基于對(duì)應(yīng)性理論的礦物加工技術(shù)研究

石俊超

（河南有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450000）

常見(jiàn)的礦物加工技術(shù)有物理振動(dòng)、化學(xué)法分離、化工技術(shù)以及生物技術(shù)等加工方法，同時(shí)也有對(duì)礦物中的元素進(jìn)行提取的工藝技術(shù)。礦物加工技術(shù)最初是由選礦方法逐步完善發(fā)展至今的，選礦方法一般是對(duì)礦物進(jìn)行分離并進(jìn)行二次加工。在中國(guó)最古老的礦物加工技術(shù)是淘金，淘金與現(xiàn)代的礦物加工技術(shù)相比還是有本質(zhì)上的區(qū)別，礦物加工技術(shù)主要是對(duì)礦物資源進(jìn)行精準(zhǔn)的加工、分離及最終的利用。工業(yè)技術(shù)持續(xù)高效的發(fā)展，帶動(dòng)著社會(huì)對(duì)礦物的需求總量越來(lái)越大，近幾年自然災(zāi)害的增加使人們對(duì)礦物資源的合理利用意識(shí)和對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)也愈發(fā)強(qiáng)烈。礦物的加工技術(shù)也開(kāi)始從節(jié)能、高效率、無(wú)污染等方面展開(kāi)，重點(diǎn)發(fā)展?jié)崈舻V物的加工技術(shù)，不僅要在傳統(tǒng)的礦物加工、分離和后期技術(shù)處理上進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，增長(zhǎng)經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也要在行業(yè)中尋求新的學(xué)科合作和發(fā)展機(jī)會(huì)，最終可以實(shí)現(xiàn)礦物加工技術(shù)與資源有效利用、環(huán)境保護(hù)、水源保護(hù)及環(huán)境治理等技術(shù)融為一個(gè)有機(jī)發(fā)展體系。因此，礦物加工工程的發(fā)展和人類(lèi)對(duì)自然的探索，對(duì)自然的利用以及對(duì)礦產(chǎn)資源日益擴(kuò)大的質(zhì)量都具有十分密切的聯(lián)系，從對(duì)礦產(chǎn)的勘查選擇對(duì)礦產(chǎn)的有效開(kāi)發(fā)都要利用到礦物加工工程技術(shù)。

1 礦物加工技術(shù)對(duì)分離性能的影響

礦物加工工程在19世紀(jì)之前還不是一門(mén)獨(dú)立的技術(shù)學(xué)科，它正式成為獨(dú)立學(xué)科是從采礦學(xué)科和冶金學(xué)科中分離出來(lái)的；在1900年，礦物工程的前身冶金工程作為一門(mén)學(xué)科而正式成立，但是其存在的學(xué)科目的主要還是教育學(xué)生如何進(jìn)行選礦；經(jīng)歷一段漫長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，直到二十世紀(jì)初，礦物加工技術(shù)的發(fā)展逐步形成了選礦這一概念；在二十世紀(jì)中期，隨著采礦技術(shù)的成熟，形成了更加完善的技術(shù)分類(lèi)，從此礦物加工技術(shù)正式成立。

當(dāng)前的礦物加工技術(shù)包括選礦方法、礦物破碎分級(jí)的輔助流程和對(duì)礦物加工過(guò)程的檢測(cè)與控制三大方面，其每一方面也會(huì)有相應(yīng)的發(fā)展形成多個(gè)分支，例如結(jié)構(gòu)復(fù)雜的礦物質(zhì)合理利用、重力與離心力場(chǎng)的礦物分離技術(shù)、利用生物化學(xué)技術(shù)對(duì)礦物資源提取、微量毒素材料加工技術(shù)、精細(xì)加工技術(shù)、機(jī)械設(shè)備、加工廢料的有效利用、加工過(guò)程的自動(dòng)化控制、資源環(huán)境開(kāi)發(fā)技術(shù)等[1]。其中礦物分離技術(shù)與以前的傳統(tǒng)方法相比較，其對(duì)應(yīng)的分離性能大大提高，從而提高機(jī)器的效率，提高產(chǎn)出。

