矿物加工工程在国民经济中的地位和意义

19世纪，矿物加工不是一门独立的学科，而是采矿学科体系的组成部分。1900前后，冶金学从大采矿业中分离出来，发展成为一门独立的学科。20世纪30年代以后，矿物加工开始发展成为一门相对独立的工程学科。早期的选矿(选矿)是以选矿厂的工艺流程为基础的。它本质上是矿物加工的反映，由矿物加工方法(主要是浮选、重选和磁选)、辅助工艺(如破碎、脱水和干燥)和矿物加工的检测与控制三大板块组成。因此，它具有很强的实用性。20世纪下半叶，随着世界经济的快速发展和科学技术的突飞猛进，以及高品位、易选矿产资源的逐渐枯竭，资源与材料工程领域的各个学科都发生了明显的调整和变化。比如冶金学科逐渐向材料学科靠拢，转型。矿物加工也不例外。它经历了一系列的变化和调整，面临着巨大的挑战。开采的矿石品位越来越低。以铜矿资源为例，美国精选铜矿平均品位在20世纪30-40年代！1.5，现在只有0.6%，个别选矿厂处理的铜矿石品位低至0.35%。据估算，如果品位从1.5%降至0.5%，选矿能耗将增加1倍，品位的进一步降低将使选矿能耗增加更多。问题不仅在于此，还在于矿石品位降低带来的环境问题。因为冶炼1吨金属铜需要约200吨品位为0.5%的铜矿石，每生产1吨铜矿石，就产生约3吨废石。随着入选矿石的贫化，尾矿和废渣的处理将成为制约选矿发展的重要因素。使用的各种化学品也对环境有影响。可以说，目前的选矿正处于“经济—能耗—环境”三角的严重约束之下。难熔矿物的比例越来越大。随着富矿易选资源的枯竭，一系列成因关系复杂、嵌布粒度细的矿产资源的开发利用被提上日程。这个问题在我国尤为突出，大量弱磁性铁矿中嵌有粒度过细的铁矿物和伴生矿物(小于10 ~ 30？0?8m)，无法有效排序。不止是铁矿石，像锰矿、磷矿、铝矾土等等，都有同样的问题。虽然分离技术是一个尚未解决的问题，但细磨、脱水等操作还远未成熟。面对严峻现实的挑战，矿物加工学科已经并仍在经历着巨大的调整和变化。正在开发和应用一些适合处理贫矿和复杂矿石以及直接提取有用成分的技术。矿物加工的对象已经从天然矿物资源扩展到二次资源的回收和利用。各种固体废弃物，如尾矿、矿渣、粉煤灰、金属垃圾、电器垃圾、塑料垃圾、生活垃圾甚至土壤，都成为了处理对象，经过处理后转化为有用的资源。随着现代科学技术的发展和人类社会的进步，需要开发超纯、超细、矿物原料和具有特殊功能的材料。再如具有特殊功能的石墨、云母、石棉等非金属矿物材料，超细金属氧化物粉末等，都需要有不同于传统方法的特殊加工方法，即所谓的深加工技术。事实上，在20世纪下半叶，矿物加工技术已经逐渐突破了机械加工的传统框架。在金属和非金属矿物的加工中，化学提取以及生物工程和机械加工的结合早已司空见惯。非金属矿物的深加工进一步拓展和丰富了这种结合，如高岭土的超声波剥离，石墨和各种层状矿物的有机无机插层。传统的加工工艺也发生了巨大的变化。超细粉碎和分级被越来越多地使用；界面分离法已成为微细颗粒分离的主要手段；压滤机和离心力场在超细颗粒的固液分离中起着重要作用；各种成型和封装工艺变得越来越重要。矿物加工的任务也发生了变化。矿物加工不仅为各种工业提供了合格的矿物原料，如精矿粉或中间产品，而且扩展到可以生产超纯、超细和特殊功能矿物材料和矿物制品的行业。矿物材料工程主要是以非金属矿石或矿物为原料(或基材)，通过一定的深加工技术，制成具有一定理化性能的无机非金属材料和器件的技术。矿物材料具有很大的应用前景，如沸石太阳能电池板、蒙脱石干燥剂、叶蜡石高温绝热体和导弹密封材料、钠云母密封材料、羟基磷灰石骨材料、硅藻土牙模材料、火山耐火材料等。进一步分析现代矿物加工工程所包含的单元操作，一般包括:破碎、分级、超细颗粒制备、物理分选(重力分选、磁电分选、光电分选、放射性分选等。)、浮选等界面分离、化学处理和生物提取、固液分离(沉淀、过滤、干燥)、成型造粒、气固分离-除尘、物料储运等等。这些单元操作与冶金工程、化学工程、环境工程、无机材料工程和粒子技术进行比较，如下表所示(略)。通过对表格的分析可以发现，表格中所列的单位运算在六个不同的工程领域中具有很强的普适性，很多单位运算是相同的。由此可以看出这六个不同的工程领域之间的有机联系和交叉关系。因此，可以说，无论从矿物加工工程的历史发展来看，还是从上述学科之间的相似性来看，矿物加工都与冶金、化学、无机材料、环境工程和颗粒技术有着密切的联系。特别是粒子的各种机械加工和处理单元操作，几乎成为这些工程技术学科的相同组成部分。这些工程领域之间的主要区别只是对象不同。难怪在欧洲，这些一般的物理处理单元操作往往被称为机械加工技术或流程加工技术。在化学工程中，机械加工技术和分离技术的并置几乎包括了除化学反应工程以外的所有化学单元操作。在矿物加工工程中，机械加工技术和矿物分离技术的并列几乎涵盖了所有的单元操作。因此，从现代学科体系来看，可以认为矿物加工工程由分离富集技术、机械加工技术和过程模拟控制三大板块组成。回顾历史不难看出，矿物加工最初只是采矿或冶金工程的一个分支，后来由于矿产资源开发利用规模的迅速扩大而从采矿或冶金工程中分离出来，发展成为一门独立的学科。现在人们已经观察到了学科之间的回归和交融。随着矿产资源的枯竭及其关系的精细化，化学处理变得越来越重要，而化学处理是提取冶金的主要工艺过程。现在，提取冶金和化学工程也在相互交融。现代矿物加工中包含的矿物材料工程或技术也与无机材料工程非常接近。选矿废渣、尾矿和废水的处理本身就是环境工程的主要内容，更何况选矿技术(包括分离技术)在环境治理工程中已经找到了自己的位置。科学技术发展到今天，学科之间的界限趋于交叉，市场经济的发展要求科技界具有更大的适应性和应变能力。在这种情况下，只要不受研究对象的限制，矿物加工技术可以有效地应用于上述各种工程技术领域。反过来，吸收和利用其他工程技术领域的实践经验和研究成果，可以促进选矿的进一步发展。可以说，矿物加工技术的跨学科研究和应用是摆在我们面前的最大挑战和机遇。