整合传统学科优势构建新型学科特色——以矿物加工学科为例

白丽梅，马玉新，张锦瑞，赵礼兵

(华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 063009)

整合传统学科优势构建新型学科特色
——以矿物加工学科为例

白丽梅，马玉新，张锦瑞，赵礼兵

(华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 063009)

矿物加工；专业现状；学科特色；发展方向

将矿物加工学科的发展放在中国工业化进程的视野中，分析国内矿物加工学科的发展进程；探讨了在中国工业化进程中，以高校为主的矿物加工学科的发展困境与存在的问题。中国工业化进程的发展导向是信息化和生态化，将信息化与生态化融入矿物加工学科，提出了矿物加工学科发展的几大趋势与发展思路，展示了矿物加工学科发展的前景与生命力。

在中国当代经济变革过程中，经济高速发展使资源环境付出了高昂的代价。中国的经济建设要想实现可持续发展，就要处理好经济与资源环境的关系。从目前中国发展的思路来看，工业无疑起着主导社会发展的作用，而决策机构也认识到信息化与生态化是未来中国发展的趋势和方向。从持续发展的角度看，用信息化来改造并提升传统工业，用生态化来完善工业生产，具有战略意义。矿物加工为许多工业提供基础原材料，因此，在工业化进程中扮演了重要角色。矿物加工学科肩负着人才培养和基础性研究的重要使命，在国民经济中具有举足轻重的作用。探讨矿物加工学科存在的主要问题，用信息化与生态化整合传统学科优势，构建新型矿物加工学科十分必要。

一、学科现状

矿物加工是根据自然界中不同矿物之间存在的物理、化学或物理化学性质的差异，利用机械、物理、化学、化工或生物方法处理、分离和加工矿物资源及二次资源的过程[1]。

经过近一个世纪的建设，矿物加工学科已从一门非独立的选矿工程技术，拓展成为包括选矿工程、资源与环境工程、矿物深加工和精加工、资源加工与利用及粉末工程等多个研究方向的综合型学科，同时又与采矿、冶金、材料等学科形成交叉，扩大了学科范围，赋予了矿物加工学科新的内涵和外延。选矿设备趋向大型化和自动化，选矿药剂趋向高效率和无污染化，选矿方法趋向多样化和多种选矿方法联合使用，选矿工艺趋向复杂化和最优化，并越来越重视多种矿产资源的综合开发利用。矿物加工技术作为维持可持续发展的主导技术之一,对于中国矿产资源的综合利用与环境保护协调发展，节约能耗，促进经济发展具有重要意义[2]。

矿物加工专业在国外起源于18世纪末，在国内起源于19世纪初。目前，中国开设矿物加工专业的的高校有30多所，每所高校都形成了自己的学科特色。中国矿业大学矿物加工学科以煤炭资源加工利用与洁净煤技术为特色，在煤炭干法分选与干法筛分技术、煤基洁净燃料、煤炭深度脱硫降灰技术、矿物加工过程模拟与控制和资源综合利用与环境保护等研究方向上具有自己的优势，在国内外具有一定的学术地位，为煤炭资源的清洁利用和煤炭工业产业结构调整与国民经济的可持续发展发挥了重要作用[3]。东北大学矿物加工学科在几十年的教学科研实践过程中，形成了矿物材料高效加工与利用、粉体制备理论与技术、矿产资源的高效化与生态化利用、资源微生物理论与技术、贫杂矿产资源选矿关键技术和贵金属选冶理论与技术等具有鲜明特色的研究方向，在国内同类院校中处于领先地位。中南大学矿物加工学科为国家重点学科，创立了浮选药剂分子设计理论与现代浮选化学理论，建立了复合场分选理论，发展了电化学调控浮选的理论与技术，在有色金属矿选别与利用、矿物材料、微生物选矿、球团等方向具有一定的学科优势[4]。北京科技大学也是国内成立矿物加工专业较早的院校之一，近十几年来在矿物材料及二次资源综合利用、难处理铁矿石利用新技术、资源微生物技术和矿产资源高效清洁综合利用技术等特色研究方向取得了一系列成果。在矿物加工学科方向，国内院校取得了一系列成就，正在与国外矿物加工学科院校接轨。

二、存在问题

矿物加工工程前身是选矿工程，曾为中国的经济、军事做出了具大贡献。随着经济结构调整和国民经济发展重心转移，矿物加工专业遭遇到了招生难、就业难的尴尬局面，不少高校对这一专业开始限招或停招。矿物加工专业人才短缺成为了资源高效开发利用的瓶颈，使矿物加工学科的发展受到了限制和制约。矿物加工学科的发展主要面临以下问题。

