任瑞晨-矿物加工工程与测控自动化-1第一讲矿物加工工程学科及其研究方向概要2

1、 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 资源与环境工程学院资源与环境工程学院矿物加工工程系矿物加工工程系任瑞晨任瑞晨TEL/FAXE-mail:（20072007年年3 3月）月）w0 辽宁工程技术大学矿物加工工程学科教学与研究方向w 0.1 矿物加工工程学科、学术概要w 0.2 矿物加工工程在国民经济中的地位w 0.3 矿物加工工程学科教学、科研体系及与相关学科关系w 0.4 材料科学四个要素与矿物加工工程技术的联系与借鉴w1 矿物加工工程学科研究与发展基础矿物学分析研究w2 选矿工程概要w3 矿物与岩石深加工与矿物材料制备主要工艺概要w4 矿物资源综合利用概要w5

2、洁净能源工程概要w6 分析测试检测控制w7 企业管理w8 矿物加工工程化与产业化研究w9 矿物材料计算与设计w10 矿物材料w11 矿物加工工程学科发展方向w矿物加工工程为矿业工程一级学科中的二级学科。矿物加工工程为矿业工程一级学科中的二级学科。w全国约有全国约有2424所院校开办矿物加工工程专业。所院校开办矿物加工工程专业。w什么是矿物工程？什么是矿物工程？w 是根据自然界矿物物理、化学或物理是根据自然界矿物物理、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，将矿产资源中有化学性质的差异，利用物理、化学或生物化学的方法，将矿产资源中有用矿物用矿物(或有用成分或有用成分)和脉石矿物

3、和脉石矿物(或有害成分或有害成分)分离的综合加工过程，亦称分离的综合加工过程，亦称为为“矿物加工工程矿物加工工程”或或“选矿工程选矿工程”。w 从其现有的学科范围来说从其现有的学科范围来说,是一门从矿物资源是一门从矿物资源(矿物、矿物、煤炭、二次资源、工业与生活废弃物等煤炭、二次资源、工业与生活废弃物等)中中,通过分离、富集、提纯等物通过分离、富集、提纯等物理的和化学的加工处理理的和化学的加工处理,提取有用物料的科学技术。提取有用物料的科学技术。 w 与人类对自然界矿产资源日益扩大的质与量的与人类对自然界矿产资源日益扩大的质与量的需要密切相关。选矿过程本身已有很长的历史发展过程。很早就有手工需

4、要密切相关。选矿过程本身已有很长的历史发展过程。很早就有手工拣选拣选,后来发展成为简单工具洗淘从砂石中间回收金、银、锡等密度大的后来发展成为简单工具洗淘从砂石中间回收金、银、锡等密度大的矿物，天工开物早有记载，这属于选矿的原始阶段。矿物，天工开物早有记载，这属于选矿的原始阶段。w 19世纪以后国外相继出现了机械选矿设备如活塞式跳汰机、摇床、世纪以后国外相继出现了机械选矿设备如活塞式跳汰机、摇床、静电选矿机、磁选机等，使重力选矿、磁选和电选等物理选矿技术有较静电选矿机、磁选机等，使重力选矿、磁选和电选等物理选矿技术有较大发展，从而促进了冶金工业大规模发展。大发展，从而促进了冶金工业大规模发展。0

5、.1 0.1 矿物加工工程学科、学术概要矿物加工工程学科、学术概要辽宁工程技术大学矿物加工工程学科、学术发展概要辽宁工程技术大学矿物加工工程学科、学术发展概要w辽宁工大矿物加工工程专业规划其学科研究内容是：辽宁工大矿物加工工程专业规划其学科研究内容是：w 学科、学术研究基础：学科、学术研究基础：应用矿物学研究应用矿物学研究 w辅助作业辅助作业 选矿选矿 矿物矿物 提纯、超细粉碎、提纯、超细粉碎、w 重选重选 精加工精加工 粉体及其化学改性、粉体及其化学改性、w矿物的矿物的 浮选浮选 与与 球化、球化、w筛分破碎筛分破碎 磁选磁选 矿物材料矿物材料 烧结与固化烧结与固化w磨矿分级磨矿分级 光电选

6、光电选 制备制备 煤基材料煤基材料w作业作业 湿法冶金湿法冶金 煤炭深加工煤炭深加工- -型煤、水煤浆型煤、水煤浆 洁净能源洁净能源 煤炭气、液化与煤化工煤炭气、液化与煤化工w 生物能源生物能源w 共、伴生矿物与工业及共、伴生矿物与工业及w 矿山废弃物资源化矿山废弃物资源化 矿物分析检测技术矿物分析检测技术；现代企业管理研究现代企业管理研究 矿物加工工程与产业化、自动控制技术矿物加工工程与产业化、自动控制技术 由此图可见，矿物加工工程研究内容十分广泛，体现了各种加由此图可见，矿物加工工程研究内容十分广泛，体现了各种加工技术的应用。工技术的应用。矿物材料矿物材料计算与设计计算与设计(MMCD)

