基本介紹
- 書名：資源加工學
- 作者：王淀佐，邱冠周，胡岳華
- ISBN：7030138511, 9787030138514
- 頁數：458
- 出版社：科學出版社
- 出版時間：2008年4月1日
- 開本：16
- 叢書名：普通高等教育十五國家級規劃教材
- 正文語種：中文
- 版次：1
選礦學科的形成,礦物加工學科的形成與發展,學科形成,礦物加工學的主要學科方向有：,資源加工學的形成,資源加工學的研究對象,礦物資源,非傳統礦物資源,二次資源,非礦物資源,資源加工學的研究目的,資源加工學科體系,學科領域,學科基礎及與相鄰學科的關係,資源加工學相關書籍,內容簡介,目錄,
選礦學科的形成
人類利用礦物資源已有數千年歷史，如自然金、自然銅、滑石、硃砂等的開採與利用。無論是公元前幾千年的古埃及，還是中世紀的羅馬帝國時代，或者是中國古代，由於科學技術水平整體落後，社會生產力低，對礦物資源的需求少，人類利用的礦物資源主要是通過手工作業從天然礦石中獲得。如淘金、人工溜槽、手動跳汰篩、洗礦槽等原始重選方法及鵝毛粘油刮取浮在水面上的金粉等原始浮選方法。我國古代將原始的重選、浮選總結為“澄、淘、飛、跌。”這些手工作業雖然有近代“表層浮選”“重選”的影子，但還算不上是一門工業技術，這種現象一直延伸到19 世紀中。
19世紀末至20世紀20年代，世界工業生產快速發展，對礦物原料的需求增大，加上18世紀產業革命的推動，使機械化成為可能。造成了“選礦”技術從古代的手工作業向工業技術的真正轉變。近代大部分的選礦工藝與設備屬於這一時期選礦領域的技術發明，如顎式破碎機，球磨機，機械分級機，重選、電磁選的設備與工藝及浮選藥劑、工藝與設備等。特別是20年代初，黃藥、黑藥在浮選硫化礦中的工業套用，使選礦技術（包括破碎、篩分、磨礦、重選、電選、磁選、浮選等）能處理大部分天然礦物原料。從那時起，選礦技術已成為一門人類從天然礦石中選別、富集有用礦物原料的成熟的工業技術，並得到廣泛套用。
隨著選礦技術的大規模工業套用，對各種選礦工藝過程機制及基礎理論的研究也隨之展開。
首先，隨著流體力學的發展，重選的基礎研究起步較早。19世紀下半葉，奧地利人Rittinger 提出了“等降現象”；Monroe 等人進一步提出“干涉沉降”。20世紀40年代，蘇聯學者JIRIIIEHKO 提出了跳汰是在上升水流中“按懸浮體的相對密度分層”的學說；德國學者Mayer從床層位能降的角度解釋了分層過程。英國學者Bagnold在50年代觀察到了剪下運動下層流斜面流中多層粒群的鬆散分層現象。這些學說成了重選的理論基礎。在電磁選礦方面，由於物理學的發展，人們早就認識到可用永久磁鐵選別磁鐵礦石。當電磁鐵被用作磁選機的磁場並有了各種工業生產的電磁選礦機後，電磁選礦理論也初步確立。
在浮選方面，從20世紀30年代開始，美國的Taggart及蘇聯的Plaksins等先後提出了捕收劑的“化學反應假說”或“溶度積假說”，以解釋重金屬硫化礦的可浮性順序。美國的Gaudin、蘇聯的Bogdanov 及澳洲的Wark等人較多的研究了礦物的潤濕性與可浮性的關係，浮選劑的吸附作用機理，浮選的活化等。美國的Fuerstenau D W等人系統地研究了礦物表面電性與可浮性的關係。到60年代前後，浮選的三大基本理論（潤濕理論、吸附理論及雙電層理論）已初步形成。
從20世紀20年代至60年代前後，經過幾十年的發展，選礦已從一門純工程技術向工程科學轉化。這一時期，一些重要的著作有：美國Taggart 的《Handbook of Ore Dressing》，1927年第1版，1944 年第2 版；Gaudin 的《Flotation》，1932年第1版，1957年第2版；澳洲的Sutherland和Wark的《Principles of Flotation》，1955年第1版；蘇聯Bogdanov的《Theory and Technology of Flotation》，1959 年第1版。選礦已具備了較為獨立的工程科學體系，有其明確的學科方向：
