基于对应性理论的矿物加工技术研究

石俊超

（河南有色金属地质矿产局第五地质大队，河南 郑州 450000）

常见的矿物加工技术有物理振动、化学法分离、化工技术以及生物技术等加工方法，同时也有对矿物中的元素进行提取的工艺技术。矿物加工技术最初是由选矿方法逐步完善发展至今的，选矿方法一般是对矿物进行分离并进行二次加工。在中国最古老的矿物加工技术是淘金，淘金与现代的矿物加工技术相比还是有本质上的区别，矿物加工技术主要是对矿物资源进行精准的加工、分离及最终的利用。工业技术持续高效的发展，带动着社会对矿物的需求总量越来越大，近几年自然灾害的增加使人们对矿物资源的合理利用意识和对环境保护的意识也愈发强烈。矿物的加工技术也开始从节能、高效率、无污染等方面展开，重点发展洁净矿物的加工技术，不仅要在传统的矿物加工、分离和后期技术处理上进行技术攻关，增长经济效益，同时也要在行业中寻求新的学科合作和发展机会，最终可以实现矿物加工技术与资源有效利用、环境保护、水源保护及环境治理等技术融为一个有机发展体系。因此，矿物加工工程的发展和人类对自然的探索，对自然的利用以及对矿产资源日益扩大的质量都具有十分密切的联系，从对矿产的勘查选择对矿产的有效开发都要利用到矿物加工工程技术。

1 矿物加工技术对分离性能的影响

矿物加工工程在19世纪之前还不是一门独立的技术学科，它正式成为独立学科是从采矿学科和冶金学科中分离出来的；在1900年，矿物工程的前身冶金工程作为一门学科而正式成立，但是其存在的学科目的主要还是教育学生如何进行选矿；经历一段漫长时间的发展，直到二十世纪初，矿物加工技术的发展逐步形成了选矿这一概念；在二十世纪中期，随着采矿技术的成熟，形成了更加完善的技术分类，从此矿物加工技术正式成立。

当前的矿物加工技术包括选矿方法、矿物破碎分级的辅助流程和对矿物加工过程的检测与控制三大方面，其每一方面也会有相应的发展形成多个分支，例如结构复杂的矿物质合理利用、重力与离心力场的矿物分离技术、利用生物化学技术对矿物资源提取、微量毒素材料加工技术、精细加工技术、机械设备、加工废料的有效利用、加工过程的自动化控制、资源环境开发技术等[1]。其中矿物分离技术与以前的传统方法相比较，其对应的分离性能大大提高，从而提高机器的效率，提高产出。

以矿物加工技术中的超细磨技术为例，超细磨技术在国外已经较为成熟，可将原有矿物细磨。其主要是应用破碎，合理的控制排矿粒度，一般范围在230mm。超细磨技术应用的关键在于，搅拌磨的运用与创新，各种型号的搅拌磨能进一步将矿物细磨。这种搅拌磨与传统的球磨机相比，研磨时间更短、能耗较小、细磨精度更高的特点，其超细磨的技术主要体现在使用小磨球。在搅拌磨采用高搅拌转速和高介质填充率的情况下，能保障小磨球能得到足够的能量，从而将矿物充分细磨，大大提高了其效能的发挥。为探寻这项技术对分离性能的影响，以小磨球结构参数为研究基础，以操作参数及物性参数变化对分离性能的影响进行研究。

对于固定入口尺寸的小磨球，流量的改变直接体现为入口流速的变化。以搅拌打磨速度为变量，分析小磨球变化对分离效率的影响规律。经过探究后可知，入口搅拌速度增加，分离效率呈上升趋势，入口速度越低，分离效率下降得越快。自磨排矿经双层筛，筛上矿物粒度的范围控制在63.5～22mm，将其分为2个部分，另外，通过短头圆锥破碎后再进行自磨。

2 矿物加工技术对矿产材料力学性能的影响

传统方法对矿产材料进行选矿过程中，在经过磨碎等加工过程中，浪费了大量的原材料，其能量也消耗巨大，但产出却很少，并且消耗的原材料也不能得到有效的利用，使其利用率降低[2]。但利用矿物加工技术不仅能提高其利用率，还可以提高对应的产出矿物性能。