以礦物加工技術(shù)中的超細(xì)磨技術(shù)為例，超細(xì)磨技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)較為成熟，可將原有礦物細(xì)磨。其主要是應(yīng)用破碎，合理的控制排礦粒度，一般范圍在230mm。超細(xì)磨技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在于，攪拌磨的運(yùn)用與創(chuàng)新，各種型號(hào)的攪拌磨能進(jìn)一步將礦物細(xì)磨。這種攪拌磨與傳統(tǒng)的球磨機(jī)相比，研磨時(shí)間更短、能耗較小、細(xì)磨精度更高的特點(diǎn)，其超細(xì)磨的技術(shù)主要體現(xiàn)在使用小磨球。在攪拌磨采用高攪拌轉(zhuǎn)速和高介質(zhì)填充率的情況下，能保障小磨球能得到足夠的能量，從而將礦物充分細(xì)磨，大大提高了其效能的發(fā)揮。為探尋這項(xiàng)技術(shù)對(duì)分離性能的影響，以小磨球結(jié)構(gòu)參數(shù)為研究基礎(chǔ)，以操作參數(shù)及物性參數(shù)變化對(duì)分離性能的影響進(jìn)行研究。

對(duì)于固定入口尺寸的小磨球，流量的改變直接體現(xiàn)為入口流速的變化。以攪拌打磨速度為變量，分析小磨球變化對(duì)分離效率的影響規(guī)律。經(jīng)過(guò)探究后可知，入口攪拌速度增加，分離效率呈上升趨勢(shì)，入口速度越低，分離效率下降得越快。自磨排礦經(jīng)雙層篩，篩上礦物粒度的范圍控制在63.5～22mm，將其分為2個(gè)部分，另外，通過(guò)短頭圓錐破碎后再進(jìn)行自磨。

2 礦物加工技術(shù)對(duì)礦產(chǎn)材料力學(xué)性能的影響

傳統(tǒng)方法對(duì)礦產(chǎn)材料進(jìn)行選礦過(guò)程中，在經(jīng)過(guò)磨碎等加工過(guò)程中，浪費(fèi)了大量的原材料，其能量也消耗巨大，但產(chǎn)出卻很少，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]。但利用礦物加工技術(shù)不僅能提高其利用率，還可以提高對(duì)應(yīng)的產(chǎn)出礦物性能。

礦物合金材料中最常見(jiàn)一種材料是鋁硅系合金，其力學(xué)性能極易發(fā)生改變，主要原因是取決于合金中硅顆粒的形態(tài)和分布，硅的細(xì)化能夠起到彌散強(qiáng)化的作用，可以很大程度上提高合金材料的強(qiáng)度，而硅的均勻分布則能夠提高材料整體的韌性[3]。對(duì)于傳統(tǒng)的鑄造鋁硅合金來(lái)說(shuō)，熱處理主要是促進(jìn)合金元素固溶到金屬鋁基體中從而形成的彌散相，起到固溶強(qiáng)化的效果，通常這種方法能提高鋁硅合金的強(qiáng)度，但韌性會(huì)被降低。在進(jìn)行礦物熱處理加工前，在顯微鏡下其形態(tài)由兩部分組成，一部分晶粒細(xì)小，另一部分則受技術(shù)作用的熱影響組織較大。晶粒細(xì)小部分是由納米級(jí)球狀硅顆粒鑲嵌的鋁基體中構(gòu)成。

礦物加工技術(shù)的發(fā)展與新領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)探索密切相關(guān)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)新型研究領(lǐng)域，并將礦物將技術(shù)運(yùn)用在其中，會(huì)使得礦物加工工程的發(fā)展更加完善，更能為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來(lái)發(fā)展益處。礦物加工工程技術(shù)在保持現(xiàn)有發(fā)展的基礎(chǔ)上，需要繼續(xù)做好傳統(tǒng)礦物加工工程的研發(fā)，積極拓展技術(shù)研究和礦物工程應(yīng)用范圍，把礦物加工工程技術(shù)應(yīng)用與環(huán)保，加大礦物加工工程技術(shù)的發(fā)展速度。

