机上进行。

　　(3)干燥。干燥是脱水过程的最后阶段。它是根据加热蒸发的原理减少产品中水分的作业。但只有在脱水后的精矿还需要进行干燥时才用。干燥作业一般在干燥机中进行，也有采用其他干燥装置的。由浓缩、过滤、干燥等工序构成的辅助车间称为脱水车间。

　　非金属矿物的选矿与提纯目的：

　　（1）将矿石中有用矿物和脉石矿物相分离，富集有用矿物；

　　（2）除去矿石中有害杂质；

　　（3）尽可能地回收伴生有用矿物，充分而经济合理地综合利用矿产资源。

　　目前非金属矿提纯常用的方法：浮选法、重选法、磁选法、电选法、化学选矿法、光电拣选法、摩擦洗矿以及近些年出现的超细颗粒的选矿方法等。

　　非金属矿分选提纯特点：

　　（1）非金属矿选矿的目的通常是为了获得具有某些物理化学特性的产品，而不是为获得矿物中某一种或几种有用元素。

　　（2）非金属矿选矿过程应尽可能保持有用矿物的晶体结构，以免影响它们的工业用途和使用价值。

　　（3）非金属矿选矿指标的计算一般以有用矿物的含量为依据，多以氧化物的形式表示其矿石的品位及有用矿物的回收率，而不是矿物中某种元素的含量。

　　（4）非金属矿选矿提纯不仅仅富集有用矿物，除去有害杂质，同时也粉磨分级出不同规格的系列产品。[Page]

　　1.拣选和摩擦洗矿

　　（1）拣选：拣选是利用矿石的表面特征、光性、电性、磁性、放射性及矿石对射线的吸收和反射能力等物理特性，使有用矿物和脉石矿物分离的一种选矿方法。拣选主要用于块状和粒状物料的分选，如除去大块废石或拣出大块富矿。其分选粒度上限可达250～300mm，下限为10mm，对于个别贵重矿物（如金刚石），下限可至0.5～1.0mm。

　　非金属矿物的分选来说，拣选具有特殊作用，可用于预先富集或获得最终产品，如对原生金刚石矿石，采用拣选可预先使金刚石和废石分离，对金刚石粗选和精选，采用拣选可获得金刚石成品。同样，对于大理右、石灰石、石膏、滑石、高岭土、石棉等非金属矿物，均可采用拣选获得纯度较高的最终成品。拣选又可分为以下两种方式：

　　A:人工拣选:根据矿石和废石之间的外观特征（颜色、光泽、形状等）用手拣出矿石和废石。分正手选（从物料中拣出有用矿物）和反手选（从物料中拣出废石）两种。主要用于机械方法不好拣选或保证不了质量的矿石，如拣选长纤维的石棉、片状云母，从煤系高岭石中拣出大块废石（石英、长石）等。手选是最简单的拣选方式，但劳动强度大、效率低。人工拣选一般在手选场、固定格条筛、手选皮带机和手选台上进行。常用手选设备有手选皮带和手选台两种。手选皮带要求平皮带，宽度不大于1。2m，速度为0.2～0.4m/s，倾角不大于15度，距地面高0.7～0.8m，照明距地面高2m。手选台一般按4人面积3.2m²计。

　　B:机械拣选:根据矿石外观特征及矿石受可见光、X射线、γ射线照射后反映的差异或矿石天然辐射能力的差别，借助仪器实现矿石和脉石分离的选矿方法。如放射性拣选γ射线；射线吸收拣选(γ吸收法、x射线吸收法，中子吸收法)；发光性拣选(γ荧光法、x荧光法、紫外荧光法、红外线法) ；光电拣选(表面光性拣选) ；电磁性拣选。

　　采用哪种拣选方式较为合理，主要由矿石特性所决定，矿石性质不同，拣选方式也不同。（2）摩擦洗矿：摩擦洗矿是处理与粘土胶粘在一起或含泥多的矿石的一种工艺，包括碎散和分离两项作业。

　　通常矿物以水介质浸泡，冲洗并辅以机械搅动（必要时须配加分散剂），借助于矿物本身相互之间的摩擦作用，将被矿泥粘附的矿物颗粒解离出来并与粘土杂质相分离，称之为摩擦洗矿。擦洗（摩擦洗矿）既可作为其他提纯作业的前期准备，也可单独完成矿物的提纯。

