矿产资源综合回收与利用

马金平

(武汉理工大学资源与环境工程学院， 湖北 武汉 430070)

矿物是指存在于地壳中的自然化合物，其存在方式有固体、液体和气体，以固体居多。具有开采价值的矿物称为矿产。矿产资源是国民经济的重要基础，是人类社会发展的主要源泉。据统计[1]，我国90% 以上的能源和80% 以上的工业原料都来自矿产资源。

1 我国矿产资源的特点

(1)矿产资源总量丰富，品种齐全，但人均占有量少[2]。支柱性大宗矿产的某些矿种短缺或后备储量不足，而储量较多的则是部分用量不大的矿产。主要矿产储量潜在价值占世界矿产总价值的12% ，居世界第3位，但从人均占有量看，仅为世界人均占有量的58%[3]。

(2)贫矿多、富矿少，尤其是铁、铜、铝土、铅、锌、金等多为贫矿。如我国铁矿品位一般在30%～35%之间，而国外一般60%～65%；铜矿品位大于1%的不到30%，大于2%的只占6%。

(3)粗颗粒少，细颗粒多；单一矿少，共伴生矿多。共生矿占矿产资源的80%。共生铜占铜总储量的25.7%，伴生钴占钴总储量的80%，伴生金占金总储量的44.2%，伴生银占银总储量的87%，伴生在金川镍矿中的铂族元素占我国铂元素总储量的80%[4，5]。

矿产资源具有不同于其他自然资源的特点，即具有共生性和不可再生性。随着社会经济的发展，矿产资源的消耗速度将越来越快。特别是近年来，我国矿产资源供求矛盾日益突出。我们应当高度重视矿产资源的保护和合理开发利用，走资源节约型的发展道路。

2 我国矿产资源综合利用现状和问题

开展矿山综合利用，可以使一矿变多矿，贫矿变富矿，小矿变大矿，呆矿变活矿，无矿变有矿。自20世纪80年代初以来，我国矿产资源综合利用取得了长足进步，办矿理念基本实现由“单一矿产资源开采”向“共伴生矿产资源(金属和非金属)系统综合开发利用”的转变。

目前，有色金属行业70%以上共、伴生有价元素，都能得到不同程度的综合利用。综合回收的共、伴生元素近40种，很多采选联合企业已初步形成了共、伴生矿产资源综合回收体系。综合回收的黄金产量现在已占总产量的1/4～1/3，银、铂族金属和稀散元素几乎100%都是综合回收的，近3/4的硫酸原料是从有色金属生产过程中综合回收的。黑色金属的综合利用率为30%～40%[6]。

综观全国矿业，我国矿产资源综合利用与发达国家相比，其差距仍比较大。

(1) 综合利用水平低。我国共、伴生矿产资源综合利用率不足20%，矿产资源总回收率约30%，而国外先进水平均在50%以上。在品种上，我国综合利用的矿种，只占可以开展综合利用矿种总数的50%左右；在数量上，我国铜铅锌矿产伴生金属冶炼回收率平均为50%左右，发达国家平均在80%以上[7]。

(2) 乱采滥挖严重。我国长期以来对矿业的粗放式经营，人们大多对我国的资源情况缺乏正确的认识。在选矿方面，地方选矿厂大多是粗放型的生产经营模式，开采规模过小、技术落后、采易弃难、采富弃贫、优矿劣用，使矿产资源遭受极大的破坏。我国目前还有许多小矿在采用最原始的手工挖矿的采矿方法，劳动生产率低。

(3) 开发导致严重的环境问题。一个地区的矿产开发，必然会影响这个地区的生态环境，主要是对地形地貌的破坏和“三废”的排放。前者会造成严重的地质灾害，地表下沉、滑坡和泥石流等；后者则会对大气、江河、农田造成污染，而且会占用大量耕地。据统计，我国金属矿山尾矿堆存量已达50亿t左右 ，并每年还以3亿～5亿t排放速度增长。侵占和直接污染土地66.7万hm2，间接污染土地667万hm2[8]。

