Ⅰ 金屬礦選礦奧秘
（一）金屬礦選礦的定義和作用
1. 選礦的定義
選礦最早英文解釋為 Ore Dressing 或 concentration，意為礦砂富集。隨後延伸為礦物處理，英文為 Mining process。選礦是利用礦物的物理或物理化學性質的差異，藉助不同的方法，將有用礦物同無用的礦物分離，把彼此共生的有用礦物盡可能地分離並富集成單獨的精礦，排除對冶煉和其他加工過程有害的雜質，提高選礦產品質量，以便充分、合理、經濟地利用礦產資源。
礦物是在地殼中由於自然的物理化學作用或生物作用，所產生的自然元素和自然化合物，如金、銀、銅自然元素和黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦等自然化合物。這些元素和化合物都具有各自的物理性質，如粒度、形狀、顏色、光澤、密度、摩擦系數、磁性、電性、放射性、表面潤澤性等。這些不同的性質為不同的選礦方法提供了依據。
2. 選礦的作用和地位
自然界蘊藏著極為豐富的礦產資源，但是，除少數富礦外，一般含量都較低，例如，很多鐵礦石含鐵只有 20% ～ 30%；銅礦石含銅小於 0.5%；鉛鋅礦石中鉛鋅的含量不到 5%；鈹礦石氧化鈹含量 0.05% ～ 0.1%；這樣的礦石直接冶煉，極不經濟。一般冶金對礦石的含量有一定的要求。如鐵礦石中鐵的含量最低不得低於 45%；銅礦石中銅的含量最低不得低於 12%；鉛礦石含鉛不得小於 40%；鋅礦石含鋅不得小於 40%；氧化鈹含量不小於 8%。對於采出的礦石在冶煉之前，必須經過選礦工藝，將主要金屬礦物的含量富集幾倍、幾十倍乃至幾百倍才能滿足冶煉工藝的要求。
通過選礦手段為冶煉提供「精料」，減少冶煉的物料量，大大提高冶煉的技術經濟指標。在選礦過程中大量的廢石被排除，減少了爐渣量，一方面減低了能耗和運輸成本，同時也相應地減少了爐渣中的金屬損失，大大提高了冶煉的回收率。例如，某冶煉廠將銅精礦含量提高1%，每年可多生產粗銅 3135 噸。某鋼鐵公司將鐵精礦含量提高 1%，高爐產量提高 3%，節約石灰石 4% ～ 5%，減少爐渣量 1.8% ～ 2%。目前，我國要求入爐煉鐵磁鐵礦含量在 65% 以上，如果鐵精礦含量達到 68% 以上，可以採用直接煉鋼工藝，大大簡化冶煉流程。
通過選礦工藝可以減少冶煉原料中有害元素的危害，變害為利，綜合回收金屬資源。自然界中的礦石往往含有多種有用成分，例如，銅、鉛、鋅等有色金屬往往共生或伴生於同一礦床中；鐵既有單一的鐵礦石，也有鐵－銅、鐵－硫、釩鈦鐵等共生礦石。冶煉過程中對原料中某些共生或伴生元素，常視為有害雜質。例如，煉銅的原料中含鉛、鋅都是有害雜質。煉鐵原料中含硫、磷和其他有色金屬都是有害雜質。但將這些雜質提前通過選礦工藝使之分離分別富集後，分別冶煉，變害為利。
選礦也作為冶煉工藝中的一個中間過程，用以提高選礦、冶煉兩個過程的總的經濟效益。例如，我國金川有色金屬公司冶煉廠現有的生產流程是將銅－鎳混合精礦用電爐熔煉、轉爐吹煉，產出高冰鎳，經過緩冷後，再破碎磨礦，用浮選法獲得銅精礦和鎳精礦，用磁選法得到合金。此後分別進入各自的冶煉系統提取金屬銅、鎳和貴金屬。
選礦是冶金、化工、建材等工業部門必不可少的極其重要的一環。選礦技術的發展，大大地擴大了工業原料基地，從而使那些以前因為含量太低或成分復雜而不能在工業上應用的礦床變為有用礦床。
近 20 多年來，隨著科學技術和經濟建設的迅猛發展，對礦產資源的需求量與日俱增，礦產資源開采量翻番，周期愈來愈短，易采易選的單一富礦愈來愈少，嵌布粒度細、含量低的難選復合礦的開采量愈來愈大，對礦產品加工過程中的環保要求越來越高，這些都需要通過選礦方法來解決。