(一)传统学科限制，发展方向狭窄

传统的矿物加工学科设置基本上沿袭了苏联的模式，主要是以重力选矿、磁电选矿、浮游选矿为基础进行的各种工艺、设备和药剂等研究。随着现代科技的迅速发展，传统的选矿方法已经不能满足人们的需求，多学科知识全面综合认识与应用显得极其重要。将多学科的知识与新成就综合起来加以分析，寻找学科新突破点、新科学技术的开发及矿物资源的高效综合利用成为当前学科发展的重点。

(二)学生就业面相对较窄

目前，本科生学习的主要科目侧重于对一些天然资源的物理加工，如中南大学、东北大学、昆明理工大学、华北理工大学等高校的矿物加工学科研究方向侧重于金属矿选别，中国矿业大学、河南理工大学等以煤炭为主要加工对象，而武汉理工大学则侧重于非金属矿选别与深加工。这样的学科设置，使钢铁企业偏向于招收学习金属矿选别的毕业生，而煤炭企业钟情于学习煤炭加工的毕业生。学生的专业面过窄，很难达到社会对人才知识面、知识结构的要求。因此，在本科期间除重视系统的专业理论与基础知识教育外，还应加强与其交叉领域相关知识与技能的培养与训练，培养全面型人才[5]。

(三)师资梯队方面不足

由于2003年以前矿业不景气，矿物加工毕业生就业困难，许多高校限招或停招该专业的学生，一些教师也纷纷转行从事化工、环境等相关专业，致使2005年矿业形式好转后，矿物加工人才短缺，师资力量严重不足，呈现出断层断代的现象。

辽宁科技大学从2007年才恢复本科生的招生工作，北京科技大学从2009年开始恢复本科生的招生。因此，高校应当大力引进具有高学历、高工作能力的创新型人才，同时支持和鼓励青年教师走出去，加大与其他院校教师交流、学习的机会，不断提高教师自身水平[6]。

三、发展趋势

中共十六大提出，"坚持以信息化带动工业化、以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。"[7]走新型工业化道路最重要任务是处理好工业化和信息化的关系。可持续发展战略作为中国的一项基本国策，主要任务是处理好经济与人口、资源、环境的协调发展。在中国工业化进程中，资源是不可缺少的，信息化和生态化仍是我国资源利用的导向。高等院校作为科技创新的先锋和人才培养的摇篮，更要仅仅围绕这个中心开展工作。使产-学-研紧密结合，推进矿产资源的合理开发与利用。

如今矿物加工技术所处理的矿石变得更加贫细化、复杂化，人们对所得产品质量要求更加严格。同时，二次资源、海洋资源也成为矿物加工技术处理的对象。面对资源的变化和人们对产品需求的改变，在矿物加工及相关学科领域的科技工作者进行了大量的新的探索和研究。随着国内经济的快速发展及科技的不断进步,矿物加工学科不断与相邻学科、新兴学科及前沿学科交叉，如与物理学、化学、生物工程学、材料科学等学科融合，大大焕发了矿物加工学科持续发展的生机。矿物加工技术的发展势必将遵循高效益、低能耗、无污染的发展趋势，并将在以下研究方向形成新的学科特色。

(一)矿物材料加工与利用高效化

矿物材料加工是指在保留矿物本身主要特征的条件下，研究直接采用各种资源加工制备材料的技术及其基础理论[8-9]：主要致力于以非金属矿为原料，制备各种性能优异、应用广泛的矿物材料，其中矿物材料合成、超细粉体制备、表面改性及与及其基础研究为本领域的主要研究内容。矿物材料的应用十分广泛，如微细矿物粉体材料在石油化工行业中,用作填料、催化剂；在电子行业中,用作光电波吸收材料、磁记录材料、电子浆料等[10]。将非金属矿深加工与高效化利用与非金属矿物性能研究相结合，大大提高了中国非金属矿资源的附加值。中国菱镁矿资源占世界总储量的1/4，主要出口附加值比较低的菱镁矿或活性氧化镁，但高附加值的纳米氢氧化镁产品还要靠进口。因此，如何将新理论、新科技应用到矿物材料的加工过程中显得十分必要。

(二)难选矿产资源开发与利用合理化

随着国民经济的迅速发展，矿产资源的应用领域越来越广泛，需求量也越来越多，但由于富矿少、贫矿多的基本特点，难选矿产资源的利用成为了未来发展的主题。以铁矿石为例，中国铁矿资源的主要特点是"贫、细、杂、散"，品位高、较易选别的铁矿石较少，而成分复杂、品位较低的难选铁矿石较多。同时，铁资源的需求量很大，如果不合理开发利用难选矿产资源，根本不能满足钢铁工业的需求。2003年，中国成为世界第一大铁矿石进口国，进口铁矿石达1.5亿吨，至2009年，矿石进口量增至6.28亿吨，受金融危机和价格的直线飙升的影响，致使钢铁企业亏损惨重。因此，紧密结合区域资源特点，加强对难选矿石的选别工艺与技术的研究，合理开发和利用我国难选矿产资源非常重要[11]。