我国矿业目前正面临着资源约束(利用效率低、接替资源不足等)和环境约束(地质环境破坏严重、历史欠账多等)双重制约。原地矿部预测，到2010年，我国45种重要矿产中，可以保证的只有23种，不能保证需长期进口补缺的有10种，资源短缺主要靠进口的有5种。到2020年形势更加严峻，可以保证需求的仅有6种。到2050年则完全没有保证[9-11]。

2007年年初，国家发展改革委发布了《“十一五”资源综合利用指导意见》，提出到2010年，我国矿产资源总回收率与共伴生矿产综合利用率，在2005年的基础上各提高5个百分点，分别达到35%和40%。这对我国矿产资源管理和开发利用提出了明确的目标要求[12]。

3 综合利用发展方向

循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，符合可持续发展理念的经济增长模式。矿业循环经济是指地球上的矿产及矿产品遵循矿产物质的自身特征和自然生态规律，按其勘查、采选冶生产、深加工、消费等过程构成闭环物质流动，与之依存的能量流、信息流内在叠加，达到与全球环境、社会进步等和谐发展的一个经济系统。

3R原则在矿业循环经济中的表现形式，主要是贫富矿兼采、综合回收、一矿变多矿、清洁生产、保护生态等。矿业领域要采取有力措施，大力发展循环经济，让循环经济成为矿产资源综合利用的助推器。

矿产资源综合利用，是当前我国一项重大的技术经济政策[13]。通过对我国矿产资源的特点、矿产综合利用现状以及矿业循环经济的分析，目前，我国现阶段矿产综合利用的重点领域和综合利用的方向应该为：一是对复杂共生伴生矿的综合利用。我国共生、伴生矿特别多，这就要求在工艺的选择和设计上要统筹兼顾，做到贫富皆收。二是矿业“三废”的综合回收与利用。由于我国伴生矿多以及采选冶技术限制，堆存的尾矿、废石中还含有可以提取利用的有用元素。目前我国的金属尾矿综合利用率不足10%，还有很大的潜力。例如，鞍本地区一些磁铁矿尾矿，含有近20%的Fe，采用强磁机可回收铁品位达60%的铁精矿。三是再生金属资源综合利用。四是节能降耗，清洁生产。

根据我国矿产资源特点和综合利用现状，借鉴发达国家矿产资源综合利用成功的经验，提出以下对策建议：

(1)健全相关法律法规，健全矿产资源综合利用的运行机制，为矿产资源综合利用，发展循环经济提供法律保证。将国家用于扶植矿产资源综合利用包括税收在内的优惠经济政策真正落实到位，提高企业开展矿产资源综合利用的积极性；要强化对矿产资源综合利用的监督管理，加强对勘探和生产过程中的全面综合评价与考核监督；推动矿业清洁生产，减少废弃物排放，发展绿色矿业。

(2)加强新技术、新工艺的开发与应用。矿产资源综合利用的根本出路在于技术进步。以科技为先导，采取有力措施，加强采、选、冶的新技术、新工艺的研究与推广应用，不断提高矿产资源的综合利用率。

矿物加工的发展趋势，是对自然界“含量贫、结晶细、成分杂”的矿产资源进行开发、利用。实现矿产资源的综合利用，必须针对我国资源特点，借助于每个单元的技术创新和设备革新，创造适合我国资源特点的选矿新工艺(如生物选矿技术，微细粒贫矿选矿技术，多金属共生矿综合利用技术，尾矿再利用技术等)。

①碎磨过程

矿物工程中，70%左右的能耗消耗于碎磨作业，其中磨矿占85%～90%。因此，尽可能用破碎设备代替磨矿设备，采用超细破碎机缩小入磨粒度，实现“多碎少磨”原则。自磨、半自磨的应用、碎磨设备的大型化，都有利于能耗的降低。同时，应选择合理的碎磨工艺流程，减少过粉碎现象或矿物与脉石连生进入尾矿的损失率。

另外，我国许多矿产资源的微细嵌布，决定了必须对矿石细磨或超细磨，才能实现矿物的单体解离。通过新型碎磨设备(振动磨、搅拌磨、高压辊磨机等)的研制和应用，可以实现粉体的制备。