3 礦物加工技術(shù)對(duì)礦物材料力學(xué)性能的影響

礦物加工技術(shù)針對(duì)礦物材料性能也可進(jìn)行改變，其主要組成部分是從礦中提取出的細(xì)集料，細(xì)集料在礦物混合料中主要包括天然砂、人工砂（包括機(jī)制砂）及石屑等天然砂石[4]。在經(jīng)過(guò)礦物加工技術(shù)獲得的細(xì)集料其幾何特征可以發(fā)生改變，改變幾何特征后的細(xì)集料對(duì)礦物材料的力學(xué)性能有著一定規(guī)律的影響。礦物混合材料的抗壓力強(qiáng)度以及抗壓回彈模量與細(xì)集料形態(tài)結(jié)構(gòu)之間具有良好的比例關(guān)系，隨著細(xì)集料形狀特性值的增加，礦物混合材料力學(xué)性能明顯的呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，當(dāng)其特性值由1.315升高至1.426時(shí)，礦物混合材料的抗壓力強(qiáng)度由3.1MPa降低至1.9MPa；抗壓回彈模量也相應(yīng)的由622MPa下降至497MPa，降低幅度達(dá)到了20%。根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析可知，隨著細(xì)集料顆粒形狀由立方體向扁平狀的變化，礦物混合材料力學(xué)性能逐漸降低[5]。因此，可通過(guò)礦物加工技術(shù)改變細(xì)集料的形狀，使其變成立方體，從而改善礦物材料的力學(xué)性能。同時(shí)礦物加工技術(shù)也可改變細(xì)集料的SP值，隨著細(xì)集料棱角性參數(shù)SP值的增加，礦物混合材料力學(xué)性能呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，當(dāng)棱角性參數(shù)SP值為0.548時(shí)，礦物混合材料的抗壓強(qiáng)度為1.8MPa，隨著棱角性參數(shù)SP值增加至0.872，抗壓強(qiáng)度升高為2.8MPa，提高幅度為52%；在此條件下，礦物混合材料的抗壓回彈模量也由386MPa升高至523MPa，升高幅度為30%。與此同時(shí)，研究結(jié)果顯示礦物混合材料力學(xué)性能與細(xì)集料棱角特性之間表現(xiàn)出良好的線性相關(guān)關(guān)系。由此可知，細(xì)集料的形態(tài)對(duì)礦物混合材料力學(xué)性能具有顯著影響，通過(guò)改變細(xì)集料的形態(tài)有利于力學(xué)性能的提高[5]。根據(jù)上述分析，礦物加工技術(shù)可以改變細(xì)集料的形狀及棱角性對(duì)礦物混合材料力學(xué)性能均產(chǎn)生顯著的影響，因此，礦物加工技術(shù)可以大大提高礦物材料的力學(xué)性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文僅針對(duì)礦物加工技術(shù)對(duì)材料的分離性能、及金屬與非金屬的力學(xué)性能進(jìn)行研究分析，但礦物加工技術(shù)的對(duì)應(yīng)性能還有很多，并且還有很多無(wú)法探究的性能需要在今后進(jìn)行更深入的研究。礦物加工技術(shù)的研究時(shí)間還不長(zhǎng)，其范圍還比較窄，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這方面的深入研究，從而增寬礦物加工技術(shù)的研究范圍和應(yīng)用范圍，積極尋找并發(fā)現(xiàn)礦物加工技術(shù)的新思路，新方法。礦物加工技術(shù)目前面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中一個(gè)最重要的方向是礦物資源的變化和配套技術(shù)的匹配問(wèn)題。現(xiàn)在的礦物加工技術(shù)應(yīng)同其他相關(guān)技術(shù)交互融合，以此催生出更多的新型學(xué)科和新的研究領(lǐng)域，因此尋求新技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展是礦物加工的一條有效途徑。