7、功功能能性性矿矿物物材材料料w0.2 0.2 矿物加工工程在国民经济中的战略地位矿物加工工程在国民经济中的战略地位w0.2.1 0.2.1 矿物加工工程在矿业工程中的地位矿物加工工程在矿业工程中的地位地质勘探资源评价各级储量岩矿分析与鉴定矿物学研究矿矿业业工工程程选矿工程选矿工程采矿工程采矿工程安全工程安全工程金属矿选矿金属矿选矿选选 煤煤非金属矿选矿非金属矿选矿0.2.2 矿物加工工程在国民经济中的战略地位w资源消耗（能耗）过快、过猛，必须重视资源高效开发与综合利用问题w 我们历来都把矿产资源称作“宝藏”，把。w 目前，我国的工业原材料、的能源、的农业生产资w料和都来自矿产资源。w 我国矿产

8、资源勘查开发不断取得巨大成就。形成了能源与原材料矿产品较强的供应系统，有力地支持了国民经济和社会发展。截至目前，我国已发现171种w矿产，探明储量的有158种。其中，其他水气矿产3种。矿产地约18000处，其中，大中型矿产地7000余处。w 在诸多矿产中，石油、天然气、煤、铁、铜、铝、硫、磷等45种主要矿产，w w 但是，我们在发展中也付出了较高的资源环境代价。w 随着各国经济的不断发展,社会对矿产品的需求越来越多,它一方面促进了矿物加工工程技术的进步,另一方面污染了人类生存的环境。如何使矿产资源开发与环境保护协调发展,是目前世界各国面临的共同问题。而自然资源开发利用的深度和广度,依赖于科学技

9、术的发展,其中。例如每立方公里的岩石中含Al 2300万、Fe 1300万、Cu 26万、Sn10万、Au 1万、U 7000。w 如果用高新技术将其分离，则地球上提供我们可利用的资源是非常宽广的，这将极大地促进社会经济的发展。w 中共十六大报告中有关国土资源的论述中共十六大报告中有关国土资源的论述（2004-7-72004-7-7， 9:38:269:38:26）w 1、在总结十三年的经验，坚持以经济建设为中心，用发展的办法解决前进中的问题时报告指出：坚持扩大内需的方针，实施科教兴国和可持续发展战略， w 2、在认识我国社会主义初级阶段发展现状时报告指出：；我们仍然面临发达国家在经济科技等方

10、面占优势的压力。w3、在确定全面建设小康社会目标时报告指出：可持续发展能力不断增强，促进人与自然的和谐，推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路。 w 4、在走新型工业化道路，大力实施科教兴国战略和可持续发展战略中报告指出：坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条得到充分发挥的新型工业化路子。提出：必须把可持续发展放在十分突出的地位，坚持计划生育、保护环境和保护资源的基本国策合理开发和节约使用各种自然资源。十六大及两会热点与矿物加工工程（一）十六大及两会热点与矿物加工工程（一）十六大及两会热点与矿物加工工程（二）w资源环境资源环境w 长期以来，我国以资源的过渡消耗

11、、环境的毁灭性破坏，来换取高的经济增长速度，造成资源的大量消耗和浪费与环境的污染、甚至是无法治理了。（从 “有水快流”时开始）w w又快又好又快又好又好又快又好又快w 改变经济增长模式，利国利民，真正体现了改变经济增长模式，利国利民，真正体现了“走新型工走新型工业化、可持续发展道路业化、可持续发展道路”。：我国矿产资源总量约占世界的12%，居世界第3位，但人均资源量仅为世界水平的58%，居世界第53位。w w 目前，我国已有2/3的国有骨干矿山进入中后期，400多座矿多座矿山因资源逐步枯竭濒临关闭，有的已停产闭坑，大量矿工面临下山因资源逐步枯竭濒临关闭，有的已停产闭坑，大量矿工面临下岗。岗。这

12、不仅威胁到资源供应，同时，由此带来的社会问题也日益严重。我国石油已连续11年净进口，并且进口量急剧上升。2003年，原油、成品油进口量已超过1亿吨，铁矿石进口量超过1.4亿吨，这已占到世界自由贸易量的这已占到世界自由贸易量的50%；铜精矿和氧化铝消费量的50%以上都依赖进口。2010年前后，将出现金属老矿山关闭的年前后，将出现金属老矿山关闭的高峰，高峰，37%以上的产能行将消失。以上的产能行将消失。这样，大宗矿产的进口量势必逐年攀升。资源消耗（能耗）过快、过猛，必须重视资源高效开发与综合利用问题：到2020年，国内的有煤、天然气、稀土、菱镁矿等14种；w 我国煤炭资源丰富，开发利用的环保要求高

13、。现探明储量中，可供建井的储量少。长期开发利用率低，布局不尽合理，开采秩序混乱、破坏浪费资源和污染环境现象相当普遍而且严重，发展生产需要解决投入、运力等问题。的有石油、铁、锰、铅、铝土矿、镍、锑等9种，金刚石、铂、钾盐等缺口较大。w 最重要的战略资源。2003年，我国成为世界上第二大石油消费国和第七大石油进口国。我国至今累计探明石油可采储量63.95亿吨，其中，剩余可采储量24.28亿吨。预计到2010年，我国石油需求量将超过3亿吨；2020年，将达到4.2亿吨。若国内石油生产能力维持在目前水平，且同期的石油资源勘查不能取得重大突破，那么，到20102010年年，国内石油需求的保证程度到，只有

