矿物加工简史

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摘 要 在远古时代，矿石破碎、磨细和用水洗去脉石矿物已经就现实了。人先用手拿硬石头撞碎矿石，以后又用金属锤子敲碎矿石。再后来人们用杠杆机构操作研钵和杵来破碎矿石，到中世纪由于要破碎的矿石量增多了，开始采用捣矿磨机。磨石在矿石细磨中起着重要作用。用淘盘富集金和矿物手选是两种古老的、但今天仍然应用的选矿方法。浮选到19 世纪中期才开始出现，开始时用油捕收矿物，使有用矿物漂浮到矿浆表面上。直到20世纪20年代才发现可以有效浮选矿物的有机化合物。由著名的选矿工程师(如Rittinger、Rickard、Pryor、Taggart、Richards、Gaudin等人)编写的选矿教课书用于教授大学的学生。

概 述

古埃及人早就知道从金粒含量高的泥土中熔炼黄金比用贫金泥土要容易。因此他们力图用陶洗的方法除去脉石矿物，来富集黄金。从河流中富集金粒的另一个古老方法就采用羊毛富集金粒，所以，有一个关于“金羊毛”的希腊神话。今天的格鲁吉亚古时候称作科尔奇斯(Colchis)，是黄金业的中心。人们将古希腊称为金羊毛国土。
在中世纪，欧洲的树林大范围地被砍伐了，以便为熔炼炉提供木头燃料。为了节省木头的消耗，需要尽可能地从炉料中除去脉石矿物。所以，尽量对矿石进行选矿。当时，处理的最重要的矿石是铜矿、铁矿和银矿。实际上，大部分银是从铅矿石中回收的。为了富集矿石中的有用矿物，需要将矿石破碎成小块，然后手选出有用矿物，除去无用矿物。所以，破碎成了选矿的第一步。

在早期的矿山学校中，老师给学生们教授采矿学和冶金学，有时由同一个老师教授地质学和矿物学。以后的发展趋势是，还教授与矿物资源开发有关的课程。澳大利亚谢梅尼特茨
(Schemnitz)帝国矿山学校的里廷格尔(Pteter yon Rittinger)首先教授选矿课程，并撰写了有关选矿方面的书。以后又在北美建立了矿业学院和研究所。美国的理查兹(Robert H．Richards)首先在波斯顿马萨诸塞学院建立了选矿实验室。他于1903年发表了有关选矿方面的从书。但是，人们认为哥伦比亚矿业学院的塔加尔特(Arthur F．Taggart)(1884—1959年)是选矿方面的第一把交椅，他于1927年出版了《选矿手册》。
高登(Antoine M．Gaudin)(1900-1974年)于1939年供职于麻省理工学院，进一步发展了选矿，他在进入麻省理工学院以前在哥伦比亚、犹他和蒙大那教授过选矿课程。开始的时候大部分选矿内容要么分在化学工程学科中，要么分在冶金学科中，直到最近选矿才成为一门单独的学科。20世纪50年代才组织起国际矿物加工大会(IM- PC)，1952年在伦敦召开了第一届国际矿物加工大会，这要感谢盖(P．Gy)、阿斯提尔(Jacqes E．Astier)和达拉特(C．W．Dannatt)的努力。

1 碎磨

在现代选矿厂中，大型颚式破碎机和圆锥破碎机以每小时几千吨的处理能力破碎矿石，类似的，大型装有钢棒或铸铁球的旋转磨矿设备将花生大小的矿石瞬间磨成面粉那么细的粒度。按一下开关，就可让电动机带动磨矿机转动。这个过程是连续进行的，大批矿石从设备一端给入，而从另一端排出。多台破碎机和磨矿机只需要由一个在控制室中注视电视屏幕来操作。古代人没有电动机和大型设备，是怎样破碎和磨细矿石的呢?

1．1 破碎

古代人主要用冲击力破碎岩石。最原始的方式是用手握一块硬的石头重击含有有价矿物的矿石。考古学家发现了很多这类石头。在阿格里科拉(Agricola)时代，用球棒重击矿石，一直到获得所要求的粒度。古代人也用金属锤破碎石头。甚至在日常生活中也使用研钵和杵。
应用杠杆原理来节省人类的体力。古代中国画描绘出了用杠杆操作研钵和杵。一幅南非近代油画描述了坐在一根支在一块大石头上的树干两端的两个工人用花岗岩破碎矿石的人。到中世纪由于要破碎矿石的规模扩大，引入了利用水轮或马匹驱动的多个杵的捣磨机。
当时捣磨机与回收黄金的混汞法连成闭路，现在它已成为一个陈旧的方法。让破碎后的矿石流过表面涂有水银的铜板，大的金粒被汞所捕集，形成了汞齐。隔一定时间用布将汞齐从铜板上擦下来，回收汞齐，再蒸发，然后再涂上新鲜的汞层。由于经常接触汞和汞齐，这对人的健康有伤害，所以这个方法现在不用了。