矿物合金材料中最常见一种材料是铝硅系合金，其力学性能极易发生改变，主要原因是取决于合金中硅颗粒的形态和分布，硅的细化能够起到弥散强化的作用，可以很大程度上提高合金材料的强度，而硅的均匀分布则能够提高材料整体的韧性[3]。对于传统的铸造铝硅合金来说，热处理主要是促进合金元素固溶到金属铝基体中从而形成的弥散相，起到固溶强化的效果，通常这种方法能提高铝硅合金的强度，但韧性会被降低。在进行矿物热处理加工前，在显微镜下其形态由两部分组成，一部分晶粒细小，另一部分则受技术作用的热影响组织较大。晶粒细小部分是由纳米级球状硅颗粒镶嵌的铝基体中构成。

矿物加工技术的发展与新领域的开发探索密切相关，发现一个新型研究领域，并将矿物将技术运用在其中，会使得矿物加工工程的发展更加完善，更能为社会经济的发展带来发展益处。矿物加工工程技术在保持现有发展的基础上，需要继续做好传统矿物加工工程的研发，积极拓展技术研究和矿物工程应用范围，把矿物加工工程技术应用与环保，加大矿物加工工程技术的发展速度。

3 矿物加工技术对矿物材料力学性能的影响

矿物加工技术针对矿物材料性能也可进行改变，其主要组成部分是从矿中提取出的细集料，细集料在矿物混合料中主要包括天然砂、人工砂（包括机制砂）及石屑等天然砂石[4]。在经过矿物加工技术获得的细集料其几何特征可以发生改变，改变几何特征后的细集料对矿物材料的力学性能有着一定规律的影响。矿物混合材料的抗压力强度以及抗压回弹模量与细集料形态结构之间具有良好的比例关系，随着细集料形状特性值的增加，矿物混合材料力学性能明显的呈现下降的趋势，当其特性值由1.315升高至1.426时，矿物混合材料的抗压力强度由3.1MPa降低至1.9MPa；抗压回弹模量也相应的由622MPa下降至497MPa，降低幅度达到了20%。根据上述数据分析可知，随着细集料颗粒形状由立方体向扁平状的变化，矿物混合材料力学性能逐渐降低[5]。因此，可通过矿物加工技术改变细集料的形状，使其变成立方体，从而改善矿物材料的力学性能。同时矿物加工技术也可改变细集料的SP值，随着细集料棱角性参数SP值的增加，矿物混合材料力学性能呈现逐渐升高的趋势，当棱角性参数SP值为0.548时，矿物混合材料的抗压强度为1.8MPa，随着棱角性参数SP值增加至0.872，抗压强度升高为2.8MPa，提高幅度为52%；在此条件下，矿物混合材料的抗压回弹模量也由386MPa升高至523MPa，升高幅度为30%。与此同时，研究结果显示矿物混合材料力学性能与细集料棱角特性之间表现出良好的线性相关关系。由此可知，细集料的形态对矿物混合材料力学性能具有显著影响，通过改变细集料的形态有利于力学性能的提高[5]。根据上述分析，矿物加工技术可以改变细集料的形状及棱角性对矿物混合材料力学性能均产生显著的影响，因此，矿物加工技术可以大大提高矿物材料的力学性能。

4 结束语

本文仅针对矿物加工技术对材料的分离性能、及金属与非金属的力学性能进行研究分析，但矿物加工技术的对应性能还有很多，并且还有很多无法探究的性能需要在今后进行更深入的研究。矿物加工技术的研究时间还不长，其范围还比较窄，我国应加强对这方面的深入研究，从而增宽矿物加工技术的研究范围和应用范围，积极寻找并发现矿物加工技术的新思路，新方法。矿物加工技术目前面临着诸多挑战，其中一个最重要的方向是矿物资源的变化和配套技术的匹配问题。现在的矿物加工技术应同其他相关技术交互融合，以此催生出更多的新型学科和新的研究领域，因此寻求新技术的创新发展是矿物加工的一条有效途径。