非金属矿石选矿及深加工

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第二篇 各种矿产资源的选矿评述
项目 子项目 受到国家科技部 “７ 计划”的资助。随着研究的深人， ９３ 非金属矿物微生物技术 将向工业化发展，成为 ２ 世纪最有前途的新型矿物加工技术之一。 １ 所谓矿物微生物技术是利用微生物的生理机能或代谢产物的作用来改善矿物加工过程， 是一种成本低廉、易操作、 无污染的生态选矿技术。微生物技术在金属矿的浸出、非金属矿 物的提纯以及工业废水治理方面均得到了应用和发展。在非金属矿方面，微生物浸出技术可 用来脱除硅砂、赫土矿物、 高岭土等矿物中的金属硫化物或金属氧化物杂质。武汉理工大学 雷绍民等将氧化亚铁硫杆菌用于富含黄铁矿的鄂西硬质高岭土的除铁脱硫增白试验。经过营 养化处理的酸性矿坑水 自 育氧化亚铁硫杆菌，将含黄铁矿高岭岩堆浸 ６ｄ ０ ，结核状黄铁矿可 全面氧化浸出， 除铁率达到 ８０，白 ００ 度提高 １． ＂ 。武汉理工大学龚文琪、 ３９ ｓ ０ ０ ［７ 沈艳杰等对 低活性氧化亚铁硫杆菌进行富集培养、稀释法纯培养得到了活性较高的氧化亚铁硫杆菌浸矿 菌种。 在一定条件下， 高岭土中Ｆ＇， 浸出 ｅ 原矿除铁率达 ７．０，白 ７４０ 度提高了１０。同时， １０ 他们利用人工配矿高岭土的方法， 加人糖作为营养物，在静止、恒温、厌氧条件下进行纯培 养， 可得到能使高岭土中Ｆ＇还原为Ｆｅ的异养微生物— 铁还原菌。 ｅ ＋ ｅ ＋ 用铁还原菌在一定条 件下浸矿３ｄ（ ０ 期间经过转种）时， 高岭土中Ｆ３的 ｅ 去除效果约为０６ｍ ／。 ＋ ． ｇｇ 用铁还原菌对 ０ 碎云母浸矿 １ｄ 云母中Ｆ３的去除率为 ６．０。 ５， ｅ ＋ ６４ｏ 该研究表明， 利用高岭土进行纯培养得到 的铁还菌可以继续用于云母浸矿，并且浸矿效果相当于利用云母原矿进行第一次纯培养得到 的铁还原菌浸矿效果［－１ ［ １。 １２ ０ －
金属矿物原料，以湿式超细粉碎为佳。
因 此， 湿式超细粉碎和分级技术的研究十分活跃。自２ 世纪 ９ 年代中 ８Ｌ ０ ０ 期 ０ 剥片机投 产以 现已 来， 发展到Ｂ ３０ ， ５０ 及 ３０Ｌ ５０Ｌ的湿式超细磨矿剥磨设备。 Ｐ０Ｌ Ｂ ０Ｌ ５０ ， ０ Ｐ ０ 其中湖
南 牌 工 公司 造的３ ０ ５ ０ 湿 超细 磨 ２ｍ级 达９％ 单台 超 化 有限 制 ５ － ０ Ｌ 式 研 机一 ｔ 别 ０ 、 产量可 ０ ０ Ｌ 达
１５ ． 万￣２５ ｔ ／。 ． 万 浆料／ 该设备适用于高固含量、高细度、低勃度产品的非金属矿， ａ 金属矿 的 超细深加工。目 非金属矿选矿加工行业中 前， 应用最广泛的湿式超细磨矿设备是 Ｂ ３０ Ｐ０， Ｂ ５０ Ｐ０ 型剥片机。 北京矿冶研究总院研制的 Ｇ ５ ２ ＪＸ 大型双槽高强度搅拌机容积达 １ｍ ，已成功用于 ２ ０ ３ 万
粉 率 １ ６ 其中 ２ｍ含 产 为９ ５０ 一 ｊ 量为７ ８ 。 高 转速， 提高一 ｔ ． ， ｏ ｅ ０ ％ 提 分级 ． 可 ２ｍ百分含 但 ｉ 量，
微粉产量随着下降。 当矿物属中等硬度且较纯时， 应用冲击式磨机实现干式超细粉碎并分级是有效的。但干
式超细 粉碎待改 是 量偏低， 进的 产 只能生产一 １ ２ｍ级别微细粉体， ｃ 若满足高档产品的精制非
１．． 环保型、 ９１３ 综合利用型选矿技术
有资料报道， 我国 尾矿排放量 ３ ｔ 以上， 亿 ／ ａ 尾矿存放量超过 ６ 亿 ｔ 如此大量的尾矿 ０ ，