②物理分选

重选：通过改变重力选矿设备的结构参数和动力学参数；应用特殊的药剂和物料，调节分选介质的性质，或调节液流的强度和分选区中循环的特点；施加振动或超声波作用，提高跳汰机、摇床和重介质分选的效果；研制振动分离机、振动溜槽和振动摇床等新型重选设备。

针对所分选矿物比重差小的特点，改变常规的自然重力场，采用超重力场；发展重力与离心力 磁力、电力、机械振动力能等相结合的综合力场的选别方法，强化微细粒的分选过程。

磁选：为了增大被分选矿物的比磁化系数差别，研制新型高梯度磁选机(磁过滤机) 以及应用低温超导体和高温超导体，可以提高磁场力。这可以使磁场磁感应强度提高几个数量级，扩大被选原料的种类，提高磁选效率。

电选：为了扩大被分选矿物的电性差异和提高电选效率，通过加热、摩擦黏附、机械作用和辐射作用，应用无机和有机药剂处理物料，改变分选物料表面电性，以及研制新型电选机。

④浮选及浮选药剂

浮选电化学：根据电化学原理，研究浮选过程的机制。主要针对硫化矿，电化学反应主导硫化矿与浮选剂作用机理，通过电化学调控，实现多金属硫化矿分离。

浮选溶液化学：根据溶液化学原理，研究浮选行为，主要针对非硫化矿。根据矿物/浮选剂溶液化学反应行为，预测非硫化矿浮选分离条件与浮选机理。

浮选表面及胶体化学：根据表面及胶体化学原理，研究颗粒间相互作用，讨论细粒矿物选择性凝聚、分散与浮选分离行为。讨论超细颗粒加工制备过程机制。如疏水凝聚、选择性絮凝、载体作用等。主要针对超细粒矿物、煤炭的加工利用与废水治理等。

根据以上浮选理论以及实践，浮选工艺出现多种多样的工艺，如闪速浮选法、导电浮选法、载体浮选法、分支分速浮选法、分支串流浮选法、分支载体浮选法、异步混台浮选法等。

新型的更符合浮选动力学原理的浮选设备的出现， 使得浮选工艺流程更简捷，更适合于过程自动化， 也使得浮选设备的大型、高效、经济成为可能。

浮选药剂的研究发展，可归纳为组合药剂的使用、药剂改性、开发新的高性能或无毒的药剂。组合用药主要是利用药剂之间的协同作用，增强药剂的浮选效果。药剂改性的研究，主要是对现有的黄药、硫胺酯胺类和脂肪酸等药剂，改变活性基，或引入、增加活性基团等途径，提高药剂的性能。开发新型、高性能、低毒、价廉的新药剂，也是重要的发展方向。为了保护环境，减少污染，相当多的选矿厂采用了无氰无铬工艺。

⑤其他选矿方法

随着矿产资源的日益复杂和贫化，给常规选矿技术造成了很大的难度。“多种力场” 联合作用的设备、多种药剂“协同作用” 的“综合选矿技术” 的应用，以及其他更有效的处理方法的应用。比如用生物浸出、化学浸出、溶剂萃取、离子交换等处理复杂贫细矿物资源。

⑥矿物加工过程的模拟、优化以及自动化

通过矿物加工全过程的计算机仿真、模拟与优化设计，建立矿山、选厂的专家系统，进行生产、经营管理。进行选矿工程的“数学化、最优化、自动化”机制的研究，包括各个生产环节的优化、控制等。新型、先进控制仪表的出现，结合“专家控制系统”，把选矿厂的自动控制水平推进一步。将“专家控制系统”与最优适时控制结

合，达到以根据矿石性质变化适时调整生产参数，使选矿生产保持最优状态。

4 结 语

实现矿产资源的综合利用，必须转变传统的矿产资源开发模式，走可持续发展的道路。从资源消耗型转变为资源节约型，从破坏环境型转变为环境友好型，从技术落后型转变为技术先进型.从管理粗放型转变为管理科学型，寻求一条经济、社会、环境、资源相互协调的可持续发展的道路。

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[2] 何廷树，等.细粒浮选机的设计准则[J].金属矿山，1996(5)：38-40.

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