14、。如铁、锰、铝、铜、磷等，国内资源。许多五六十年代建设的主力矿山有相当一部分已难以为继，这些大宗矿产的可供性持续下降。据测算，。w 我国钨、锡、锑、稀土等矿产储量、产量均居世界首位。但一度乱采滥挖，资源被破坏浪费严重。由于过量开采、，只出口原料，加上多头出口竞相压价，曾出现产量、出口翻番，而创汇减少过半的情况。 w 保障了加快建设的需要。但在开发利用中也存在粗放开采、盲目建设等不少问题。 国民经济的发展不断给材料及矿物加工提出新的国民经济的发展不断给材料及矿物加工提出新的要求，当代众多高新技术产业，如生物工程、微电子技要求，当代众多高新技术产业，如生物工程、微电子技术、航空航天工程、高技术陶瓷

15、等与矿物材料密切相关，术、航空航天工程、高技术陶瓷等与矿物材料密切相关，矿物加工是各种材料制备的重要的基础与中间环节。矿物加工是各种材料制备的重要的基础与中间环节。 矿物加工更与人类社会面临的资源、环境和人口问矿物加工更与人类社会面临的资源、环境和人口问题密切相关，直接关系到贯彻和落实科学发展观。题密切相关，直接关系到贯彻和落实科学发展观。 而矿物加工工程而矿物加工工程作为流程工业，其科学技术及作为流程工业，其科学技术及产业化水平，产业化水平，。0.3 辽宁工大矿物加工工程学科教学、科研体系及与相关学科关系辽宁工大矿物加工工程学科教学、科研体系及与相关学科关系0.4 0.4 材料科学四个要素与

16、矿物加工工程技术的联系与借鉴材料科学四个要素与矿物加工工程技术的联系与借鉴结合MMCD，光机电一体化，ERP & CIMS为实现工艺思想，工艺参数检测、分析与控制为实现工艺思想，工艺参数检测、分析与控制辽宁工程技术大学矿物加工工程学科研究发展的若干方向辽宁工程技术大学矿物加工工程学科研究发展的若干方向 矿物加工工程与测控技术辽宁工程技术大学矿物加工工程学科研究发展的若干方向辽宁工程技术大学矿物加工工程学科研究发展的若干方向1 矿物加工工程的学科研究基础；：1 矿物加工工程的学科研究基础理论矿物学与应用（工艺）矿物学：系统研究矿物的形态、化学成分、系统研究矿物的形态、化学成分、晶体结构、

17、物化性质、谱学特征、鉴定特征、成因产状、晶体结构、物化性质、谱学特征、鉴定特征、成因产状、分类命名、主要用途分类命名、主要用途,建立矿物数据库建立矿物数据库。；：矿物单体的宏观形态、单体微形貌、矿物单体的宏观形态、单体微形貌、矿物集合体形态、形态的演化、矿物晶体的测量、矿物矿物集合体形态、形态的演化、矿物晶体的测量、矿物形态与成分、结构、物性及环境的关系形态与成分、结构、物性及环境的关系。研究矿物学的发展阶段、及其代表作、不同分支研究矿物学的发展阶段、及其代表作、不同分支学科的代表人物；矿物学研究和应用的经验教训、学科的代表人物；矿物学研究和应用的经验教训、矿物学的学科发展趋势和发展战略。矿物

18、学的学科发展趋势和发展战略。现代矿物学分类（续1）研究矿物化学成分、矿物晶体结研究矿物化学成分、矿物晶体结构、矿物成分与结构的关系及其研究的方法学构、矿物成分与结构的关系及其研究的方法学。研究矿物的物理性质、矿物物性与研究矿物的物理性质、矿物物性与电子核子层次物质结构的耦合计算、矿物物性与自然体电子核子层次物质结构的耦合计算、矿物物性与自然体系的耦合关系、矿物物理研究的方法学。系的耦合关系、矿物物理研究的方法学。研究不同成矿条件和不同地球化研究不同成矿条件和不同地球化学背景下矿物内的地球化学特征。学背景下矿物内的地球化学特征。研究矿物的系统发生史和个体发生研究矿物的系统发生史和个体发生史、矿物

19、标型学、矿物共生组合与共生分析、矿物成因史、矿物标型学、矿物共生组合与共生分析、矿物成因分类、矿物学信息在矿产资源探测、加工与利用、人工分类、矿物学信息在矿产资源探测、加工与利用、人工矿物合成等方面的应用。矿物合成等方面的应用。研究矿物中研究矿物中包裹体形态学、包裹包裹体形态学、包裹体种类、包裹体成分、包裹体信息体种类、包裹体成分、包裹体信息。研究矿物的人工合成、矿物的蚀变研究矿物的人工合成、矿物的蚀变作用、矿物相平衡动力学、矿物中的耗散结构、矿物温作用、矿物相平衡动力学、矿物中的耗散结构、矿物温压计、矿物改性。压计、矿物改性。现代矿物学分类（续2）研究矿床中矿物的成因标型、矿物学找矿标志、矿

