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1、南非选矿评述于开平叶贤东刘殿文郭杰张文彬( 昆明理工大学6 5 0 0 9 3 1 )南非是个矿业大国，资源丰富，是非洲具有较高工业发展水平的国家，其采矿业是国家国民经济的主要支柱。1 9 9 8 年南非发表了矿物与采矿政策白皮书。其核心是：奉劝矿业集团释放矿物开采权归国家所有，否则可能导致矿山的关闭或禁止开采。其他的一些建议还包括鼓励黑人拥有矿山企业等。总之，白皮书试图阻止南非的矿业集团垄断矿物开采权，以利于国家国民经济的发展【I 】1 。2 0 0 0 年1 1 月7日，南非总统姆贝基讲到：“为了保证整个南非采矿朝阳工业的发展，必须重新认识和对待矿物的开采权问题”。南非的矿物与能源部随后将
2、1 9 9 8 年的矿业政策作了改变，提出了一个新的矿业发展法案，但依旧保持矿物开采权的私人拥有，由此带来了种种的问题，如大的矿业主可以囤积开采权，使投资者的兴趣减少。正如姆贝基所言：“这种政策的最大一个问题是目前采矿工业中私人拥有的矿产权全部掌握在白人手中”。但新法案提出了一个新的政策要么利用它，要么失去它，迫使采矿公司必须在六个月内制定出一个综合的长期发展规划，这就保证了 矿山不被闲置。这个法案将在2 0 0 1 年被审议决定 “。尽管如此，南非在矿物加工工程领域的研究并没有停滞，仍旧保持了较高的发展水平，特别是计算机技术和智能控制技术在辅助选矿方面得到了大量的应用，本文将其同碎磨和浮选相
3、结合来加以阐述，不再单独评述。1 碎磨工艺研究及模拟控制“节能降耗”一直是南非近几年来在碎磨工艺上研究的重点。采用计算机技术和人工智能技术来模拟现场的碎磨工艺流程，经分析研究，寻求最佳参数，从而控制和指导现场生产，是南非进行碎磨研究的一大途径。B r a d f o r dL 等介绍了N k o m a t i 矿山碎磨流程的选择，其设计标准为建立一个日处理1 万t 的主选厂。根据该矿体的地质学、矿物学以及采矿冶金的需要，通过碎磨流程方案比较，最终决定第一段采用白磨机，第二段采用砾磨L 3 j 。N e s b i tP Q 等对H i c o m一3 1 4 俯垂式磨机的载荷行为进行了研究。
4、H i e o m 俯垂式磨机是一种新型的高强度的挤压式磨矿机，它采用了离心磨机的概念，但又不同于离心磨机，它的磨腔几何参数和运动方式是三维的。其载荷行为研究结果表明，存在于离心磨机的二维载荷行为并不能充分地描述H i c o m 俯垂式磨机的载荷行为。其载荷行为是独特的，被认为是磨腔内壁俯垂加速运动对载荷产生作用的结果【4 1 。v a nN i e r o pM A 等对工业磨机中载荷过早产生的离心运动、波动以及轴向混合作用进行了研究。通过探针测试，得到了大量对工业磨机有参考价值的数据- 5 J 。L o v e r d a yB K 等对自磨机进行了优化磨矿研究。用直径0 61 7 1
5、的磨机进行分批试验来模拟自磨机的第一段和第二段磨矿，第一段磨矿采用砾石做物料，通过对砾石的破碎和回收，证明磨机的处理能力可得到进一步提高；通过降低鹅卵石的粒度到2 0 - - 2 8m m ，证明第二段磨矿的磨矿效率得到实际的提高，并将第二段磨矿产品中大于4t o n i 的碎料返回到第一段磨机中。众所周知，尽管小的磨矿介质效率高，但小钢球成本高、消耗快的特点使它无法真正工业应用，但从第一段磨矿出来的大量砾石可以再用，试验证明当砾磨达到临界转速的9 2 时，磨矿效率得到了进一步和出乎预料的提高 6 。K i n g r a a nS W 等研究了微波辐射在处理P a l a b o m 矿露天