（二）選礦方法
目前常用的選礦方法主要是重選、浮選、磁選和化學選礦，除此而外還有電選、手選、摩擦選礦、光電選礦、放射性選礦等。
重力選礦法（簡稱重選法），是根據礦物密度的不同及其在介質（水、空氣、重介質等）中具有不同的沉降速度進行分選的方法，它是最古老的選礦方法之一。這種方法廣泛地用來選別煤炭和含有鉑、金、鎢、錫和其他重礦物的礦石。此外，鐵礦石、錳礦石、稀有金屬礦、非金屬礦石和部分有色金屬礦石也採用重選法進行選別。
磁選法，是根據礦物磁性的不同進行分選的方法。它主要用於選別鐵、錳等黑色金屬礦石和稀有金屬礦石。
浮游選礦法（簡稱浮選法），是根據礦物表面的潤澤性的不同選別礦物的方法。目前浮選法應用最廣，特別是細粒浸染的礦石用浮選處理效果顯著。對於復雜多金屬礦石的選別，浮選是一種最有效的方法。目前絕大多數礦石可用以浮選處理。
化學選礦法，基於礦物和礦物組分的化學性質的差異，利用化學方法改變礦物組成，然後用相應方法使目的組分富集的礦物加工工藝。目前對氧化礦石的處理效果非常明顯，也是處理和綜合利用某些貧、細、雜等難選礦物原料的有效方法之一。
電選法是根據礦物電性的不同來進行選別的方法。
手選法是根據礦物顏色和光澤的不同來進行選別的方法。
摩擦選礦是利用礦物摩擦系數的不同對礦物進行分選的方法。
光電選礦是利用礦物反射光的強度不同對礦物進行選別的方法。
放射性選礦是利用礦物天然放射性和人工放射性對礦物進行選別的方法。
（三）選礦過程
選礦是一個連續的生產過程，由一系列連續的作業組成，表示礦石連續加工的工藝過程為選礦流程（圖 6-7-1）。
礦石的選礦處理過程是在選礦廠里完成的。不論選礦廠的規模大小（小型選礦廠日處理礦石幾十噸，大型選礦廠日處理礦石量高達數萬噸以上），但無論工藝和設備如何復雜，一般都包括以下三個最基本的過程。
選別前的准備作業：一般礦石從采礦場采出的礦石粒度都較大，必須經過破碎和篩分、磨礦和分級，使有用礦物與脈石礦物、有用礦物和無用礦物相互分開，達到單體分離，為分選作業做准備。
選別作業：這是選礦過程的關鍵作業（或稱主要作業）。它根據礦物的不同性質，採用不同的選礦方法，如浮選法、重選法、磁選法等。
產品處理作業：主要包括精礦脫水和尾礦處理。精礦脫水通常由濃縮、過濾、乾燥三個階段。尾礦處理通常包括尾礦的儲存和尾水的處理。
有的選礦廠根據礦石性質和分選的需要，在選別作業前設有洗礦，預先拋廢（即在較粗的粒度下預先排出部分廢石）以及物理、化學與處理等作業，如赤鐵礦的磁化焙燒等作業。
（四）選礦技術在新疆礦山的應用
新疆應用選礦技術可追溯到古代，新疆遠在 300 年前，就在阿勒泰地區的各個溝內利用金的比重大的特點，從砂金礦中淘洗黃金，這就是重選的原始雛形。但在新中國成立之前，新疆沒有一處正規的選礦廠，全部都是採用人工方式手選和手淘，生產效率極其低下，只能處理比重差異大的砂金礦和根據顏色手選出黑鎢礦石。新中國成立後，新疆選礦技術有了長足的發展，磁選技術應用於鐵礦山，建成年處理量 80 萬噸的磁選礦廠，為鋼鐵企業源源不斷地提供高品質的鐵精粉。浮選應用於鉛鋅礦、銅礦、金礦山，先後建成康蘇鉛鋅浮選廠、喀拉通克銅鎳浮選廠、哈圖金浮選廠，促進了新疆有色工業的發展。重選、浮選、磁選聯合應用於新疆北部阿勒泰地區的稀有金屬礦山，為我國的早期國防建設提供所需的鋰、鈹、鉭、鈮等稀有金屬資源。以下是目前新疆有代表性的選礦廠。
1. 康蘇鉛鋅礦浮選選礦