重選：以流體力學為學科基礎，根據不同礦物的密度差異在一定的介質中進行不同礦物的分選。
磁選：以電磁學為學科基礎，根據不同礦物磁性的差異分選不同礦物。
浮選：以表面化學為學科基礎，根據不同礦物表面物理化學性質的差異，實現不同礦物的分選。
個時期的選礦主要是從天然礦石（金屬礦、非金屬礦、煤炭等）中，分離、富集其中的有用礦物，為冶金、化工、建材提供原料。國外所用“選礦”辭彙多為“Ore Dressing”或“Mineral Dressing”。
礦物加工學科的形成與發展
學科形成
20世紀60年代以來，隨著世界經濟的快速發展，一方面人類對礦物資源的需求不斷增加，另一方面，礦物資源中，富礦減少、貧細礦物資源增加，而且礦山、冶煉廠排出的廢水、固體廢棄物等對環境的污染與治理問題也開始受到重視，傳統的選礦技術與理論已不能完全適應解決這些問題。
為了從貧細礦物資源中有效地分離、富集有用礦物，充分合理地利用資源，並能解決環境問題，選礦科技工作者開始認識到，不僅僅是傳統的選礦技術不能有效的解決貧細礦物資源的分離問題，而且資源的綜合利用是更重要的問題。這就需要綜合利用多學科的知識與新成就，尋找新的學科起點，開發新的科學技術，以實現礦物資源的綜合利用，包括分離、富集貧細礦物資源的新技術、工藝和設備；對礦物的提純與精加工；環境的綜合治理；礦物新用途的開發等。即礦物資源的利用不單純是通過“選礦”得到礦產品的問題，而是綜合“加工”利用的問題。為此，近幾十年來，選礦及相鄰學科的科技工作者在選礦學科及交叉學科領域，進行了大量的基礎理論與工藝技術的研究。而且，由於相鄰學科的發展，如電化學、量子化學、表面及膠體化學、紊流力學、生物工程、冶金學、材料科學與工程及計算機科學與技術在選礦學科領域中的套用，形成許多新的學科方向和各種加工利用礦物資源的新技術。“選礦”已不能涵蓋多數新的加工利用礦物資源的科學領域，“礦物加工”呼之欲出。礦物加工學科無論從其學科基礎，學科領域及其研究對象方面遠比傳統選礦學科更廣、更深。事實上，國外從20世紀60年代開始，就逐步採用“Mineral Processing”代替“Ore Dressing”，在我國，已經過近10 年醞釀，於90 年代在國家教委招生目錄上將“選礦”更名為“礦物加工”。
礦物加工學的主要學科方向有：
（1）浮選化學：① 浮選電化學：根據電化學原理，研究浮選過程的機制，主要針對硫化礦，電化學反應主導硫化礦與浮選劑作用機理，通過電化學調控，實現多金屬硫化礦分離。② 浮選溶液化學：根據溶液化學原理，研究浮選行為，主要針對非硫化礦。根據礦物/浮選劑溶液化學反應行為，預測非硫化礦浮選分離條件與浮選機理。③ 浮選表面及膠體化學：根據表面及膠體化學原理，研究顆粒間相互作用，討論細粒礦物選擇性凝聚、分散與浮選分離行為。討論超細顆粒加工製備過程機制。如疏水凝聚、選擇性絮凝、載體。主要針對超細粒礦物、煤炭的加工利用與廢水治理等。
（2）複合物理場礦物加工：根據流變學、紊流力學、電磁學等研究重力場、電磁力場或複合物理場（重力+磁力）中，顆粒運動行為，確定細粒礦物的分級、分選條件。如磁流體水力旋流器分選，振動脈動高梯度磁選，空氣重介質流化床乾法選煤等。
（3）高效低毒藥劑分子設計：根據量子化學、有機化學、表面化學研究藥劑的結構與性能關係，針對特定的用途，設計新型高效礦物加工用藥劑。
（4）礦物資源的生化提取：用生物浸出、化學浸出、溶劑萃取、離子交換等處理複雜貧細礦物資源，如低品位銅礦、鈾礦、金礦的提取，煤脫硫等。由於細菌兼有氧化、吸附、降解等作用，不僅強化浸出過程，而且在環境與工藝控制上具有優勢。生化提取的基礎理論與技術的研究近幾年已成為礦物加工學科的重要方向之一。
