选矿理论与实践学科发展现状及前景.ppt

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1、选矿理论与实践,第一讲 矿物加工工程学科的发展历程,第一讲 矿物加工工程学科的发展历程,1.1 矿物加工工程学科的发展历程1.2 矿物加工工程学科的内涵1.3 矿物加工工程的主要学科方向1.4 矿物加工学科在国民经济中的地位和作用,1.1 矿物加工工程学科的发展历程,发展简史 选矿的原始阶段：选矿过程本身已有很长的发展历史。很早以前就有手工拣选，后来发展成为用简单淘洗工具从砂石中回收金、银、锡等大密度矿物，这属于选矿的原始阶段。无论是公元前几千年的古埃及,还是中世纪的罗马帝国时代,或者是中国古代,由于科学技术水平整体落后,社会生产力低,对矿物资源的需求少,人类利用的矿物资源主要是通过手工作业从

2、天然矿石中得到的。如淘金、人工溜槽、手动跳汰筛、洗矿槽等原始重选方法及鹅毛粘油刮取浮在水面上的金粉等原始浮选方法。这些手工作业虽然有近代表层浮选和重选的影子,但还算不上是一门工业技术,这种现象一直延伸到19世纪。,1.1 矿物加工工程学科的发展历程,选矿技术的形成阶段：19世纪末至1920年代,世界工业生产快速发展,对矿物原料的需求增大,加上18世纪产业革命的推动,使机械化成为可能，造成了选矿技术从古代的手工作业向工业技术的真正转变。近代大部分的选矿工艺与设备属于这一时期选矿领域的技术发明,如：颚式破碎机,球磨机,机械分级机,跳汰机、摇床等重选设备、电磁选的设备与工艺，浮选药剂、工艺与设备等。

3、从那时起,选矿技术已成为一门人类从天然矿石中选别、富集有用矿物原料的工业技术,并得到广泛应用。l 9世纪中期以后国外相继出现厂机械选矿设备，例如静电选矿机、磁选机等。重力选矿和磁选、电选矿等物理选矿技术有较大发展，从而促使冶金工业大规模发展。,1.1 矿物加工工程学科的发展历程,选矿学科的形成阶段：1920-60年代泡沫浮选的大规模应用和各种浮选药剂和设备的出现大大促进了选矿技术的发展，同时也促进难选、复合矿及细粒嵌布矿产的开发与利用。生产的发展和需要促使人们对选矿理论的深入研究。从1867年奥地利PR雷廷格尔著选矿学开始，相继有列宾捷尔的浮选过程的物理化学、AM高登(Gaudin)的选矿原理

4、 1932第1版、利亚申科的重选原理，至1944年FF塔加尔持编著的选矿手册，选矿工程发展成为独立的学科.,1.1 矿物加工工程学科的发展历程,发展阶段第一阶段：从远古至20世纪20年代前后，以机械化选矿设备的出现和应用为标志的“选矿”技术的起源。例如：破碎分级设备（颚式破碎机、球磨机、机械分级机）、重选、电磁选及浮选工艺与设备等。Ore Dressing.,1.1 矿物加工工程学科的发展历程,第二阶段：从20世纪20年代至60年代前后,以重、磁、浮三大学科方向的形成为标志的选矿工程学科的形成。其主要标志是：流体力学、电磁学、界面化学等基础理论的应用和三大学科方向的形成。（1）重选：以流体力学

5、为学科基础,根据不同矿物的密度差异在一定的介质中进行不同矿物的分选。（2）电磁选：以电磁学为学科基础,根据不同矿物磁性的差异分选不同矿物。（3）浮选：以化学为学科基础,根据不同矿物表面物理化学性质的差异,实现不同矿物的分选。这个时期的选矿主要是从天然矿石(金属矿、非金属矿、煤炭等)中,分离、富集其中的有用矿物,为冶金、化工、建材提供原料。Mineral Dressing/Mineral Separation/Mineral Beneficiation.,1.1 矿物加工工程学科的发展历程,第三阶段：从20世纪60年代至20世纪末，以非金属矿深加工理论和技术的发展为标志的矿物加工学科的形成阶段。