20、物学填图的理论与方法。它研究矿物在地质体中的赋存状态、矿物及矿物中元素的选冶流程与工艺、宝石矿物加工工艺、矿物材料和填料工艺。它研究矿物人工合成的理论与方法。研究非金属矿产的品种、资源、产地与成因属性及矿物材料的加工与制作、矿物材料在国民经济与人民生活中的应用。研究污染与破坏环境的矿物。通过矿物学填图实现对地质环境的监测，它还研究治理环境的矿物,运用天然矿物与人工矿物材料进行自然环境的改造。研究宝玉石矿物的物化特性、鉴定特征和次品优化改性,研究宝玉石矿物的资源、产状、成因与经济价值。研究药用矿物的组分、性状、单味药命名、矿物基源考证、药用矿物的开发及其炮制、制剂和疗效。研究生物体中生物体中矿物

21、的成分、结构、物性、生理功能、形成条件、产状和生物矿化过程和古生物体中矿物的成分、结构、物性、生理功能、形成条件、产状和生物矿化过程,它还研究矿物与生命的起源。研究矿物原料对农林作物生长的影响(制肥、改土、农药和除草),及矿物原料保障动物快速、健康生长的潜力。1-1矿物矿物(材料材料)组成、结构、化学成分研究组成、结构、化学成分研究(数据库数据库) 系统研究矿物的形态、化学成分、晶体结构、物化性质、系统研究矿物的形态、化学成分、晶体结构、物化性质、谱学特征、鉴定特征、成因产状主要用途谱学特征、鉴定特征、成因产状主要用途, ,建立矿物数据库建立矿物数据库硫硫化化钼钼矿矿金属矿物郭克毅、郭克毅、周

22、正主周正主编编 矿物矿物珍品珍品 1996年年非金属矿物郭克毅、郭克毅、周正主周正主编编 矿物矿物珍品珍品 1996年年1-21-2矿物矿物( (材料材料) )固有性质固有性质( (性能性能) )研究研究( (建数据库建数据库) ) 研究矿物的声（学）、光（学）、电（学）、磁学）研究矿物的声（学）、光（学）、电（学）、磁学） 、热（学）热（学） 、机（械）等一系列性质，为矿物的加工与利用奠、机（械）等一系列性质，为矿物的加工与利用奠定基础。定基础。磁铁矿矿石组成与钒的赋存状态及分配率分析矿石组成与钒的赋存状态及分配率分析 w 为预先抛尾及分别富集提取奠定基础；为预先抛尾及分别富集提取奠定基础；

23、有用矿物有用矿物与脉石矿物脉石矿物组成与含量及其性质研究 w 直接关系到矿物加工工艺技术确定。直接关系到矿物加工工艺技术确定。 w如：钒矿如：钒矿：“提高钒焙烧转化率的研究提高钒焙烧转化率的研究”项目项目w 炭质矿物及其他矿物中含钒情况炭质矿物及其他矿物中含钒情况利用与否。利用与否。w 有用元素有用元素钒的赋存状态、价态其分配率；钒的赋存状态、价态其分配率；w 利用利用XRDXRD、SEMSEM及化学分析等，研究矿物中钒的价态及及化学分析等，研究矿物中钒的价态及物质组成对提钒工艺的影响；物质组成对提钒工艺的影响；w 有用组分及钒在矿物成分中分布状况；有用组分及钒在矿物成分中分布状况；提钒工艺研

24、提钒工艺研究的基础，究的基础，w 确定采用不同工艺提钒的可能性与可行性，确定采用不同工艺提钒的可能性与可行性，w 可能用不同工艺或新流程，提高钒转化率。可能用不同工艺或新流程，提高钒转化率。w工艺矿物学特性研究工艺矿物学特性研究利用利用XRD/SEM/DTAXRD/SEM/DTA等进行全过程中的等进行全过程中的研究。研究。应用矿物学应用矿物学之之工艺矿物学工艺矿物学研究研究举例：本科生学习训练的若干环节有关非金属矿（以膨润土矿为例）的学习和研究方法矿物分析测试物理化学与工艺性能测定 工艺矿物学研究 产品性能研究w 从其现有的学科基础来说,是一门从矿物资源(矿物、煤炭、二次资源、工业与生活废弃物

25、等)中,通过分离、富集、提纯等物理的和化学的加工处理,提取有用物料的科学技术。 w（milling of ores; ore dressing; mineral separation）w 选矿就是利用矿物的物理或物理化学性质的差异，借助各种选矿设备将矿石中的有用矿物与脉石矿物分离，并使有用矿物相对富集的过程。w 选矿学是研究矿物分选的学问，是一门分离、富集、综合利用矿产资源的技术科学。w 使矿石中的有用矿物和脉石矿物相互分离，富集有用矿物。w 除去矿石中的有害杂质。w 尽可能回收伴生的有用矿物，充分而经济合理地利用矿产资源。w 对矿石或选矿产品进行粉磨加工，并分为不同规格的最终产品。w 工业矿

26、物（industrial minerals and rock）加工技术的发展，可以使许多低品位的矿床得到开发，扩大矿产资源；同时也可提高产品档次，扩大应用范围。w 例如经选矿提纯的膨润土精矿，可用于生产有机膨润土、凝胶等高档制品。2 2 选矿工程概要选矿工程概要w 选矿工程的发展就有可能对自然界“含量贫、结晶细、成分杂”的矿产资源进行开发、利用,并为下一步的深加工提供经济上合理、技术上可行的初级原料或产品。由此可以看出选矿学科在国民经济发展中的重要战略地位,确定它的具体任务是:w 据勘查我国贫矿多，富矿少，许多贫矿资源均需经选矿处理后才能作为下一步的工业原料。如：w ，品位大于50%者仅占全国