不仅占用大量土地，还严重破坏周边环境和生态平衡。无论是金属矿山还是非金属矿山，尾 矿中可供利用的矿物绝大多数为非金属矿物。金属矿山尾矿以细粉、微细粉为主。非金属矿 特别以煤研石为代表，巨量煤研石堆积如山，往往引起 自燃或酸性矿山水夹带煤灰及矿泥， 黑水横流、污染水体。因此， 综合利用贫、杂、劣质矿或尾矿环保型选矿技术已是刻不容缓。 一方面最大限度利用有限资源， 另一方面从科学发展观看，矿产资源综合利用与环境保护对 国民经济可持续发展， 建立和谐社会， 具有重大社会经济意义。 国家自 “ 八五”以来越来越重视矿产资源综合利用与环境保护， 纷纷出台优惠政策并加 大扶持开发力度， 鼓励矿产资源综合利用。一些环保型选矿技术如无尾矿选矿技术， 尾矿综 合利用技术与设备相继被开发。国家 “ 十一五”期间拟投人大笔资金建设绿色建材共性关键 技术平台， 特别扶持贫、 杂、劣质矿、 尾矿、 煤歼石等非金属矿的 综合利用。 人们已不断开发出利用煤系高岭土、煤歼石、粉煤灰和冶炼渣作为环境矿物材料、白水
第 １ 章 非金属矿石选矿及深加工 ９
雷绍民 龚文琪 （ 武汉理工大学） 非金属矿是我国的优势资源， ． ｏ不少非金属矿加工产品以独特的物化性能，成为金属材料 不可比拟和不可取代的材料，在高科技产业中的应用领域正在不断扩大并且呈现迅速增长的
传统的选矿技术如重选、 磁选、浮选加工出的非金属矿产品已 不能适应当今高科技发展 的需求。随着材料工业的发展， 非金属矿选矿技术正朝着深加工和矿物材料方向发展。四大 技术领域构成非金属矿选矿、深加工学科，即超细超纯及改性； 矿物微生物技术；环保型、 综合利用型选矿技术、矿物材料加工与制备技术。
１．． 矿物微生物技术 ９１２
矿物微生物技术是 ２ 世纪矿冶工程研究的前沿领域。目 １ 前，国内外矿物微生物技术的研 究主要集中于金属矿。 非金属矿领域利用微生物技术研究从 ２ 世纪 ９ 年代末才开始，研究 ０ ０ 力量主要集中在武汉理工大学资源与环境工程学院。 龚文琪教授研究课题组在该研究方向取 得了可喜的成果， 并将进行系统、深人研究。非金属矿物微生物技术研究作为国家重点研究
和轻工部一级品 标准［ 。 ［ 石棉尾矿综合利用工艺是无三废选矿技术， １ ５ １ 轻质氧化镁为主产品，
同时副产品有多孔氧化硅，是过滤材料、介孔材料、白炭黑的优质原料。 由河北工业大学与武安造纸有限公司合作，采用高炉干渣超微纤维以适当比例代替木浆 或草浆配抄书写纸研究已获成功。产品技术指标达到Ｇ ／ １６５ ９０ 级， ＢＴ ２４－ ９Ｂ １ 为拓宽造纸工业 原料ｔ 煤系 烧 岭 生 ， 产 “ ０ 产品７ ／ 缎 高 土 产中 生 双９ ａ ＂ ［０ １
小口径旋流器是湿式超细粒分级的有效设备，特别是用于赫土矿物分级与除杂，不仅可 实现分级， 还能有效分离出金属重矿物等有害杂质。北京古生代粉体科技有限公司制造的
ＧＰ 系 ＳＦ 列超细 分级机 分级， 分级精度可达０３ｍ并实现分级、 ． ｐ 精选与除杂，已 成功应用于
第 １ 章 非金属矿石选矿及深加工 ９