6、矿石中的作用，发现用微波处理过的矿石，可在很大程度上降低邦德功指数，并且邦德功指数的降低与微波能量的大小和使用方法有关 “。V a nD y kW 等介绍了智能控制技术、模糊逻辑模型在L e e u d o o m 金矿半自磨( S A G ) 磨矿循环的成功应用。基于智能技术的一种控制软件G 血【dA C E 发展成为一种操作平台，其应用表明是成功可行的，它具有如下优点：( 1 ) 使磨矿循环更加稳定；( 2 ) 能量效率高；( 3 ) 可降低磨矿介质的用量旧J 。C r i d aR C 等进行了机械视觉方法应用于粒度分布的在线检测的研究。运用人类可视系统以及多元图象处理技术对矿山的粒度进
7、行检测分析，从而指导生产【9 J 。P e t e r s o nK R P 等阐述了机器视觉系统在测定给矿颗粒粒度分布中的应用发展情况，并探索了一种构造方法，借助于矿石构造变化范围的运算方法来评价不同类型的矿石的颗粒粒度，用来预测工业磨机的给矿粒度u 。M o y sM H 等用离散单元法模型模拟了磨机中磨矿介质的运动方式。该模型能够较为准确地预测磨机的能量消耗，而且还可预测磨机中载荷的具体行为，增进了人们对磨机载荷行为的了解【1 “。2 浮选工艺研究及控制浮选作为矿物加工的一种主要方法，历来受到人们的关注，浮选的研究也是选矿领域的一大热点。南非对浮选的研究主要表现在：解决选厂实践中出现的实
8、际工艺问题；进行浮选溶液化学研究和电化学研究来指导现场生产；将高度发达的计算机技术和智能控制技术应用到浮选的控制过程中。F e n gD 等对M e r e n s k y 矿脉的干磨和湿磨物料进行了浮选对比研究。电子扫描和原子力显微镜的观察结果表明，千磨物料颗粒表面相对粗糙，而湿磨物料则比较光滑。因此在磨机中被活化的干磨物料表面可以加速颗粒的溶解，加速药剂在矿物颗粒表面的吸附，从而使矿物颗粒能更稳定地黏附在气泡上，使浮选速度加快。浮选前对干磨物料的高强度调浆就是通过矿浆中的高剪切力场来净化颗粒表面。因此可以改进浮选，而且将于磨物料和湿磨物料混合，无论是浮选速度，还是最终的浮选回收率以及品位，
9、都有很大的提高L l “。另外作者还研究了脉动喷射空气对复杂硫化矿的浮选行为的影响。由于脉动喷射空气加强了颗粒与气泡的接触，致使颗粒附着气泡的速度加快，而且气泡的脉动减少了对亲水性颗粒的诱捕。图象分析表明，具有强烈不规则脉动的泡沫更稳定，气泡更小，且承载力更大。在正常的脉动强度下，可提高精矿品位1 2 ，回收率2 3 1 3 。D e g l o nD A 等对南非铂精选厂浮选机的动力学和充气等情况做了评价。动力学分析表明，同其它选厂相比，尽管浮选槽内的搅拌叶轮运转速度大致相同，动力消耗却比较大；充气情况分析表明，在不同的浮选机内，气流速度并不一致，气泡的尺寸变化范围大；根据这些情况，作者提出
10、了工艺调整办法 1 4 。D a l v i eM A 等进行了聚合物抑制剂和无机分散剂对滑石表面特性影响的研究。结果表明，C M C( F F 3 0 ) 和N a H M P 两种药剂可以增加滑石表面的负电荷，而药剂I M P 4 可以降低滑石表面的负电荷，对滑石浮选的抑制。电位应控制在一3 0 证v L ”J 。S h o r t r i d g eP G 等对滑石浮选的抑制剂进行了研究。试验表明，在K N C h 浓度为1 0 - 3 M 时，多元糖类抑制剂的用量、分子量以及其化学吸附都会对滑石的 抑制产生影响。用四种删C ( 羧甲基纤维素) 试剂和三种处理过的瓜耳木胶试剂对滑石分别进
11、行抑制试验，结果显示，瓜耳木胶的添加抑制了滑石的可浮性，这种抑制随其分子量的增大而增加，但其用量的增大并不能进一步加强对滑石的抑制；在1 0 - 3 MK N O s 存在的情况下，C M C 试剂并不能对滑石产生有效抑制，随着其用量的增大，对滑石的抑制只产生 微弱的增大。A l d r i c hC 等研究了高强度搅拌矿浆对硫化矿浮选行为的影响。对M e r e n s k y 矿山的 复杂硫化矿矿浆进行超声波预处理，由于声动空气引起泡沫中的气泡振动，延长了矿物颗粒与气泡的破裂时间，因此浮选回收率明显提高，抑制剂的用量明显减少。该方法可以改进细颗粒的浮选 1 7 。F e r r e i r