(三)矿物加工传统工艺信息化

选矿领域是一个多目标、大型、复杂的问题求解系统[12]。随着计算机技术的发展及信息时代的到来，信息化与传统科学的嫁接改造成为工业发展进步的一股强劲力量。选矿领域信息化的初始发展受选矿数学模型、控制仪表及计算机软件3个条件的约束，仅局限于数学模型、数值模拟、过程仿真、过程控制、辅助设计、技术经济决策和信息管理等方面，后发展到涉及人工智能技术的图象识别、在线品位分析检测、神经网络、遗传技术、专家系统等方面。近年来科研工作者将建立与矿物加工专业相关的遗传神经网络模型专家系统作为当前的研究热点。

(四)矿产资源综合利用生态化

中国矿产资源严重紧缺，矿山资源综合利用率远低于世界先进水平，急需大力加强矿产资源开发利用技术研究，提高资源利用率，开发废弃物等资源化利用技术，建立发展循环经济的技术示范模式。自然资源的短缺将成为国家经济高速增长的严重阻力，环境污染将制约经济高速增长的环境空间。用低排放、无污染、高效率、可持续的发展模式代替高投入、高消耗、高排放、难循环、低效率、不可持续的矿产资源开发模式显得尤为紧迫。因此，在"十三五"期间，国家将尽快实现经济增长方式的根本转变、强化资源管理、发展循环经济、建设资源节约型和环境友好型社会作为战略结构调整的主要目标，其核心内涵即以科学发展观为指导，突出资源节约与高效利用，着力自主创新，实现无尾矿山。

随着人类社会的不断发展和城市化进程的不断加速，固废的产生量越来越大。加强对固废的高效综合回收及循环使用,对解决固废污染环境及促进未来经济高速可持续有着重要的实践意义和现实意义。现在矿物加工技术工作者对于工业废渣，建筑垃圾，电子废弃物以及生活垃圾等方面的综合利用已开展研究，但还有待于拓宽与加深[13-14]。例如，金属尾矿在制备装饰材料、微晶玻璃绝缘子等绿色产业链等方面的研究工作，将会实现对矿山废弃物的生态化开发利用，对矿山无污染生产与矿山无尾矿排放产业模式的形成具有重大的推动作用[15-16]。

矿产资源高效化与生态化利用，可以降低矿产资源开发利用对生态环境的冲击和提高矿产资源利用价值，中国在资源与环境微生物技术、矿山固废循环高效应用和贵金属矿产资源综合利用方面进行了深入的研究工作。其中，微生物技术在选矿中的应用表现出高效、低耗和低环境污染的优点。通过本方向的建设，重点要将矿石开采、加工、冶炼以及由此产生的环境污染治理等方面的工艺过程与新兴的生物技术紧密地结合在一起，启动资源与环境微生物技术方面的研究工作。在矿山固体废弃物的综合利用方面，依据自然的启示，建立一种新的概念---资源开发利用生态化。运用工业生态观点，在最大限度地利用资源的同时，将负面生态环境影响降到最低，实现资源、环境、经济和社会的协调持续发展。

四、结语

为达到对矿产资源的综合利用与环境保护协调发展，节约能耗，促进经济发展的目的，对矿物加工学科及其相关学科的深层发展显得尤为重要。在构建新型学科特色方面，应大力提倡打破专业樊篱和学科壁垒，加强不同专业科技工作者之间的交流、沟通、合作。为此，矿物加工专业必须结合高校存在的问题和趋势，进行课程改革和相关的科研研究。以科研推动教学，充分结合产学研平台，培养高素质创新型矿物加工人才，是矿产资源高效开发利用和持续发展的重要保证。

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Integrating Traditional Discipline Advantages and Building New Discipline Characteristic: Taking Discipline of Mineral Processing as Example

BAI Li-mei, MA Yu-xin, ZHANG Jin-rui, ZHAO Li-bing

(College of Mining Enginerring, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063009, China)

:mineral processing; professional situation; discipline characteristic; development direction

The development process of mineral processing in the domestic is analyzed in the field of China's industrialization process. The development problems and troubles of the mineral processing discipline in colleges and universities is discussed in the process of industrialization in China. The development guidance of China's industrialization process is informatization and ecological. The informatization and ecological is blended in mineral processing discipline. The development train of thought and several trends of the development of mineral processing discipline is put forward. It shows the prospects and vitality of the development of mineral processing.

2095-2708(2017)01-0110-04

G642.0

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