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我国的超细粉碎、 分级、改性技术设备研究工作始于 ２ 世纪 ６ 年代。八九十年代，我 ０ ０ 国有关科研院校及企业联合，在引进、消化、吸收国外先进技术基础上，取得了长足进展。 典型成果是各种型号的气流磨和冲击磨，相继在我国投人工业应用，目前成为干式超细粉碎 的主要设备。 值得注意的是，冲击磨除超细粉碎外， 还具选择性分离铁等金属重矿物的功 能〔－， ３］ 这对非金属矿物提纯是极其重要的。 ＾ ６ 武汉理工大学雷绍民等用咸阳非金属矿研究设 计院研制，由西安飞机制造公司制造的 Ｃ １ Ｍ５ 型冲击磨超细粉碎硬质高岭岩，当给料粒度 ＜８ ｍ 分级转速为 １０ｒｍ时， ｍ 、 ３０ ｐ 原矿处理量为 ３１０ｋ／ ， ９．０ｇｈ 超细粉产量为 ３８ｇｈ 超细 ５ｋ／ ，
趋〔 势〕 ， 。
１． 非金属矿选矿、深加工技术进展 ９１
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１１ 超细超纯及改性 ．
深加工技术研究是当前非金属矿物开发利用的关键。粒度超细化、质量高纯化、表面活 性 改性化、 加工工艺复合化是非金属矿物深加工技术的主流发展方向［． ［ Ｚ １ 随着矿物粒度细化、矿物比表面积也不断增大，表面活性也不断改善，促使物化反应加 速，矿物颗粒与其他组分的结合力更强，复合与互补性加大。矿物超细化研究关联到市场需 求、超细粉碎与分级、机械制造、矿物加工工艺及产品性能检测一系列工程化间题。绝大多 数非金属矿物的应用价值在于它的物理化学性能而不是它的化学元素，只有提纯超细或改性 后其物理化学特性才能充分体现和发挥。 随着矿物纯度的提高，加工技术难度增加。因此，超细高纯化是非金属矿深加工技术的 首要任务。超纯超细的非金属矿一般具有亲水表面，必须有机化改性成为疏水表面后才能有 更广阔的应用前景和更大的经济效益。 粉碎及精细分级技术是非金属矿最主要的深加工技术之一。非金属矿特别是豁土矿物或 层状结构矿物，大多以极细粒状沉积成矿。超细粉碎的目的，一方面使矿物单体分离， 另一 方面使赋存于其中的杂质矿物如铁、钦、硫等有害组分得到解离。因此， 精细分级是极其重 要的选矿加工环节。近年来，世界非金属矿提纯技术中，微细粒非金属矿物的提纯及高纯加 工技术取得到了很大发展。 在该技术领域，日 本、 德国、美国、 加拿大等国一直保持世界先 进水平。 目 前， 航空航天，电子工业、 新型或高技术陶瓷工业等领域对非金属矿物原料， 如石英、 金刚石、氧化铝等矿物的纯度要求很高。而微细粒选矿提纯技术是加工高纯非金属矿产品的 重要方法之一。 国外从 ２ 世纪 ４ 年代起，以超细粉碎、分级、改性为基础的非金属矿深加工技术引起 ０ ０ 人们的注意和研究。到 ６ 年代， ０ 该技术得到了迅速发展。随着新型材料及合成材料的迅速发 展，发达国家超细粉碎及分级设备逐步向大型化、系列化、微机自 动化控制方向发展。
很 用青 ［ 受 户 睐１ ８ １
澳大利亚生态技术公司开发成功一种能吸收 Ｃ ２ ０ 的生态水泥，主要成分为废料— 粉煤
高岭土、伊利石、云母、 石墨和膨润土的精细分级作业。 同样， 威海市海王旋流器有限公司生产的小口 径旋流器分选细粒、超细粒非金属矿物也 有很成功的应用。 对超细精制非金属矿物表面改性， 使其具有功能化材料是非金属矿深加工又一活跃的研 究领域。 目 前， 在塑料、 橡胶、 涂料、 胶粘剂、油墨等工业中应用的表面改性非金属矿物， 如碳 酸钙、高岭土、滑石、叶蜡石、云母、 硅灰石、 石英粉、硅藻土、透闪石等主要采用表面化 学包覆法和沉淀反应法辅助以机械化学方法进行改性。采用的表面改性设备主要为高速加热 搅拌 （ 捏合）机，三筒连续表面改性机，连续导热混合机。江苏江阴市启泰非金属工程有限