6、60年代以来,随着世界经济的快速发展,一方面人类对矿物资源的需求不断增加,另一方面,矿物资源中,富矿减少、贫细矿物资源增加,传统的选矿技术与理论已不能完全适应解决这些问题。其主要标志是：非金属矿物深加工技术的发展、以黄金氰化技术为代表的低品位矿石处理技术的大规模应用。无论是从处理的资源变化,还是科学技术水平发展来看,“选矿”学科已远超出了传统意义上的“选矿”,而用“矿物加工”才能更确切地反映其学科范畴与科技发展。选矿-矿物加工工程,Mineral Separation-Mineral Processing.,1.1 矿物加工工程学科的发展历程,第四阶段，20世纪末至今，新兴学科方向的形成与矿物

7、加工学科的发展阶段。进入21世纪以来，环境意识的空前增强和新材料产业的蓬勃兴起，对于矿物资源利用模式的变革和矿物加工学科的发展产生了广泛而深远的影响。如何克服传统的资源开发与环境保护的矛盾、如何提高不可再生性矿产资源的利用效率已成为矿物加工学科无法回避的现实课题。其主要标志是：(1)相关学科理论和技术在矿物加工领域的大规模应用(生物和化工技术)；（2）矿物加工学科理论和技术在其他学科领域的拓宽和应用(环境工程、材料学)；（3）新学科方向的形成-矿物材料学的形成与发展。,1.2 矿物加工工程学科的内涵,学科内涵矿物加工从其传统的学科基础来说,是一门从矿物资源中,通过分离、富集、提纯等物理的和化学

8、的加工处理,提取有用组分的科学技术。然而，经过近百年来的发展，矿物加工学科已完全不同于“有用矿物的分离富集”这一传统的概念，而发展为以多学科交叉为基础、具有广阔应用领域和发展前景的重要学科。,1.2 矿物加工工程学科的内涵,传统的概念选矿工程：利用矿石中不同矿物性质的差异，采用物理、化学的方法，从天然矿石中分离有用矿物的一门学科。矿物工程(Mineral Engineering)是根据自然界矿物原料的物理、化学或物理化学性质的差异，利用物理、化学或生物化学的方法将矿产资源个有用矿物(或有用成分)和脉石矿物(或有害成分)分离的综合加工过程，又称“矿物加工工程”或“选矿工程”。矿物工程主要包括矿产

9、的粉碎(破碎、磨矿、筛分、分级等)、分选(重选、磁选、电选、浮选、化学选、生物冶金等)、产品处理(液固分离、气固分离、尾矿业务等)。矿物加工工程：以矿物原料为研究对象，从事有用组分的分离提取、矿物材料的制备及二次资源综合利用的一门学科。,1.2 矿物加工工程学科的内涵,构成学科的基本条件具有完善的学科基础理论具有专门的研究机构、学术机构具有广阔的应用背景或工业实践学科基础化学（物理化学）-浮选、化选矿物学矿物成因、性能流体力学（化工原理）-重选、分选机械电磁学-磁选颗粒学-粉体材料,1.2 矿物加工工程学科的内涵,学术组织、研究机构国际矿物加工工程大会-International Minera

10、l Processing Congress（IMPC)，1952-3003，22届。2008在中国举行。学术组织：国外美国采矿、石油与冶金协会；加拿大采矿与冶金工程师协会；英国矿冶协会；南非矿冶协会等。中国：金属学会、煤炭学会、黄金学会、颗粒学会、建材学会，等研究机构：中国钢铁研究院、北京有色金属研究总院、长沙矿冶研究院、中国科学院煤炭研究院、国家非金属矿综合利用工程技术研究中心、北京矿冶研究总院、北京有色金属研究、广州有色金属研究院、马鞍山矿山研究院、中科院化工冶金研究所、国土资源部矿产综合利用研究所（郑州）、国家非金属矿深加工工程研究中心（苏州）、中国煤炭科学院，等等。,1.2 矿物加工工

11、程学科的内涵,高等学校：中南大学、东北大学、北京科技大学、中国矿业大学、昆明理工大学、武汉理工大学、山东科技大学、河北理工学院、太原理工大学、黑龙江矿业学院、唐山工程技术学院、辽宁工程技术大学、鞍山钢铁学院、安徽理工大学、广西大学、南方冶金学院、焦作工学院、武汉冶金科技大学、武汉工业大学、武汉化工学院、西安建筑科技大学、西安科技学院等。国外高校和研究机构：国际矿物加工大会International Mineral Processing Congress(IMPC),1.2 矿物加工工程学科的内涵,国外高校和研究机构：U.S.A.（31）Center for Advanced Separatio