康蘇選礦廠是新疆第一座機械化浮選廠，1952 年開始建設，設計生產規模為 250 噸 / 天，1954 年投產。該廠是由前蘇聯專家參與指導設計，前期主要處理喀什地區沙里塔什的方鉛礦和閃鋅礦，1961 年開始處理烏拉根氧化鉛鋅礦。康蘇選廠最初投產時是採用蘇聯專家設計的流程和葯劑制度進行浮選，流程採用氰化物與硫酸鋅作閃鋅礦的抑制劑，以蘇打作 pH 值的調整劑，並添加了少量的硫化鈉，先將鉛礦優先選出後，再將鋅礦物選出。該流程沒有取得較好的經濟指標，大部分鋅礦被選入鉛礦中。後經過我國工程技術人員和蘇聯專家的共同努力，通過幾次技術改造，在流程結構、技術參數和生產管理方面進行了革新和改進。將部分德國式的浮選機改成蘇式米哈諾貝爾 5A 型充氣量大的浮選機，使用水力旋流器代替螺旋分級機，加強了中礦再磨循環，增加了鋅浮選時間，降低了鋅浮選礦漿鹼度，合理控制破碎粒度和鋼球裝入量，嚴格貫徹技術操作規程和技術監督等。使各項指標得到穩步提升。鉛回收率由 71% 提高到 90%，鋅回收率由 13% 提高到 41%。其選礦過程見浮選工藝流程圖（圖 6-7-2）。
2. 新疆八一鋼鐵廠磁鐵礦浮磁選選礦
新疆八一鋼鐵選礦廠與 1989 年建成投產，設計處理能力 80 萬噸 / 年，主要處理高硫磁鐵礦。礦石由礦山采出後，運輸到選礦廠，經兩段破碎一段磨礦後，礦漿進入浮－磁車間。選出的硫精礦銷售給新疆境內的一些化工廠和化肥廠，鐵精礦供球團和燒結使用。尾礦濃縮後，用水隔泵輸送至尾礦庫，晾乾後，一部分尾礦成為八鋼西域水泥廠鐵質校正原料。新疆八一鋼鐵廠簡易浮磁選流程圖（圖 6-7-3）。
3. 喀拉通克銅鎳礦浮選選礦
喀拉通克銅鎳礦是新疆目前最大的銅鎳生產基地，礦山一期為采冶工程，采出的特富礦塊直接進入鼓風爐熔煉成低冰鎳，經過幾年的生產特富礦逐漸減少。為充分利用礦產資源，在二期改造中增加了優先選銅－銅鎳混合浮選流程，日處理原礦 900 噸。
原礦直接從采場經豎井提升到地面，通過窄軌輸送到原礦倉，原礦倉的礦石經群式給礦機由帶式輸送機送至中間礦倉。經重型板式給礦機、帶式輸送機，送至自磨機進行一段磨礦，自磨機排礦給入與格子型球磨機閉路的高堰式雙螺旋分級機，進行二段磨礦。分級機溢流經砂泵揚送至水力旋流器組，沉砂進入溢流型球磨機，進行三段磨礦。三段磨礦排礦與第一段分級機溢流合並，經砂泵揚送至水力旋流器組，旋流器溢流，自流至浮選廠房的攪拌槽內，加葯後進入浮選作業。浮選採用一次銅粗選、一次銅精選、一次銅鎳混合浮選、一次銅鎳掃選、三次銅鎳精選後，產出銅精礦、銅鎳混合精礦及尾礦，分別送至脫水廠房。銅精礦、銅鎳混合精礦經過脫水後分別送入銅精礦庫和冶煉廠原料庫。浮選尾礦經高效濃密機脫水後，用泵楊送至采礦場充填站，作為充填原料。喀拉通克銅鎳礦簡易選礦工藝流程圖（圖 6-7-4）。
4. 哈圖金礦黃金混汞－浮選選礦
哈圖礦區是新疆歷史上有名的岩金產地，早在乾隆年間便開始開采，主要採用的是土法重選法，將采出的礦石用石碾盤碾碎，通過淘洗的方式回收比重大的金粒。大量的細粒金無法回收，致使許多淘金者虧損嚴重。
1983 年通過實驗研究，採用「混汞—浮選—部分焙燒—氰化」原則流程，哈圖金礦建成了新疆第一座現代化的黃金生產礦山，日處理原礦 100 噸。1986 年通過改進破碎工藝，新增 100噸 / 天的浮選系列，使產能達到 200 噸 / 天。哈圖金礦混汞浮選工藝流程圖（圖 6-7-5）。
原礦由采廠通過汽車運到原礦倉，原礦經顎式破碎機進行一段破碎。然後經皮帶運輸機運到圓錐破碎機，進行二段破碎，破碎產物由圓振篩篩分後，篩下礦物由皮帶運輸機運送至粉礦倉，篩上礦物返回圓錐破碎機再破。粉礦倉經給礦機和皮帶運輸機送至格子型球磨機磨礦，磨礦排礦自流通過鍍銀銅板（俗稱汞板）進行混汞作業，通過汞板表面粘附的汞吸附單體解理的金形成汞齊，通過冶煉回收部分黃金。礦漿經過汞板後，用高堰式螺旋分級機，溢流進入浮選工序，返砂進進球磨機再磨。浮選工序採用一次粗選、二次精選、一次掃選流程選的浮選精礦。浮選精礦脫水經過焙燒和進行冶煉後得到金錠。