12、 aJ P 等介绍了一种用于选厂给矿可浮性研究的新模型，该模型不仅能够模拟浮选过程，获得一整套完整数据，而且对中间产品也是如此。同时还介绍了一个新的泡沫模型，在选厂条件下模拟颗粒从泡沫到矿浆中的整个过程。并已在C o m i n ( x ) sR e dD o g 铅精选厂应用，同其它的模型相比，使用该模型，选厂的回收率提高了2 【l 。S i g hA 等介绍了一种控制浮选工艺流程的软件F 1 0 a 协t a r 。该控制系统能够保证浮选过程稳定地进行，可控制浮选过程中出现的波动，该软件已经在南非很多选厂得到应用。同其它控制系统相比，运用该软件进行 操作，平均回收率可提高1 。缩短启动时间
13、6 7 1 9 】。M a t h eZ T 等进行了泡沫对工业连续浮选机回收率影响的模型研究。该模型基于这样的假设：矿物颗粒被刮出前，在泡沫中的滞留时间越长，回收率越低。而泡沫的滞留时间可以通过从泡沫产生到被刮出这一过程的速度来粗略地估计。该模型对复杂矿物的浮选应用还有待进一步研究 2 0J 。W r i g h tB A 等介绍了机器可视系统在浮选过程中的应用，通过具有图象处理功能的专家系统，可以进行在线检测，用于指导现场生产幢“。由于浮选过程的控制大多依赖于现场操作人员的个人经验或由他们探索出来的一些方法和规则，这些主观因素和人为因素往往会对选厂的选别效率指标产生很大的影响。A l d
14、r i c hC 等通过归纳演绎方法得到一种控制浮选过程的模糊规则系统，将对选厂操作人员的浮选过程控制、维护选别过程的稳定起到重要的作用【。3 化学选矿及生物选矿化学选矿和生物选矿在对付难处理矿石时。有着工艺简单、操作方便、选矿效率高等优点，因此成3 1 5 为很多选矿工作者的研究热点。南非在这一领域的研究，并不局限于得到所需的有价矿物，而是将其同环境保护等众多因素联系起来，克服本身所具有的环境污染问题，为真正地实现“绿色”矿业而作种种探索。F e n gD 等介绍了一种处理南非金矿中排放的酸性矿山水的新工艺。该工艺首先用石灰和硫化物对重金属进行沉淀，然后采用离子交换法进行处理。该工艺的新颖之
15、处在于采用了一种磁性材料介质，能有效地分离水和固体，同时又采用氧化处理对水进行杀苗消毒，从而保证了酸性水能切实可行地在可接受的成本下变为纯净水。试验表明，用石灰和磁性的硫化物介质可有效地使重金属得到氧化和沉淀；阳离子交换树脂I R1 2 0 能降低酸性水的盐度达到可以接受的低含量，低成本的含硫的酸用于阳离子树脂的再生；阴离子交换树脂A 3 7 5 可降低酸性水中的阴离子到可接受的低含量，N a O H 和熟石灰石灰饱和可用于阴离子树脂的再生；该过程还可产生一种高 等级的石膏副产品，用于抵消该工艺的部分成本J 。A l d r i c hC 等采用生物吸附浮选法对污水排放物中的重金属进行了处理。
16、由于泥炭上的苔藓资源丰富，成本低，对金属具有很高的吸附能力，因此采用泥炭藓对重金属进行吸附研究。试验结果表明，泥炭藓对重金属的吸附能力P b N i C u C d ，其吸附行为类似于凝胶型强酸树脂对阴离子的吸附。随后，浮选用于固一液分离，而取代了常规的过滤手段，采用浮选柱来实现固一液分离，该方法相当有效。这种生物吸附浮选法已在除去污水排放物中的重金属离子中得到实际的应用J 。P e t e r s o nF w对从工业矿山排出的污水进行了研究，采取了钙矾石沉淀法的处理工艺( 见图1 ) 。污水中含有大量的重金属、钙、硫酸盐以及溶解了的固体，随着溶液p H值的升高，沉淀处理过程的速度加快，在p H 为儿9 5 时，达到平衡J 。图1 钙矾石处理酸性矿山水的工艺流程B r e d e n h a n nR 等使用N a N 0 3 和F d + 作氧化L o r e n z e nL 等介绍了新一代的浸出反应器在选剂，研究了镍精矿在含硫酸溶液中的氧化浸出行为。矿过程中的应用。该反