12、n Technologies Center for Bioremediation Colorado School of Mines Louisiana State University,Mineral Processing Research Institute Michigan Technological University,Dept.of Mining and Materials Processing Engineering Florida Institute of Phosphate Research New Mexico Technological University,Dept.of

13、 Materials and Metallurgical Engineering New Mexico Technological University,Dept.of Mineral Engineering Pennsylvania State University,Earth and Mineral Sciences South Dakota School of Mines and Technology Southern Illinois University at Carbondale,Dept.of Mining and Mineral Resources Engineering Un

14、iversity of Alabama at Tuscaloosa,Dept.of Metallurgical and Materials Engineering University of Alaska at Fairbanks,School of Mineral Engineering University of Arizona,Dept.of Mining&Geological Engineering,1.2 矿物加工工程学科的内涵,University of California,Berkeley,Materials Science and Engineering University

15、 of Columbia,New York,Henry Krumb School of Mines,Dept.of Earth&Environmental Engineering University of Idaho,Dept.of Materials,Metallurgical,Mining,&Geological Engineering University of Illinois,Dept.of Materials Science and Engineering University of Kentucky,Dept.of Mining Engineering University o

16、f Missouri-Rolla,Center for Pyrometallurgy University of Missouri-Rolla,School of Mines and Metallurgy University of Montana(Montana Tech),Dept.of Metallurgical&Materials Engineering University of Montana(Montana Tech),Dept.of Mining Engineering University of Montana(Montana Tech),Bureau of Mines an

17、d Geology University of Nevada,Dept.of Chemical and Metallurgical Engineering University of Nevada,Mackay School of Mines University of Utah,Dept.of Mining Engineering University of Wisconsin-Madison,Materials Science and Engineering Department Virginia Tech,Dept.of Mining and Minerals Engineering W

18、est Virginia University,College of Engineering and Mineral Resources Weber State University,Center for Bioremediation,1.2 矿物加工工程学科的内涵,Canada（15）Dalhousie University,DalTech,Dept.of Mining and Metallurgical Engineering Laurentian University,School of Engineering McGill University,Dept.of Mining,Metal

19、s&Materials Engineering McMaster University,Dept.of Materials Science and Engineering Queens University,Dept.of Chemical Engineering Royal Military College of Canada,Dept.of Chemistry and Chemical Engineering University of Alberta,School of Mining and Petroleum Engineering University of Alberta,Depa

20、rtment of Chemical&Materials Engineering University of British Columbia,Dept.of Mining and Mineral Processing Engineering University of British Columbia,Centre for Metallurgical Process Engineering University of British Columbia,Hydrometallurgy Group Universite Laval,Dept.of Mining,Metallurgical&Mat

21、erials Engineering University of Toronto,Aqueous Process Metallurgy(Hydrometallurgy)Group University of Toronto,Lassonde Mineral Engineering Program University of Toronto,Dept.of Metallurgy and Materials Science,1.2 矿物加工工程学科的内涵,Central/South AmericaGuanajuato School of Mines,Mexico Universidade Fede

22、ral de Minas Gerais,Brazil,Metallurgy&Materials Engineering University of Chile,Dept.of Mining Engineering Europe（37）Aachen University(RWTH),Germany,Dept.of Mining Engineering Hanover University,Germany,Institute of Conveying Technologies and Mining Machines Hacettepe University,Turkey,Mining Engine

23、ering Department Helsinki University of Technology,Finland,Dept.of Materials Science&Rock Engineering Istanbul Technical University,Turkey,Dept.of Mining Engineering Istanbul Technical University,Turkey,Minerals and Coal Processing Division Lulea University of Technology,Sweden,Dept.of Chemical and

24、Metallurgical Engineering,1.2 矿物加工工程学科的内涵,Lulea University of Technology,Sweden,Dept.of Civil and Mining Engineering Masaryk University,Czech Republic,Dept.of Mineralogy,Petrology,&GeochemistryMiddle East Technical University,Turkey,Dept.of Mining Engineering Middle East Technical University,Turkey,

