工藝礦物學(xué)(process mineralogy)

礦物學(xué)的一個分支。它是一門以研究礦物處理和礦物原料加工過程為主要內(nèi)容的學(xué)科。在選礦方面，工藝礦物學(xué)主要研究礦石的物質(zhì)成分，礦石的礦物組成，礦石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造及其物理、化學(xué)性質(zhì)和礦物在選礦過程的行為，為詮釋選礦機(jī)理、制定選礦工藝方案和實現(xiàn)選礦過程優(yōu)化提供礦物學(xué)依據(jù)。

發(fā)展簡史1830年光學(xué)顯微鏡問世，人們即借此進(jìn)行巖礦鑒定，為早期的選礦工藝提供了某些礦石性質(zhì)的資料。20世紀(jì)初，結(jié)合選礦研究低品位鐵、錳礦石℃澆的礦物組成、粒度特性和選礦產(chǎn)品的顯微鏡分析，為選礦提供半定量和定量數(shù)據(jù)。1939年，美國高登(A.M.Gaudin)所著《選礦原理》，總結(jié)了巖礦鑒定在選礦學(xué)科中的應(yīng)用與實踐。1940年，高登及日本桃崎順二郎等應(yīng)用原子結(jié)構(gòu)理論和晶體化學(xué)原理，研究礦物晶格與浮游度的關(guān)系，研究晶體結(jié)構(gòu)和礦物表面性質(zhì)與礦物表面潤濕性的關(guān)系，為解釋浮選機(jī)理提供論據(jù)。中國于1919年開始應(yīng)用光學(xué)顯微鏡方法為選礦廠提供定性的巖礦鑒定資料。1960年由一般的巖礦鑒定過渡到對礦石物質(zhì)組成的研究。70年代以后，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，近代物理、化學(xué)的晶體場理論、配位場理論、分子軌道理論、能帶理論以及各種譜學(xué)手段、微束測試技術(shù)、電子計算機(jī)計算技術(shù)等引入了礦石物質(zhì)組成研究領(lǐng)域，使對礦石的化學(xué)成分、礦物組成、礦物嵌布粒度、礦物理化性質(zhì)及礦物解離等的測試得到新的發(fā)展，從而能夠為礦產(chǎn)資源的綜合利用和選冶工藝提供深入系統(tǒng)的礦物學(xué)資料，并發(fā)展成為一門獨立的工藝礦物學(xué)學(xué)科。1979年，中國金屬學(xué)會選礦學(xué)術(shù)委員會成立工藝礦物學(xué)學(xué)組，并于1980年舉行首屆全國工藝礦物學(xué)學(xué)術(shù)會議，1981年首次出版《工藝礦物學(xué)論文集》。也是在1979年美國成立了隸屬采礦、冶金和石油工程師協(xié)會(TMS—AIME)的工藝礦物學(xué)委員會，舉行了首屆工藝礦物學(xué)學(xué)術(shù)研討會，并于1981年出版《工藝礦物學(xué)論文集》。1991年，中國冶金工業(yè)出版社發(fā)行的《選礦手冊》中，專門列入“工藝礦物學(xué)”篇。這些工作均促進(jìn)了工藝礦物學(xué)研究成果的交流，推動著該學(xué)科的發(fā)展。

研究內(nèi)容工藝礦物學(xué)的基本研究內(nèi)容概括為：(1)礦石和礦物的化學(xué)、物理性質(zhì)與選礦工藝的關(guān)系；(2)礦物表面性質(zhì)和工藝特性；(3)礦石化學(xué)成分、礦物組成、礦石的元素賦存狀態(tài)及其分配規(guī)律的研究，預(yù)測選礦理論指標(biāo)；(4)礦石結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、礦物粒度組成及礦物解離分析；(5)礦物在選礦過程中的行為和選礦產(chǎn)品的礦物學(xué)分析；(6)工藝礦物學(xué)的研究方法。