（5）直接還原與礦物原料造塊：主要從事礦物原料造塊與精加工方面的科學研究。研究鐵精礦煤基迴轉窯直接還原、粉體物料成型等過程的機理。
（6）複雜貧細礦物資源綜合利用：研究選-冶聯合、選礦、多種選礦工藝（重、磁、浮、電）聯合等處理一些大型複雜貧細多金屬礦的工藝技術和基礎理論，研究資源綜合利用效益。
（7）礦物精加工與礦物材料：通過提純、超細粉碎、表面改性等方法，不經冶煉，將礦物直接加工成可用的材料。如性能優良的潤滑劑，超純輝鉬礦的加工，功能陶瓷所需超細鋯英砂、高嶺土的加工；電子漿料所需超細金紅石的加工；民用、工業用型煤、水煤漿的加工，煤炭地下氣化等。
（8）礦物加工過程計算機技術：用計算機科學技術對礦物加工過程進行模擬、仿真及最佳化、預測、設計，建立礦物加工過程專家系統，實現礦物加工過程的計算機管理與控制。
資源加工學的形成
“人口、發展與環境”是21 世紀國際社會共同關心的重要議題，一方面人口增加、社會發展對資源的需求與日俱增，而天然資源愈來愈複雜、貧細、短缺；另一方面，人類生活對環境問題愈來愈重視。雖然經過幾十年的發展，礦物加工學科已形成了較為完整的學科體系，發展了許多新的礦物加工技術，但隨著未來人類可利用資源的變化及現有技術的局限性，礦物加工科技的發展已面臨許多挑戰。人類社會生活的發展要求礦物加工科技發展的目標是實現礦物加工過程的“高效益、低能耗、無污染”。
礦物加工學科的進一步發展，面臨著來自資源變化與所需技術難度方面的挑戰。
（1）複雜貧細礦物資源的綜合回收：人類對礦物資源的消耗逐年增加，而易選礦物資源的不斷開採利用，愈來愈多的是複雜、貧細、大型多金屬礦床，需要被開採利用，這些礦床的特點是金屬品種及伴生稀有、貴金屬品種多、品位低、難處理。現有礦物加工技術在處理這些礦物資源時，面臨能耗高、綜合利用率低、環境污染等問題；
（2）廢石及尾礦的加工利用：在金屬礦選礦過程中，經過碎磨過程，消耗了大量原材料和能耗，一般只回收了占總礦量約10%的有色金屬或約30%的黑色金屬礦，大量的伴生非金屬礦（尾礦）未能利用；礦山在開採過程中剝離的廢石、表外礦及尾礦中的有價金屬等，需要新的加工利用技術；
（3）礦物精加工技術：傳統的礦物加工以提供精礦及粗級礦產品為主，產品的附加值低，而且也不能滿足現代科技發展對礦物材料性能要求愈高的需要。對金屬礦物，特別是非金屬礦物進行高純化、超細化、表面改性等精加工，能生產適合於電子、宇航、兵器、高技術陶瓷、冶金、化工等不同行業所需的礦物材料，已成為現代礦物加工技術的重點發展趨勢之一；
（4）潔淨煤技術；煤炭是重要的能源，在中國尤是如此。但燃煤給環境帶來的污染已經成為全球嚴重關注的問題。煤炭的脫硫及深加工技術一直是而且仍將是礦物加工面臨的重要問題。
（5）二次資源：礦山、冶煉廠、化工廠等排出的廢水、廢渣、廢氣中的稀有、稀散和貴金屬，廢舊汽車、電纜、機器及廢舊金屬製品等二次資源。由於一次資源逐步減少，二次資源的再生利用技術的開發無疑成了礦物加工領域的重要課題。目前，這方面的技術也不成熟，特別是從三廢中回收有用物質對環境的治理方面還無有效手段，造成資源浪費與環境污染。
（6）海洋資源：海洋錳結核、鈷結殼是一種賦存於深海底的巨大礦產資源，除含錳外，銅、鈷、鎳等金屬的儲量十分豐富，此外，海水中的金屬等在未來陸地資源貧化、枯竭時，將成為人類的寶貴資源，目前，對海洋資源還無有效加工利用技術。
（7）非礦物資源：城市垃圾、廢紙、廢塑膠、油污土壤、石油開採油污水、內陸湖泊中的金屬鹽、重金屬污泥，甚至紅血球與白血球的分離等，更需要新的加工利用技術。