27、铁矿总量的23%，其余均需选矿后制造成人工富矿才能作为炼铁原料；w ，铜品位大于2%者仅占我国铜矿石总储量的6%，含铜小于1%占75%，都需经过选矿；w ，品位大于或等于30%者仅占7%，其余都必须经过选矿处理才能利用。选矿任务之二w ，降低灰分和硫、磷含量，才能生产合格的冶金焦炭。、膨润土、沸石、萤石、硅灰石、硅藻土、绢云母等都需要去掉铁、钛等杂质和提高白度；w 有色金属矿石常是共生产出，由于它们互为杂质无法利用，需经选矿处理将所含矿物分离后分别富集才能作为冶炼原料。w 我国共生、伴生矿石特别多，例如白云鄂博、攀枝花、大冶、长阳等铁矿石都属复杂共生矿石，它们占我国整个铁矿资源的40%以上。有

28、色金属共生、伴生矿产占75%以上，如铜铅锌共生矿，铜精矿中的铅、锌是杂质；铅精矿中的铜、锌是杂质；锌精矿中的铜、铅是杂质；只有把他们分离后富集，方才能成为铜精矿、铅精矿、锌精矿。贵金属的40%和银的75%为伴生矿。选矿任务之三w 二次资源包括废旧金属及其它固体废料，废水和废气的治理和利用，在很大程度上依靠选矿技术。w 自然矿产的最大特点是数量有限和开发的一次性不可再生资源，因此“资源的循环使用”是最大的节约。w 据专家们统计，回收利用废旧金属消耗的能源与新开发矿产资源对比非常经济，其能耗比，铜为1/6,镍为1/10，铝为1/20，镁为1/21。美国每年再生金属占西方国家40%,其价值达100多

29、亿美元。我国废钢利用率尚低，废旧有色金属利用率仅占总产量的11.2%左右。w “三废治理、环境保护”是目前世界共同关注的问题。例如我国全国固体废料已堆有80多亿，占地90多万亩，目前固体废料的利用率约24%，每年有76%左右的固体废料堆存。 选矿任务之四w 水是人类宝贵的资源。w w 我国水资源不丰富，人均占有水量只相当于世界人均占有水量的25%,随工业的发展，用量加大，排放的污水量会增加，反过来又加大了对原有水源的污染。因此，水资源的合理利用与污水治理已成为当务之急。选矿工业用水量很大,排放的尾矿又是很大的污水源，w 海洋资源包括海水中溶解的盐类物质和洋底锰结核。w 海水中含有36种元素,除

30、可提取外，还可以提取U、Th及氚等能源物质，开发利用前景广阔。w 地球总面积的2/3为海洋,其中15%洋底覆盖有锰结核，总量约23万亿,仅太平洋就有1.7万亿,而且锰结核中富含Mn、Ni、Co、Cu、Fe等元素。w 例如我国沿海深2000处就有大量含Co(0.5%)较高的锰结核。其中Mn、Ni、Co为陆地较缺少的资源，因此目前已有一些国家(包括我国在内)积极进行洋底锰结核的开发、利用研究。w 从长远看,我国陆地短缺的一些矿产资源有可能由开发洋底资源弥补。w2.4 一般一般选矿加工的主要特点选矿加工的主要特点w 选矿目的选矿目的大多是为了获得具有某些物理化学特性的产品，大多是为了获得具有某些物理

31、化学特性的产品，而不是为获得某种有用元素。而不是为获得某种有用元素。w 例如，石棉矿石选矿是为了获得具有一定长度和抗拉强度例如，石棉矿石选矿是为了获得具有一定长度和抗拉强度的石棉纤维；金刚石矿石选矿是为了得到结晶完好的金刚石颗粒。的石棉纤维；金刚石矿石选矿是为了得到结晶完好的金刚石颗粒。w 选矿的任务选矿的任务不仅在于富集有用矿物，去除有害杂质，同时不仅在于富集有用矿物，去除有害杂质，同时需要进行粉磨、分级，生产不同规格的系列产品。需要进行粉磨、分级，生产不同规格的系列产品。 w 例如，石墨选矿的精矿，应按粒度和含碳量分级，生产不同例如，石墨选矿的精矿，应按粒度和含碳量分级，生产不同品位和不同

32、粒度的产品；高岭土产品按用途分为造纸涂料级、造品位和不同粒度的产品；高岭土产品按用途分为造纸涂料级、造纸填料级、陶瓷级、搪瓷级、橡胶填料级等品种。纸填料级、陶瓷级、搪瓷级、橡胶填料级等品种。w 选矿加工中应注意保护有用矿物晶体，否则可能影响其工选矿加工中应注意保护有用矿物晶体，否则可能影响其工业用途和价值。因而常采用破碎强度较低或具有选择性破碎功能业用途和价值。因而常采用破碎强度较低或具有选择性破碎功能的设备；工艺流程则多采用多段破碎的设备；工艺流程则多采用多段破碎( (磨矿磨矿) )多段分选的流程。多段分选的流程。w 选矿指标一般以有用矿物的含量为依据，而不是矿石中某选矿指标一般以有用矿物的