應(yīng)用在地質(zhì)礦床評價中，工藝礦物學(xué)的主要研究對象是針對礦床不同層位、不同礦石類型、不同品級的各類礦石，在充分查明礦石化學(xué)成分、礦物組成及可選性的基礎(chǔ)上，確定有用礦物的空間分布及編制礦物工藝圖。在查明礦石礦物組成的基礎(chǔ)上，利用礦芯評價礦床不同水平位置上礦石的可選性，劃分和圈定礦石工藝類型，對礦石可選性的試驗研究比對礦床評價的研究更加全面和深入，因為它要為制訂選礦最佳工藝流程提供詳盡可靠的資料。在選礦理論研究中，工藝礦物學(xué)除提供制訂工藝流程所需要的一般數(shù)據(jù)外，還要結(jié)合選礦需要，深入研究礦物與選礦基礎(chǔ)理論、礦石性質(zhì)與選礦的關(guān)系，如探討各種選礦方法、過程、技術(shù)指標(biāo)與礦石物質(zhì)組成、工藝特性的適應(yīng)性和規(guī)律性，研究礦物晶體化學(xué)、晶體結(jié)構(gòu)等微觀領(lǐng)域特征與礦物工藝性質(zhì)的關(guān)系，研究礦物表面成分及表面結(jié)構(gòu)的變化對選礦工藝的影響等，這些研究成果能直接指導(dǎo)選礦工藝的制定和實踐。在生產(chǎn)實踐中，工藝礦物學(xué)能直接為改革現(xiàn)行生產(chǎn)方案，提高選礦指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益提供資料。通過研究生產(chǎn)過程的原礦、精礦、尾礦、中間產(chǎn)品的物質(zhì)組成及其工藝特性，分析選礦廠生產(chǎn)流程中存在的技術(shù)問題，為工藝過程的自動化，生產(chǎn)的穩(wěn)定和平衡，控制指標(biāo)的最佳化等，提供必要的礦物學(xué)參數(shù)。

在選礦過程中有用金屬的損失，除現(xiàn)代技術(shù)和工藝水平條件下不可避免的損失和入選礦石物質(zhì)組成所決定的損失外，還有由于工藝不完善等因素、設(shè)備狀況不佳或選廠設(shè)計方案不夠合理發(fā)生的損失。針對這些損失提供改善措施的依據(jù)，也是工藝礦物學(xué)研究內(nèi)容之一。選廠的尾礦、礦泥以及采礦廢石的堆存不僅占地面積大，其中一些氣體、粉塵污染環(huán)境，而且這些廢料中常含有稀貴金屬或其他有用成分，研究這些廢料的工藝礦物學(xué)，查明處理和利用的可能性，建立無尾礦選礦工藝，都具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

展望工藝礦物學(xué)的發(fā)展和研究方向，大體有下述五個方面：(1)礦石物質(zhì)組成及其性質(zhì)的研究。系統(tǒng)分析礦石特性及其對礦物分選的影響和內(nèi)在聯(lián)系，建立劃分各種類型礦石的工藝類型分類體系，為選礦研究、設(shè)計、生產(chǎn)提供科學(xué)的、系統(tǒng)的基礎(chǔ)資料。(2)礦物在選礦工藝過程中的變化及其對工藝效果的影響的研究。著重研究改變天然礦物及工藝產(chǎn)品分選性質(zhì)，從礦物學(xué)觀點、定量地分析和評定分選效果。(3)對選礦包括化學(xué)選礦的中間產(chǎn)品和尾礦的礦物組成及其性質(zhì)的研究，以及對有用組分合理的綜合回收和擴(kuò)大資源利用途徑的探討。(4)研究礦物解離，建立礦物解離數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用現(xiàn)代固體物理的新成就，研究各類典型礦石中各種礦物的解離特性，探討礦物粒度特性與礦物解離的關(guān)系等，為選礦方法的選擇和破碎機(jī)理提供依據(jù)。(5)研究礦物表面性質(zhì)和晶體構(gòu)造及其與工藝性質(zhì)的關(guān)系。應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)理論和技術(shù)方法深刻地揭露礦物表面微量成分和物化性質(zhì)、晶體內(nèi)部特征以及與晶體外部場的相互作用和影響的規(guī)律性，為選礦基礎(chǔ)理論研究提供資料。