因此，面對待處理資源的變化及技術上存在的問題，礦物加工科技工作者及相關學科的科技工作者，在礦物加工領域及相關學科領域不斷進行新的探索和研究，礦物加工工程學與相鄰學科的相互交叉、滲透、融合，如物理學、化學與化學工程學、生物工程學、數學、計算機科學、採礦工程學、礦物學、材料科學與工程已大大促進了礦物加工學科的拓展，形成各種高效益、低能耗、無污染資源加工新技術，及新的研究領域，傳統的礦物加工學無論從研究對象，目的、研究基礎，還是套用領域等方面，不能完全函蓋這些研究領域，需要建立新的學科體系，即現在提出的資源加工學。
資源加工學的研究對象
資源加工學是根據物理、化學原理，通過分離、富集、純化、提取、改性等技術對礦物資源、非傳統礦物資源、二次資源及非礦物資源進行加工，獲得其中有用物質的科學技術。其研究對象涉及以下幾方面：
礦物資源
金屬礦物、非金屬礦物、煤炭等
非傳統礦物資源
① 工業固體廢棄物：冶煉化工、廢渣、尾礦、廢石
② 海洋礦產：錳結核、鈷結殼、海水中金屬、海底熱液硫化礦床
③ 鹽湖與湖泊中的金屬鹽、重金屬污泥
二次資源
① 廢舊電器；電視機、冰櫃、音響等
② 廢舊金屬製品：電纜、電線、易拉罐、電池等
③ 廢舊汽車。
非礦物資源
城市垃圾、廢紙、廢塑膠、油污水、油污土壤等
資源加工學的研究目的
一方面仍然是將天然礦物資源加工成合格礦產品，另一方面更重要的是，通過對各種資源的物理、化學加工（分離、富集、提取、提純、改性、超細、複合），生產出適合不同用途的有用物質，如高純金屬、礦物材料、精料、特殊燃料、可循環利用的工業與日常生活用品原料等，特別注重資源加工過程的環境治理，強調資源開發、加工利用與環境的協調發展。
資源加工學科體系
學科領域
資源加工學包括四大學科領域：
礦物加工（Mineral Processing）；礦物材料加工（Mineral Material Processing）；二次資源加工（Secondary Material Processing）；金屬提取加工（Metal Metallurgical Processing）。可簡稱為4-MP。礦物加工是根據物理、化學原理對天然礦物資源進行加工，以分離、富集有用礦物；礦物材料加工是根據物理、化學原理，對天然及非傳統礦物資源進行分離、純化、改性、複合等加工，製備功能礦物材料；二次資源加工是根據物理、化學原理，對二次資源進行加工，以分離回收各種有用物質；金屬提取加工是根據物理、化學原理，對各種資源進行化學溶出、生物提取、離子交換、溶劑萃取等加工，以獲取有價金屬。
學科基礎及與相鄰學科的關係
資源加工過程中物料的碎解、分離、富集、純化、提取、超細、改性、複合等過程，涉及礦物學、物理學、化學與化學工程、冶金工程、材料科學與工程、生物工程、力學、採礦工程及計算機技術等多學科領域，體現不同的學科基礎，形成不同的研究方向。
① 工藝礦物學：與礦物學、岩石學的交叉，研究資源物料組成的分析、鑑別、表征，物料的基本物理、化學特性，為“加工”提供基本信息；
② 粉碎工程：以岩石力學、斷裂力學、晶體化學為基礎，對所處理資源進行選擇性碎解，解離或進行超細加工；
③ 重力場、流體力場中的分離：以流體力學、流體動力學為基礎，根據所處理的物料的密度、粒度及形狀差異，分離、富集不同物料。如黑鎢礦與石英的分離，聚氯乙烯和聚乙烯的分離，城市垃圾中重物料與輕質物料的分離，銅線與橡膠包皮的分離等。
④ 電磁場中的分離：以電磁學、靜電學為基礎的磁力分選和靜電分選，根據所處理物料的磁性質或導電性的差異，分離不同物料。如磁性礦物與非磁性礦物的分離，導電礦物與非導礦物的分離，磁性炭粉與廢紙的分離，紅血球與白血球的分離，帶電塑膠與不帶電塑膠的分離，銅線與鋁線的分離等。
⑤ 浮選：是資源加工中最重要的技術，可加工處理各種礦物資源、二次資源及非礦物資源，涉及無機化學、有機化學、表面化學、電化學、物理化學等幾乎整個化學學科領域，形成了浮選電化學、浮選溶液化學、浮選劑分子設計、浮選表面化學等交叉研究領域。如硫化礦及非硫化礦的浮選、廢紙、廢塑膠的浮選、廢水中的離子浮選、油污水、油污土壤處理等。