33、含量为依据，而不是矿石中某种元素的含量。种元素的含量。w2.5 2.5 工业矿物选矿加工的基本作业包括工业矿物选矿加工的基本作业包括w w 一般将最终产品粒度为5mm以上的粉碎过程称为破碎；w 取得更细产品粒度的粉碎过程称为磨矿；w 产品平均粒度小于10m的粉碎过程称为超细磨矿。：300mm、100mm、50mm、25mm、13mm、6mm、3mm、2mm、1mm、0.5mm、0mm。：入料粒度为-300mm，排料粒度为50mm；：入料粒度为10050mm，排料粒度为25 mm；：入料粒度25，排料粒度1510mm；w 相应的筛分机筛孔同粒度分级别。w 圆振筛、直线振动筛、固定筛等。w w通常

34、将通常将磨矿划分为磨矿划分为4 4个阶段个阶段：入磨粒度为入磨粒度为25255mm5mm，排料粒度为，排料粒度为1 10.3mm0.3mm；: :入磨粒度为入磨粒度为25255mm5mm，排料粒度为，排料粒度为0.10.10.074mm0.074mm；: :入磨粒度入磨粒度 lmm lmm，排料粒度，排料粒度0.074mm0.074mm或或0.044mm0.044mm；: :入磨粒度入磨粒度0.074mm0.074mm，排料粒度，排料粒度0.010mm0.010mm。w 矿石粉碎的难易程度，主要取决于矿石的矿石粉碎的难易程度，主要取决于矿石的结构和矿物的结晶形态结构和矿物的结晶形态( (矿矿物

35、的机械性能物的机械性能) )。是将矿石基本上按粒度大小分离的过程，包括筛分、水力分级和是将矿石基本上按粒度大小分离的过程，包括筛分、水力分级和风力分级。风力分级。w 分级作业通常与粉碎作业相配合使用，组成粉碎分级机组。分级作业通常与粉碎作业相配合使用，组成粉碎分级机组。脱水、过滤、干燥等脱水、过滤、干燥等运输、转载等运输、转载等w 采用适当的选矿方法，将已单体解离的有用矿物和脉石矿物分离开。w 有重选法、磁选法、浮选法、化学选矿法、电选法、风选法、光电选矿法等。w 重选法按原理可分为分级、洗矿、跳汰选矿、摇床选矿、溜槽选矿、重介质选矿和风力选矿等。w 前两类是按粒度分选的过程，后五类主要是按密

36、度分选的过程。w 摇床选矿分选效率高，是用于粗、扫选作业，回收率可达80以上，缺点是单位面积处理量低，占地面积大。以流体力学为学科基础,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。w 主要用于选煤和非金属矿选矿。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。w 主要用于选铁、锰矿等。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。w 主要用于金属矿金矿、铅锌矿、钼矿等选矿。化学选矿是基于矿物和矿物组分的化学性质的差异，利用化学方化学选矿是基于矿物和矿物组分的化学性质的差异，利用化学方法改变矿物组成，然后用相应方法使目的组分富集的矿物加工工艺法改

37、变矿物组成，然后用相应方法使目的组分富集的矿物加工工艺。w 它是处理和综合利用某些贫、细、杂等难选矿物原料的有效方法之一，它是处理和综合利用某些贫、细、杂等难选矿物原料的有效方法之一，也是使未利用资源资源化和解决三废（废水、废渣、废气）处理、变废为宝也是使未利用资源资源化和解决三废（废水、废渣、废气）处理、变废为宝及保护环境的重要方法之一。及保护环境的重要方法之一。 3.1 非金属矿物初加工非金属矿物初加工 安徽东方钙业公司装备有安徽东方钙业公司装备有：国内第一条；一条具有国内领先水平的旋转预热式窑，年产15万t氧化钙。一条具有国内领先水平的干法年产6万t超细氢氧化钙。还建有年产3万t重质碳酸

38、钙和3 万t颗粒碳酸钙、白云石生产线。某公司拥有储量超亿吨的优质石灰石和白云石矿山某公司拥有储量超亿吨的优质石灰石和白云石矿山矿物粉体改性、改型程序简图矿物粉体改性、改型程序简图活性矿物材料制备原理图矿物功能材料粉煤灰分选原则加工工艺流程图粉煤灰分选原则加工工艺流程图东方钙业公司发展战略规东方钙业公司发展战略规-石灰石梯度深加工、联产系列产品简图石灰石梯度深加工、联产系列产品简图w 钙肥等钙肥等1313个方面系列产品个方面系列产品w +CO+CO2 2轻质碳酸钙轻质碳酸钙w +H+H2 2O O +CO+CO2 2+ +控制晶形控制晶形纳米碳酸钙纳米碳酸钙w +C 碱性肥料（石灰氮） 氰化物w