　　2.重力选矿

　　重力选矿简称重选。它是根据矿物间密度的差异，在一定的介质流中（通常为水、重液或重悬浮液），借助流体浮力、动力或其他机械力的推动而松散，在重力（或离心力）及粘滞阻力作用下，使不同密度（粒度）的矿物颗粒发生分层转移，从而达到有用矿物和脉石分离的提纯方法。采用重选，有用矿物和脉石间密度差值越大，越有利分选，越小分选则越困难。重选通常是在垂直重力场、斜面重力场和离心力场中进行。

　　在重选提纯过程中，影响重选指标的因素主要有：矿物密度、矿粒大小及形状、介质性质、设备类型及操作条件等。

　　3.浮选

　　浮选是利用矿物表面性质（疏水性或亲水性）的差异，在气—液—固三相界面体系中使矿物得以分离的选矿方法。矿物颗粒表面的润湿是由水分子结构的偶极性及矿物晶体构造不同引起的，润湿性即矿物被水润湿的程度。易被水润湿的矿物称为亲水性矿物，不易被水润湿的矿物称为疏水性矿物。矿物的润湿性决定着矿粒与气泡发生碰撞接触时，是否能附着于气泡，也即润湿性决定了矿粒的天然可浮性。表面润湿性强的矿物（亲水性矿物），天然可浮性差；反之天然可浮性好；矿物表面的润湿性—即亲水或疏水程度通常用接触角来衡量。

　　单纯利用矿物表面天然可浮性进行矿石各矿物的浮选分离是有限的，通常要借助一定的浮选药剂，使矿物易于同气泡接触，即提高矿物的可浮性，浮选剂在固一液界面的吸附影响着矿物的可浮性，而这种吸附又受矿物表面电性的影响；因此，矿物表面电性同其可浮性有着必然的联系。

　　浮选工艺中常见以下药剂：

　　（1）起泡剂。分布在水气界面上的有机表面活性物质，如常用的松油、甲酚油、醇类等。

　　（2）捕收剂。它的作用是改变矿物表面的疏水性，使浮游的矿粒粘附在气泡上。根据它们的作用性质又分为非极性捕收剂（烃），阴离子捕收剂（如脂肪酸等），阳离子捕收剂（如脂肪胺）等。

　　（3）调整剂。包括活化剂与抑制剂，改变矿粒表面的性质，影响矿物与捕收剂的作用，调整剂也用于改变水介质的化学或电化学性质的，如改变矿浆PH值和其中捕收剂的状态。调整剂一般为无机化合物。

　　但在实际应用过程中，许多有机浮选药剂，常常具有起泡与捕收两种性质，一个药剂在一个过程中用作起泡剂，而在另一个过程中可能又以捕收剂的形式出现，如果按用途分类必然会造成混乱。因此，在讨论或介绍浮选药剂问题时候，按有机化学的基本分类，或者按有机化合物的官能团分类，并适当考虑在浮选实践上的用途是比较合理的。

　　浮选新工艺——超细颗粒的分选技术

　　微米级的矿物颗粒(粒度小于10微米)，由于质量小，比表面积大，表面能高，表面电性强，用常规的选矿工艺进行分选效果较差。

　　超细颗粒的分选技术：剪切絮凝浮选；载体浮选；乳化浮选；油团聚分选；高分子絮凝分选等。

　　4. 磁选与电选

　　磁选是在不均匀磁场中，利用各矿物间磁性差异而使不同矿物实现分离的提纯方法。多用于黑色金属矿石的选别和有色、稀有金属矿石的精选。非金属矿的磁选，即是从非金属矿物原料中除去含铁等磁性杂质，而达到非金属矿物提纯的目的。

　　电选是利用各种矿物的电性差别，在高压电场中实现矿物分选的一种选矿方法。它广泛地应用于有色、黑色金属和非金属矿物的分选。

　　（1）矿物磁选过程：磁选是在磁选设备中进行。被选矿石给入磁选设备的分选区后；矿物颗粒受到磁力和机械力（包括重力、离心力、水流动力等）的联合作用，磁性不同的矿粒受到不同的磁力作用。由于作用在各矿物颗粒上的磁力和机械力的合力不同，从而实现了磁性强的矿物和磁性弱的矿物（无磁性矿物）的磁选分离。