25、Dept.of Metallurgical and Materials Engineering Natural History Museum,UK,Dept.of Mineralogy National Technical University of Athens,Greece,Dept.of Mining and Metallurgical Engineering Norweigan Technical University,Norway,Faculty of Applied Earth Sciences Norwegian University of Science&Technology,

26、Norway,Dept.of Geology&Mineral Resources Engineering Polytechnical University of Madrid,Spain,ETSI de Minas Imperial College of Science,Technology&Medicine,UK,Department of Earth Science and Engineering Imperial College of Science,Technology&Medicine,UK,Department of Chemical Engineering and Chemica

27、l Technology,1.2 矿物加工工程学科的内涵,Stanislaw Staszic University of Mining and Metallurgy,Poland Tallinn Technical University,Estonia,Dept.of Mining Technical University of Clausthal,Germany,Institute of Mineralogy and Mineral Resources Technical University of Clausthal,Germany,Institute of Mineral and Was

28、te Processing and Dumping Technology Technical University of Crete,Greece,Dept.of Mineral Resources Engineering Technical University of Delft,The Netherlands,Faculty of Applied Science TU Bergakademie Freiberg,Germany,(Technical University of Mining and Technology),Fakult鋞 f黵 Geowissenschaften,Geote

29、chnik und Bergbau University of Belgrade,Yugoslavia,Faculty of Mining and Geology University of Birmingham,UK,Dept.of Chemical Engineering University of Exeter,UK,Camborne School of Mines University of Geneva,Switzerland,Dept.of Mineralogy,1.2 矿物加工工程学科的内涵,University of Leeds,UK,Dept.of Mining Engine

30、ering University of Leoben,Austria,Geophysics Institute of the Mining University of Loughborough,UK,Dept.of Chemical Engineering University of Mining and Geology,St Ivan Rilski,Bulgaria University of Nottingham,UK,School of Chemical,Environmental and Mining Engineering University of Wales,Swansea Ce

31、ntre for Complex Fluids Processing University of W黵zburg,Germany Institute of Mineralogy Wroclaw University of Technology,Institute of Inorganic Chemistry&Metallurgy of Rare Elements,1.2 矿物加工工程学科的内涵,Australia（18）Curtin University of Technology,Western Australia School of Mines CSIRO Minerals Ian War

32、k Research Institute JK Mineral Research Centre Murdoch University,AJ Parker Cooperative Research Centre for Hydrometallurgy Murdoch University,Mineral Science&Extractive Metallurgy RMIT University,Civil&Chemical Engineering University of Ballarat,School of Engineering University of Melbourne,Dept.o

33、f Chemical Engineering University of Newcastle,Dept.of Geology University of New South Wales,Centre for Electrochemical and Minerals Processing University of New South Wales,School of Mining University of Queensland,Dept.of Mining,Minerals,and Materials Engineering University of Queensland,Pyrometal

34、lurgy Research Centre University of South Australia,School of Geoscience,Minerals and Civil Engineering University of South Australia,Minerals Processing&Extractive Metallurgy Group University of South Australia,Mining Engineering Research Group University of Wollongong,Dept.of Civil,Mining,and Envi

35、ronmental Engineering,1.2 矿物加工工程学科的内涵,Africa（10）Cape Technikon,South Africa,Dept.of Chemical Engineering Mintek,South Africa University of Cape Town,South Africa,Dept.of Chemical Engineering University of Pretoria,South Africa,Dept.of Materials Science and Metallurgical Engineering University of Pre

36、toria,South Africa,Industrial Metals and Minerals Research Institute(IMMRI)University of Stellenbosch,South Africa,Dept.of Chemical Engineering and Centre for Process Engineering University of the Witwatersrand,Johannesburg,South Africa,Dept.of Mining Engineering University of the Witwatersrand,Joha

37、nnesburg,South Africa,School of Process&Materials Engineering University of Zimbabwe,Zimbabwe,Dept.of Metallurgical Engineering University of Zimbabwe,Zimbabwe,Mineral Resources Centre,1.2 矿物加工工程学科的内涵,AsiaAkita University,Japan,Dept.of Geosciences,Mining Engineering&Materials Processing Beijing Rese

38、arch Institute of Chemical Engineering and Metallurgy China University of Mining and Technology China Center for the Multipurpose Utilization of Nonmetallic Mineral Resources Chinese Academy of Science,Institute of Chemical Metallurgy Chulalongkorn University,Bangkok,Thailand,Dept.of Metallurgical E