39、 氰融体：用于采金、特种钢淬火 w 双氰氨、三聚氰胺、硫脲和胍w +C 氰氢酸、硝酸、铵盐用于军工 w 脱硫剂脱硫剂生产优质钢 w 制高炉砖制高炉砖炼钢炉炉衬w 分析化学试剂分析化学试剂（粉料）w 建筑工程防潮剂、测湿剂建筑工程防潮剂、测湿剂 资源综合利用，实现节约和循环型经济资源综合利用，实现节约和循环型经济5 洁净能源工程概要洁净能源工程概要w选煤（第二讲专题介绍）w水煤浆（略）w煤化工（略）w煤基材料（略）w生物质能源（略） 矿产资源梯级深加工、联产多产品，形成产业群矿产资源梯级深加工、联产多产品，形成产业群 如，煤炭梯级深加工、联产多产品。如，煤炭梯级深加工、联产多产品。 该技术路线不

40、是多种煤炭转化技术的简单叠加，而是以煤炭资源价值的合理该技术路线不是多种煤炭转化技术的简单叠加，而是以煤炭资源价值的合理利用为前提，建立在相关技术发展水平基础之上，以提升价值、经济效益等综合利用为前提，建立在相关技术发展水平基础之上，以提升价值、经济效益等综合目标函数的多个子系统的优化集成。目标函数的多个子系统的优化集成。如图如图1 1、图、图2 2所示。所示。6 6 分析测试检测控制分析测试检测控制：矿物系统性岩矿分析鉴定； 基本试验分析方法研究物理、化学、现代仪器使用； 矿物应用性质分析、测定研究矿物分析检验仪器设备研制； 在线检测计算机辅助制造系统 各种分析测试方法手段训练 基本试验分析

41、方法研究; 矿物岩矿分析鉴定;分析检测方法矿物成分分析测试 现代分析仪器使用;分析检测手段X射线衍射、差热分析、扫描电镜等等； 矿物应用性质分析研究; 矿物分析仪器研制; 计算机模拟、程序设计、OA、计算机试验技术； 在线检测控制系统。各矿种研究方法训练单矿种基础研究；各种矿物加工工艺技术研究方法训练各种用途(13个方面)研究方法训练w 用系统工程的思想和方法、计算机技术、现代管理思想等开展分系统研究：w战略研究；w规划研究；w发展策略研究；w企业文化研究 w管理信息系统wERP & CIMS研究 7 7 企业管理（企业管理（MBA）8 8 矿物加工工程化与产业化研究矿物加工工程化与产

42、业化研究 针对矿物加工工艺过程“先进、大型、可靠、经济、安全”要求，重点开展研究：工艺技术；浮选、提纯、改性；工艺设备、辅助设备；检测技术； 侧重于产业化科学技术研究。 从矿物加工工程、工艺角度，开展各项研究；(市场市场+经营经营+数模数模+光机电一体化光机电一体化=现代化制造技术现代化制造技术) 根据根据 CIMS & ERP 思想（本专业的思想（本专业的MMCD），以及本学科及相关的专业基），以及本学科及相关的专业基础理论学习与研究基础上，在专业工艺技术学习与研究、试验技术学习、计算机础理论学习与研究基础上，在专业工艺技术学习与研究、试验技术学习、计算机手段训练、企业管理（技术与生

43、产管理）等基础上，研究和发展现代生产与制造手段训练、企业管理（技术与生产管理）等基础上，研究和发展现代生产与制造技术。技术。 追求三个效益的统一：经济效益、社会效益、环境效益。追求三个效益的统一：经济效益、社会效益、环境效益。 当代高新技术产业对材料性能的要求呈现多样化、功能化趋势，促进当代高新技术产业对材料性能的要求呈现多样化、功能化趋势，促进了了矿物材料矿物材料这一新的交叉学科。矿物材料及矿物材料学走过了学术思想这一新的交叉学科。矿物材料及矿物材料学走过了学术思想的提出、学科体系建设等发展历程，基本形成了学科及人才培养、技术开的提出、学科体系建设等发展历程，基本形成了学科及人才培养、技术开

44、发体系。发体系。 开发矿物材料，使得矿物加工工程由单纯的加工技术研究层次向直接开发矿物材料，使得矿物加工工程由单纯的加工技术研究层次向直接针对用途和需求层次的转变，是矿物加工工程与市场密切结合，在认识上针对用途和需求层次的转变，是矿物加工工程与市场密切结合，在认识上和方法论上的一个重大进步，其意义被矿物加工业内人士所共识，为矿物和方法论上的一个重大进步，其意义被矿物加工业内人士所共识，为矿物加工工程学科提供了巨大的发展空间。加工工程学科提供了巨大的发展空间。 如何以最少的如何以最少的“资源资源”消耗，高效开发功能性矿物材料，满足国民经消耗，高效开发功能性矿物材料，满足国民经济发展要求，是矿物加

45、工工程学科面临的机遇和挑战。如何高目标构筑矿济发展要求，是矿物加工工程学科面临的机遇和挑战。如何高目标构筑矿物加工工程学科体系，支撑矿产业物加工工程学科体系，支撑矿产业“全面、协调和可持续发展全面、协调和可持续发展”，是一个，是一个重大课题。重大课题。 以矿物加工工程为基础的矿物材料科学的发展，为矿物材料计算与设以矿物加工工程为基础的矿物材料科学的发展，为矿物材料计算与设计奠定了基础。计奠定了基础。受到材料设计和材料计算思想、方法的启迪，提出受到材料设计和材料计算思想、方法的启迪，提出“矿物矿物材料计算与设计材料计算与设计”的学术思想。的学术思想。 w“根据矿物组成与结构及其一般和特殊性质，分