5. 可可托海稀有金屬礦重、磁、電、浮聯合選礦
可可托海以稀有金屬儲量大，品種多而聞名中外，鈹、鋰、鉭、鈮、銣、銫、鋯、鉿等稀有元素在許多礦帶中均有不同程度的分布，因而造成選礦上的復雜性和難度。經過眾多科技人員 10 年的反復實驗研究，從手工選礦到單一礦物選礦，發展到最後的重磁浮聯合選礦流程，分選出鋰精礦、鈹精礦、鉭鈮精礦，突破了這一世界性的難題，促進了選礦技術的發展。
1953 年，為回收綠柱石和鉭鈮礦在 3 號礦脈小露天采場東北角興建了一座簡易的 30 多米長的手選室，改善了手選的工作環境，提高了手選效率。另外，在 3 號礦脈尾礦堆附近興建了一座 20 噸 / 天的鉭鈮重選廠，採用對滾一段破碎、跳汰、搖床、溜槽進行重選，回收鉭鈮礦。1957 ～ 1958 年，將手選篩下的尾礦，用方螺旋溜槽進行富集，每年產出的氧化鋰精礦接近萬噸。
1963 年，經過科研院所近 8 年的選礦試驗研究，國家計委批准興建 750 噸 / 天的選礦廠（「87 － 66」機選廠），綜合回收氧化鋰精礦和鉭鈮精礦。選廠工藝流程簡圖（圖 6-7-6）。根據可可托海礦偉晶岩體分帶開採的特點，選廠採用三個系統分別對三種類型的礦石（鈹礦石、鋰礦石、鉭鈮礦石）進行選別。採用聯合選礦工藝綜合回收礦石中的鋰鈹鉭鈮礦物。先利用重力－磁法－電磁法選礦，從原礦含量只有 0.01% ～ 0.02%（Ta、Nb）203 的原礦中選50% 以上的（Ta、Nb）203 鉭鈮精礦，然後再用鹼法鋰鈹優先浮選，先優浮選鋰再選鈹。
可可托海選廠選礦工藝的不斷改進，使我國花崗偉晶岩類型礦石鉭鈮、鋰、鈹選礦工藝水平進入世界先進行列。
6. 選礦技術的發展方向
在美國、日本、德國等國家對選礦技術的發展非常重視，選礦技術的不斷進步和創新，促進了這些國家礦產資源的開發和綜合利用沿著可持續發展前進。在礦物破碎方面，美國開發了超細破碎機和高壓對滾機，降低球磨機入料粒度，節約了能耗。同時在不斷研究外加電場、激光、微波、超聲、高頻振盪、等離子處理礦石對粉碎和分選的影響。在礦物分選方面，已經或正在研究「多種力場」聯合作用的分選設備，並不斷將高技術引入選礦工程領域，諸如將超導技術引入磁選，將電化學及控制技術引入浮選等。在選礦工藝管理方面，將工藝控制過程自動化，並將「專家控制系統」與「最優適時控制」相結合，以達到根據礦石性質調整控制參數，使選礦生產工藝流程全過程保持最優狀態。
隨著我國國民經濟的快速發展，對礦產品的需求不斷增長，選礦工程技術面臨著資源、能源、環保的嚴峻挑戰和發展機遇。以下領域的技術創新將是今後選礦的發展方向：
一是研究開發高效預選設備、高效節能新型破磨與分選設備，以及固液分離新技術與裝備，大幅降低礦石粉碎固液分離過程的能耗。
二是研究各種能場的預處理對礦物粉碎和分選行為的影響，開發利用各種能場的預處理新技術，以提高粉碎效率和分選精度。
三是開發高效分選設備、高效無毒的新葯劑，重點研究復合力場分選新設備、多種成分協同作用的新葯劑以及處理貧、細、雜難選礦石的綜合分選新技術。
四是在礦石綜合利用研究中，開發無廢清潔生產工藝，加強尾礦中礦物的分離、提純、超細、改性的研究，使其成為市場需要的產品，為礦物物料工業向礦物材料工業轉化提供新技術。
五是大力將高新技術引進礦物工程領域，重點開展礦物生物工程技術、電化學調控和電化學控制浮選技術、過程自動尋優技術，以及高技術改造傳統產業的新技術研究。
六是加強基礎理論與選礦技術相結合的新型邊緣科學研究，促進新一代礦物分選理論體系的形成，並派生出新興的礦物分選和提純技術。