⑥ 生物提取：涉及生物工程、冶金反應工程、礦物工程及採礦工程等多個交叉學科，主要處理各種低品位礦物資源、難選難冶礦物資源、海洋礦物資源及非傳統礦物資源，直接從這些資源中提取有價金屬。如銅、銅金礦的生物堆浸、地下溶浸，重金屬污泥、海洋錳結核的處理等。
⑦ 化學分離：包括溶劑萃取、離子交換、膜分離、化學浸出等，涉及化學與化學工程、冶金反應工程等。處理複雜礦物資源、海洋礦物資源、工業廢水等。
⑧ 化學合成：涉及化學與化學工程、材料科學與工程領域，包括礦物材料的化學合成、礦物複合材料，礦物--聚合物複合材料等。
⑨ 表面改性：通過表面化學反應、選擇性溶解、溶蝕、刻蝕、塗層等對礦物表面進行化學處理、製備功能礦物材料，涉及化學工程與材料科學與工程領域。
⑩ 聚集與分散：細顆粒的聚集與分散，礦物膠體體系的穩定與分散，溶液萃取，球團、型煤、水煤漿製備等。涉及表面化學、顆粒學等領域。
⑾ 資源加工過程計算機技術：涉及計算機科學與技術、自動控制等領域。研究資源加工過程的數學模型、仿真、最佳化與自動控制。
資源加工學相關書籍
內容簡介
《資源加工學》系統地介紹了礦物資源、非傳統礦物資源和二次資源加工的基本原理。從介紹這些物料的鑑別、基本物理化學性質和表面性質出發，闡述了固體物料粉碎的基本原理；物料顆粒在流體力場中的運動特性及其在流體力和重力場中的分選規律；顆粒的磁性、電性及在電磁力場中的分選規律；顆粒的表面物理化學性質及以其為基礎的分選原理；礦物加工藥劑的類型、結構和性能；物料的化學分離方法及原理；典型礦物材料的物理化學特性及超細粉體加工的基本原理；固體物料成型與固結的基本原理；礦物微生物浸出提取冶金的基本規律。
《資源加工學》可作為大專院校礦物加工工程專業本科生的基礎課教材，也可作為冶金、化工等專業相關人員的教學參考書，對有關研究院所的科研人員也有很高的參考價值。
目錄
第1章 資源加工學概述
1.1資源加工學的形成
1.2資源加工學的學科體系
1.3資源加工在國民經濟建設中的地位和作用
1.4國內外重要的資源加工學術研究機構
習題
參考文獻
第2章 物料的基本物理化學特性
2.1物料的鑑別
2.2物料的物理性質
2.3表面化學性質
習題
參考文獻
第3章 粉碎與分級
3.1粉碎
3.2分級
習題
參考文獻
第4章 顆粒在流體中的運動
4.1流體的基本性質
4.2顆粒在流體中的沉降
4.3流體中顆粒的相互作用
4.4氣泡在流體中的運動
4.5流體中氣泡與顆粒的碰撞
習題
參考文獻
第5章 物理分選
5.1重力分選
5.2磁場分選
5.3電場分選
5.4複合物理場分選
習題
參考文獻
第6章 表面物理化學分選
6.1概述
6.2顆粒表面潤濕性與浮選
6.3雙電層
6.4礦物溶解對浮選過程的影響
6.5硫化物固體顆粒表面的氧化劑還原反應與浮選
6.6聚集與分散
6.7泡沫
習題
參考文獻
第7章 礦物加工藥劑
7.1低相對分子質量有機藥劑
7.2大分子藥劑
7.3無機鹽類藥劑
習題
參考文獻
第8章 化學分選
8.1化學分選概述
8.2化學浸出
8.3化學沉澱
8.4溶劑萃取
8.5離子交換法
8.6膜分離過程
習題
參考文獻
第9章 粉體製備
9.1超細顆粒與納米顆粒
9.2粉體的物理製備方法
9.3粉體的化學合成
9.4粉體表面改性
習題
參考文獻
第10章 粉體成型
10.1粉體成型基本方法
10.2水分在成型過程中的作用
10.3粉體成型機理
習題
參考文獻
第11章 粉體固結
11.1固結過程的氣體力學
11.2固結過程的傳熱規律
11.3固結過程傳質規律
11.4液相固結
11.5固相固結
習題
參考文獻
第12章 礦物微生物浸出
12.1概述
12.2浸礦微生物
12.3微生物浸出基本原理
12.4細菌浸出影響因素和浸出動力學
習題