46、析、总结和研究矿物加工与矿物材料开发中的研究成果，依据科学理论，通过计算机模拟计算、分子设计与模拟，预测矿物材料性能，设计制备工艺技术，借助于神经网络、专家系统、计算机辅助制造系统等，研制、开发特定需求、特殊功能性的矿物材料” w任瑞晨等.论矿物材料计算与设计J.资源科学. 2005,27（3），），2005.5Minerals Material Calculated and Design）（3 3）矿物材料计算设计的研究层次）矿物材料计算设计的研究层次w ，开展各种矿物组成与结构、固有性能与应用性能关系的系统研究,以其发现和挖掘矿物新的性质，获得原创性成果。建立数据库，为矿物材料计算与设计各

47、种理论和方法的应用奠定基础。w ，针对矿物材料应用领域和需求，跨学科充分发挥矿物“一矿多用、多矿一用、复合应用、综合利用”的特性，研究矿物结构与应用性能的关系，研究和构筑某一学科、领域所应用的各种特性关系，在本质上预测、发掘矿物材料一般性质、特殊性质，及与应用基体材料的关系，创新和发展自主知识产权的科学和技术成果。w ，利用矿物加工理论和工艺技术研究成果，借助于材料模拟中的各种计算方法，构筑矿物性质利用矿物加工工程技术开发新型矿物材料之间的知识体系框架。w 尤其是。：利用线性函数和非线性函数，为矿物材料计算设计提供必要的参考。在已有的大量数据和经验事实出发,将材料的性能、组分、特征数据(如自由

48、能、扩散系数等)等数据存放在数据库中, 在此基础上建立一个“知识信息”体系, 利用各种材料计算方法，通过数学计算和有效地预测，来完成新型矿物材料设计和制备。w 如利用能带理论来设计粘土矿物层间化合物的作用,用量子力学理论计算烧结材料的相结构等。把由多粒子构成的体系理解为由电子和原子核组成的多粒子系统,并根据量子力学的基本原理最大限度的对问题实现“非经验性”处理。从原子尺度上来研究体系的有关性质与时间和温度关系的模拟技术,如活性矿物材料的制备。通过统计试验来实现目标量的计算。研究平衡体系的性质。模拟合成矿物材料的晶体生长、碰撞、逾渗等问题。w 利用有限元法将连续介质采用物理上的离散与多项式插值方

49、法，形成一个统一的数值化方程,完成从连续到离散、从解析到数值,解决大多数矿物材料的力学问题、凝固模拟和晶体的塑性模拟等。研究复合材料中组分材料间的相互作用力和定量描述细观结构与宏观性能间的关系。w 建立矿物材料设计专家系统依靠专家的经验知识，建立材料设计的知识库和数据库，使系统具有逻辑推理能力，从而缩短材料设计周期，提高效率。将数据库中存放的有关材料的物理性能等指标，与知识库中用来存放材料的成分工艺性能等规则相结合，使推理机根据数据库和知识库所提供的信息得出材料应具有的化学成分和工艺参数。w 建立人工神经网络系统利用组分、工艺、性能之间的、规律往往不甚清楚的关系,发挥人工神经网络具有很强的自学

50、习能力的功能，从已有的试验数据中获取有关材料的组分、工艺和性能之间的规律，完成矿物材料计算与设计。w “矿物化学改性药剂基体材料”之间关系的三相界面设计研究在矿物改性、改型制备复合材料技术中，利用分子设计的理论和方法，根据“矿物药剂改性=满足基体材料需要”原则，为设计和制备新型药剂，采用最佳药剂制度，制备特定功能的矿物材料，如环保材料、高技术材料等；通过“高分子的表面活性可以通过控制分子体系结构（两性部分的化学性质不变）来达到高精度的控制”，求得完全实现矿物材料特定的功能。w 将矿物材料计算与设计的研究成果利用计算机集成制造一体化（CIMS）技术相结合，提高矿物材料制备的工艺过程的可控性、有效

51、性及自动化水平。 基于科学原理构筑矿物加工学科体系和推动其建设和发展 系统、全面和而深入地研究矿物固有性质、工艺性质、应用性能，以特定的矿物材料性能为目标，利用传统的和现代的矿物加工基础理论和工艺技术成果，开展矿物材料的基础理论和应用理论与技术的研究，构筑一个统一的学科理论体系，使矿物加工工程技术在解决具体的工艺技术问题的同时，为学科的科学技术研究指明方向、目标并提供方法论，以促进矿物加工工程学科的健康和快速发展。 将使矿物加工工程学科发展与工艺技术研究，建立在基本科学原理的基础之上，使矿物加工工程学科的基础理论研究，提升到“定量研究特定性能矿物材料”的高度，使学科发展进入当今学科前沿，通过创新赶超国际先进水平。w矿物材料计算与设计将为学科发展提供巨大活力为提高矿物材料开发的有效性，最大限度减少因盲目或错误试验而造成的浪费，灵活高效地运用计算机及其