　　A:高梯度磁选和超导磁选

　　a:高梯度磁选:高梯度磁选机也是湿式强磁选机，它通过两个途径来获得大的磁场力，–是磁场强度H，二是磁场梯度。梯度定是由于采用了特殊的聚磁介质—钢毛，而大大提高其磁场作用力。

　　b:超导磁选:超导磁选机是把其磁性材料由铁磁体改为超导体。结构可分为三个系统：超导磁系、制冷系统和分选系统。

　　B:卧式串罐往复式高梯度超导磁选机由螺线管式超导磁系、分选罐列、铁磁屏、液压往复运动装置和机座组成。卧式串罐往复式高梯度超导磁选机分选过程：工作时，超导磁体激磁，一个分选罐位于磁场空腔内，给人矿浆，捕获磁性粒子，洗涤磁介质。另一个分选罐位于相应的磁屏腔内等待工作。当往复罐借往复传动装置退出磁场时，到达相应的磁屏腔内，冲出介质上的磁性粒子。原停在磁屏腔内的另一分选罐进人磁场，依次往复重复前一个分选罐进行的程序。这种方法允许超导磁体像永磁体一样工作而不消耗能量，可使制冷系统的能耗降到最低限度。[Page]

　　(2)电选：电选是在电选机的电场中进行。矿物颗粒给入电场后，由于导电性质的不同，使得矿粒在电场中以某方式带不同性质的电荷或带不同数量的电荷。从而受到不同的电场力的作用，以实现分离。矿物颗粒在电场中除电场力的作用外，还受离心力、重力的联合作用。

　　以上是对非金属矿物选矿方法及特点的综述，下面就目前我国非金属选矿的发展趋势作进一步论述。

　　矿产品加工和制品的开发，是一个前景非常广阔的领域，也是非金属矿工业的发展方向。一种矿产品经过加工，做成制品，往往会身价百倍。当前，中国非金属矿产出口形势很好，近10年来，出口创汇额年年增长，但出口产品结构不合理，三分之二为原矿和初加工产品，低价出口原矿，高价进口制成品的事例屡见不鲜，因此，发展加工制品，调整产品结构，刻不容缓。非金属矿是一类不断在发展，不断在变化的矿产资源，就某种矿物或岩石而言，是矿或不是矿，同当时的科学技术和经济水平密切相关，也同本地资源条件、选矿和加工技术水平密切相关。

　　非金属矿物选矿总的发展趋势：

　　（1）适合非金属矿物选矿特点的常规选矿方法、工艺流程和设备，将会逐步得到推广、应用和发展；

　　（2）为满足特种陶瓷、工程塑料、光导纤维等新型材料对非金属矿物原料更严格的质量要求，非金属矿选矿将向高纯、超细技术领域迈进；

　　（3）高效选矿设备的进一步研制和推广；各种选矿方法联合流程在处理非金属矿难选矿石方面的应用和发展；各种新技术（如超导、超声波、激光等等）在非金属矿选矿中的应用及现代检测技术的应用等。

　　进一步认识非金属矿工业在国民经济中的地位和作用，是很必要的。 非金属矿物品种繁多，用途广泛，几乎所有工业部门都在不同程度。上应用着各种非金属矿物，其消耗量远远超过金属。据美国有关部门统计，1982年美国每人年平均工业材料消耗量中，各种金属材料为1342磅，而各种非金属材料为20830磅。在各发展中国家里，为了发展自身的建筑业及其他工业，也极为广泛地利用着各种非金属矿物。此外，农业的发展也离不开非金属矿物。总之，从国计民生的需要来看，非金属矿具有很重要的作用，在发展工农业的同时，必需相应发展非金属矿工业。另一方面，在发展中国家里，非金属矿工业在国民经济中还具有特殊和重要性。大量的非金属矿床分布在比较偏僻的地区，开发这些矿床，可以促进这些地区较快地发展起来。我国四川的石棉县，就是随着四川和新康两大石棉矿山的建设而发展起来的。青海的茫崖镇也是因为茫崖石棉矿的开发才出现的。在中国辽阔的土地上，蕴藏有很多很好的非金属矿产资源；国内经济建设和国际市场又需要大量的非金属矿物原料。丰富的资源，广阔的市场，为加速发展我国的非金属矿工业提供了得天独厚的条件，可以预言，只要生产发展上去一个规模更大、层次更高的开发非金属矿产的时代即将来临。

　　参考文献：

　　[1]于春梅.《选矿概论》.冶金工业出版社.2010.

　　[2]（日）富田坚二（着） 王少儒（译）.《非金属矿选矿法》.中国建筑工业出版社.

　　[3]袁继祖.《非金属矿物加工技术基础》.武汉理工大学学报.

　　[4]胡兆扬.《非金属矿工业手册》.冶金工业出版社.