39、ngineering,Mining&Petroleum Engineering Hokkaido University,Japan,Laboratory of Mineral Processing and Resources Recycling Indian School of Mines,Dhanbad,Dept.of Fuel&Mineral Engineering King Mongkuts University of Technology,Thailand,Biohydrometallurgy Laboratory National Non-metallic Minerals Furt

40、her-processing Engineering Research Centre,China National Cheng Kung University,Taiwan,Dept.of Mineral&Petroleum Engineering Regional Research Laboratory,Bhubaneswar,India,1.2 矿物加工工程学科的内涵,Saint Louis University,Philipines,College of Engineering and Architecture TATA Research Development and Design C

41、entre,India,Minerals and Materials Processing University of Moratuwa,Sri Lanka,Dept.of Mining and Mineral Engineering Universiti Sains Malaysia,Penang,School of Materials&Minerals Resource Engineering University of Tokyo,Japan,Dept.of Materials Science and Metallurgy Waseda University,Japan,School o

42、f Science&Engineering,1.2 矿物加工工程学科的内涵,应用背景矿山冶金材料化工环保（废弃物处理）,1.3 矿物加工工程的主要学科方向,重力选矿：利用有矿物与脉石矿物密度差异、在流体机械中实现矿物的分离，如：金矿、钨矿、锡矿、砂矿等。磁电选矿：利用有矿物与脉石矿物磁性、电性的差异、在磁场中实现矿物的分离，如：铁矿、锰矿等。浮游选矿：利用有矿物与脉石矿物表面润湿性差异、通过浮选药剂调整矿物的可浮性，在流体机械中实现矿物的分离，如：硫化矿、氧化矿等。化学选矿：利用化学药剂的选择性分解作用，实现目的矿物的分解和提取，如：黄金氰化、氧化铜矿浸出、铀矿浸出等。,1.3 矿物加工工程的

43、主要学科方向,矿物材料：采用“超纯、超细、改性”的方法，改善矿物的固有性能或赋予新的性能，满足不同应用要求。各种非金属矿物-膨润土、高岭土、石墨等。资源综合利用（固体废弃物的资源化利用）：采用资源分级利用的技术思想，通过“有用组分的回收、整体转化”等手段，实现资源的充分利用。,1.4 矿物加工学科在国民经济发展中的地位和作用,矿物加工是国民经济发展的基础学科 矿物加工工程是矿物资源开发利用的基础，矿物资源则是人类赖以生存、社会赖以发展的物质基础，是生产力构成的重要因素。我国目前90%以上的能源来源于矿物资源，80%左右的工业原料取自矿物资源，每年投入国民经济运行的矿物原料超过50亿吨。因此，矿

44、物加工工程专业在国民经济和社会发展中具有不可替代的重要作用。一个国家的工业化过程，首先是对矿物原料产品需求的迅速增长。中国的经济正在高速建设，预计今后35年将是中国历史上最大、最集中需求矿产品的时期。大规模矿物资源的开发利用必须有矿物加工工程技术的支撑。尤其是随着优质资源的消耗，使大量低品级资源的利用和不断提高资源的利用效率成为必然，矿物加工的重要性更加突出。,1.4 矿物加工学科在国民经济发展中的地位和作用,矿物加工技术的发展对于环境保护和发展循环经济具有重要作用 固体废弃物利用：粉煤灰、硫酸烧渣的利用、电子废弃物（欧洲、美国）、工业垃圾的利用（日本、欧洲、美国）。资源与环境成为热门课题，二次资源的综合利用迫在眉睫.随着社会的发展人们已经意识到大自然赋予的矿物资源是有限的，合理地开发与利用这些宝贵的自然矿产资源是冶金与矿业科学的一个重要任务。可以认为，随着科学技术的发展和矿产资源的贫化，资源工程的科学研究日趋重要矿物工程和湿法冶金在这方面将越来越显示出其优越性。矿物加工技术进步对于相关产业的发展具有重要意义新材料：新型造纸涂料、聚合物填料、高性能涂料化工：矿物吸附剂、流变性控制剂、催化剂/矿物分子筛在石化、日化、油脂、精细化工方面的应用等。,