根据矿物资源和应用特点,金属矿物加工技术、非金属矿物加工技术和矿物人工合成加工技术存在较大差别。
矿物加工技术
根据矿物岩石的组成结构和物理化学等性质及其差异性,采用物理和/或化学等方法将矿物岩石进行分离、提纯、超细、改性、改型等,并对尾矿进行有效处理,实现矿物资源综合利用的技术的总称。
- 英文名称
- minerals processing technology
- 所属学科
- 材料科学与工程
金属矿物加工技术特点是侧重提取矿石中的有用金属元素,其加工技术包括两大部分。第一部分是选矿,即采用矿石粒度调整(破碎、磨矿、筛分、分级等)、有用矿物和脉石矿物分离(重选、浮选、磁选、电选、拣选、脱水等)和尾矿处理,将矿石加工为符合冶炼要求的矿物原料。第二部分是冶金,因为冶金矿物原料中除含有所要提取的金属外,还含有大量杂质组分。冶金过程就是通过特定的加工工艺将有用组分与废弃组分分离的过程。常用的冶金工艺有火法冶金和湿法冶金两种。前者是在高温条件下进行的熔炼过程,主要用于钢铁、铜、铅等的冶炼;后者则是在溶液中进行的冶炼过程,主要用于稀有金属、贵金属以及铝、镍、钴的提取、富集和分离。常见加工工艺有钢(铁)的火法冶炼、铜的火法冶炼、铜的湿法冶炼、拜耳法生产氧化铝等。
与金属矿物一般通过冶炼提取金属元素不同,非金属矿物应用主要是利用矿物固有或经加工后形成的物理和化学性质。非金属矿物加工技术很多,以下简要介绍矿物精细提纯、超细粉碎、矿物改性与矿物改型。
①矿物精细提纯。矿物提纯包括粗加工和精细提纯。粗加工主要是指选矿,包括重选、浮选、磁选等。但是,对一些用于特殊目的的非金属矿物,单采用常规选矿方法则难于达到应用要求。这就需要采用精细提纯方法,主要有碱熔法提纯、酸溶/浸法提纯、氧化-还原漂白、高温卤化法提纯和高温煅烧法提纯等,以进一步除去非金属矿物中的杂质。
②超细粉碎。一般是指生产粒度范围为0.1~10微米物料粉体的粉碎加工工艺。在超细粉碎过程中,一般需要同时设置精细分级设备,以便及时分级合格微细粒,避免微细颗粒的再聚集。超细粉碎工艺的关键是超细粉碎设备,包括各种机械式和气流式粉碎机等。
③矿物改性。通过改善或改变矿物固有物理和/或化学性质,以适应矿物的应用目的和要求的加工技术,如改变非金属矿物的离子交换种类和可交换性,改变矿物结构内部孔隙率和膨胀性,改善矿物的吸附性、表面亲油/亲水性及其他各种物理化学性能的技术等。非金属矿物改性方法主要包括化学处理改性、表面处理改性、高温和热处理改性等。
④矿物改型。是矿物改性的一种特殊情况,它是通过改变矿物的晶体结构、晶体化学,以改善或改变矿物的物理和/或化学性质,以适应矿物的应用目的和要求的加工技术。如钙(Ca)基膨润土的阳离子交换性能等诸种物理化学性能都不如钠(Na)基膨润土,而自然界中Ca基膨润土相对较多,Na基膨润土矿物资源又相对较少,因此,可通过Ca基膨润土的Na化工艺,将Ca基膨润土改变为Na基膨润土。
尽管人类使用的矿物原料大部分取自自然界,但有些天然矿物的物理化学性质、使用性能以及产出量无法有效满足人类活动的需求,因此,人工合成矿物应运而生。特别是随着科学技术的发展,使人工合成矿物技术不断提高。如人工合成金刚石、人工合成云母、人工合成莫来石、人工合成刚玉、人工合成堇青石、人工合成宝石等。矿物人工合成方法主要有水热法、焰熔法、熔融合成法、助溶剂法、提拉法、区域熔炼法、高温超高压法等。