在蒸汽机发明后，它就代替了马和水轮。19世纪50年代发明了破碎机械。1858年布莱克(Joshua H．Blake)发明了颚式破碎机，1883年盖茨(Gates)发明了圆锥破碎机。

作圆圈运动的动物带动磨石运动来破碎矿石。用含有少量黏土和石灰石的高强度石英砂岩制成磨石，一般将石头切成直径为2m、厚度为30cm圆盘，它的重量约为2t。在它的中心钻一个孔，将一根长木棒安在孔中，用动物拉动它。描绘了采石场分割石块、工人制造磨石、切割磨石和从矿山将它滑动出来的情景。描绘用马车运输磨石的情况。

现代工程师设计出了新的破碎机，在20世纪40年代化学工程教科书中描述了这些破碎机。也设计出了现代磨矿设备——球磨机。
2 矿物分选
淘金盘可能是最古老的应用重力分选矿粒的方法。远古时代人们就知道铁颗粒吸引在亚洲伊斯密尔的马格涅萨乡村附近产的天然岩石上。伊丽莎白女王群岛内科医士吉尔贝特(william Girbert)(1544—1603年)叙述了这种磁现象，并应用这种现象处理天然产的岩石——磁铁矿。在19世纪发现了电磁感应，因此制造了用于将磁性矿物与非磁性矿物分离开的强磁体。

手选是从脉石中拣出有价矿石的常用方法。手选方法一直用到19世纪中期，然后被以矿物的静电性、放射性、X射线荧光性为基础的其它方法所取代。亚利桑那州的威尔弗利(Arthur Redman Wilfley)(1860～1927年)于1896年发明了分选矿物的摇床，20世纪40年代Humphrey跳汰机问世。

浮选是当代最重要的选矿方法。现代的泡沫浮选是经过人们长期试验才实现的。开始时用某些油(如松醇油)浮选矿物：某些矿粒附着在比水轻的油层中，而浮起来。例如，在英格兰，1860年海恩斯(william Haynes)用这个方法。1904年埃尔莫尔(Elmore)和1906年萨尔曼(Sulman)认识到，用大量的油是不必要的，甚至是很讨厌的，他们用空气作为矿物浮起介质，取代一部分油，该法具有很多优点。

1909年格林韦(Greenway)、萨尔曼(Sulman)和希金斯(Higgins)发现了能溶的起泡剂(如酮和酒精)，改进了浮选法，进一步降低浮选所需要的油用量。从1913年到1922年，可以说浮选首次成功用于商业，特别在美国。第一个重要的工业浮选厂由 Butte＆Superior公司于1913年投产。为了浮选硫化矿物，将各种油(如木材加工得到的油和煤焦油作为捕收剂与起泡剂(松枝油和松脂油)联合使用。需要指出的是，这些捕收剂的化学成份都是不确定的。当时只能回收混合硫化矿精矿，而不能用当时已知的浮选药剂分离不同种类的硫化矿物。

1921年珀金斯(Perkin’s)发现了化学成份确定的α-萘胺和均二苯硫脲在促进硫化矿物浮选中的重要作用后，浮选进入了一个新的时代。凯勒(Keller)1924年发现，可溶于水的黄药是高效浮选捕收剂。自那以后，其他一些研究者还发现，在碱性溶液中可用氰化物抑制黄铁矿和闪锌矿浮选。

1920年朗格缪尔(Irving Langmiur)首次提出浮选理论，即药剂在矿物表面上的吸附现象和矿物在气泡上的附着。1930年美国氰胺公司的克里斯曼(L．J．Christmann)进一步详细阐述了浮选理论。此时浮选开始用于非硫化矿石处理中。在处理磷酸盐矿石、石灰石、钾盐矿石、萤石矿石和重晶石矿石中获得了满意的结果。浮选的应用领域进一步扩大，如从低品位铁矿石中获得高品位铁精矿和精选煤。

浮选一直在搅拌槽中进行。1967年波廷(P．Poutin)和特伦布莱(R．J．Tremblay)在美国获得了浮选柱专利。浮选柱于1980年在加拿大魁北克Gaspe矿山首次安装。直径分别为45．7和91．4cm的两台浮选柱在辉钼矿浮选回路中代替了13个浮选槽。接着在智利铜选矿厂中用一些浮选柱代替浮选槽，自那以后浮选柱的应用得到推广。浮选柱的主要优点是没有运动部件，所以，几乎不用维修。1988年，由美国矿冶工程师协会采矿工程师协会承办的第一届国际浮选柱会议于美国亚利桑那州凤凰城召开。

3 结 语

直到20世纪20年代矿物加工才成为一门学科。此后30多年经新一代年青的工程师和研究生的不断努力，矿物加工发展成为一门具有高水平的试验科学。

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