文章编号:1005-7854(2007)02-0095-05

国外工艺矿物学进展及发展趋势

贾木欣(北京矿冶研究总院,北京100044)摘　要:

本文简要地评述了国外工艺矿物学的进展,阐述了工艺矿物学在矿产资源开发中的重要性。

关键词:

工艺矿物学;选矿;采矿;地质勘探

中图分类号:TD91 文献标识码:

A

PROCESSMINERALOGYPROGRESSANDITSTRENDABROADJIAMu-xin(BeijingGeneralResearchInstituteofMiningandMetallurgy,Beijing100044,China)

ABSTRACT:Processmineralogyprogressabroadisbrieflyreviewed,whichemphasizedthatprocessmineralogyplaysanimportantroleinthemineralresourcedevelopment1KEYWORDS:processmineralogy;mineralprocessing;mining;geologyexploring

收稿日期:2006-12-31

作者简介:贾木欣,矿产资源研究所研究员。

1　国外工艺矿物学进展 在过去的10～15年时间里,国外的工艺矿物学发展迅速,工艺矿物学在矿产资源开发过程中的重要作用得到了广泛的认可,其进展主要在以下几个方面。111　工艺矿物学研究手段的突破工艺矿物学参数自动测定系统的出现,是工艺矿物学领域所取得的最大成就,这些系统的出现不仅使解离度测定实现了自动化,而且也使解离度测定的准确性和可重现性得到了很大提高。许多研究机构都在这一领域开展着工作。QEMSCAN(QuantitativeEvaluationofMineralsbyScanningElectronicMicroscopy)由澳大利亚联邦

科学与工业研究组织CSIRO(CommonwealthScien2tificandIndustrialResearchOrganization)开发研制,已商业化。此系统由ZeissEVO50扫描电镜、1～4

个具有轻元素GreshamX-光探头的能谱、其自主研制的扫描电镜控制系统及能谱控制系统和软件组成。此系统即可以通过X-射线能谱鉴定矿物,又

可以通过背散射电子图像区分物相,其工作模式为利用背散射电子图像区分矿石颗粒和作为背景的环氧树脂,然后按确定模式布置X-射线能谱分析点:

(1)能谱分析点遍布每个矿石颗粒的整个区域;(2)能谱分析点沿着一条与矿石颗粒相交的截线上布置;(3)利用背散射电子图像,选定灰度阈值,能谱分析点在确定灰度范围的矿石颗粒上布置。矿物的自动识别由其软件中的SIP(SpeciesIdentificationPro2gram)完成,它为一个矿物能谱成分数据库,能谱分析数据与此数据库中数据比对,从而识别矿物。QEMCSCAN可以自动测定解离度、矿物嵌布粒度、矿物相对含量、矿物嵌布复杂程度(association)等工艺矿物学参数,同时可编程得到研究者感兴趣的参数〔1〕。MLA(MineralLiberationAnalyser)是由澳大

利亚昆士兰大学JuliusKruttschnitt矿物研究中心(JuliusKruttschnittMineralResearchCenter,JKM2

RC)的顾鹰博士开发研制的〔2〕,它由FEI扫描电镜、1～2个EDAX能谱和软件组成,MLA充分利用了扫描电镜和能谱自身的功能,不再附加其它硬件。MLA充分优化了扫描电镜的工作距离,从而使MLA所得到的背散射电子图像非常清晰,这为充分

第16卷　第2期2007年6月 矿 冶MINING&METALLURGY Vol.16,No.2June　2007利用背散射电子图像区分矿物相提供了基础,MLA在充分利用背散射电子图像区分矿物相的基础上可有多种布置X-射线能谱分析点的模式(十种以上),可供灵活选择,由于充分利用了背散射电子图像,这使MLA能够增加其单个X-射线能谱分析的收谱时间,增加矿物鉴定的准确性。MLA注重解决X-射线能谱分析可能在两矿物之间产生虚假“边界相”。MLA把需要人为处理的步骤放在自动测试之前,测试时MLA得到的数据可传输至工作站,由工作站自动处理和形成报告,效率很高。目前MLA可在其它型号电镜及能谱基础上开发,已商业化。加拿大矿产能源技术中心(CANMET)的采矿和矿物科学实验室(MMSL)开发了一种基于电子探针分析的图像分析系统,此系统应用一种电子束稳定器在每一秒不断检测和调节电子束束流,这使此系统的电子束束流非常稳定,CANMET-MMSL应用此系统开展背散射电子图像处理分析工作,90%的情况都可应用此系统完成工作。CANMET-MMSL认为它比其它同类系统测定速度都要快几倍,每小时可测定30000个颗粒。挪威的Norwegian理工大学(NorwegianUni2versityofScienceandTechnology)开发出一种基于自动扫描电子显微镜的颗粒结构测定系统(ParticleTextureAnalysis,PTA)〔3〕,它也是基于扫描电镜和标准半定量能谱系统,通过被散射电子图像分析和X-射线能谱分析测定工艺矿物学参数,它的软件系统是以OxfordInca软件为基础的。此系统还能够结合电子背散衍射EBSD(ElectronBackScatterDiffraction)开展工作,以获得比X-射线能谱分析更好的空间分辨率。除此之外,许多研究机构都发展了自动扫描电镜系统,如丹麦和格陵兰地质调查所(GeologicalSurveyofDenmarkandGreenland)的计算机控制扫描电镜(ComputerControlledScanningElectronMi2croscope,CCSEM),澳大利亚的CSIRO的自动地质扫描电镜AutoGeoSEM等。可以预见以背散射电子图像分析和X-射线能谱结合的自动扫描电镜系统将成为以后工艺矿物学研究的重要手段,在未来的一段时间内,工艺矿物学研究机构都将会试图开发自己的工艺矿物学参数测定系统,这些系统将充分利用当今先进的扫描电镜、能谱以及图像处理技术,只需开发出自己的适用于工艺矿物学研究的软件就达到实用目的了。图像分析和处理技术又将成为工艺矿物学的热点。MLA

引领了这一趋势。以QEMSCAN和MLA为代表的自动系统出现后,人们把应用这样系统开展的工艺矿物学研究称为“定量矿物学”(QuantitativeMin2eralogy)和“自动矿物学”(AutomatedMineralogy)。

112　工艺矿物学研究的对象和目的改变在我国工艺矿物学受重视的程度还不够,选厂对其流程的检查、监控及选矿产品的质量控制基本上停留在以化学分析为主要的手段上,而对其流程产品的解离度考察工作并不多,对其流程的可优化程度并不十分清楚,选厂所追求的是流程的稳定,而不是流程的最佳,流程优化的工作力度不够大。工艺矿物学检测能力在一般的甚至是较大型的中国矿山企业还不存在,而各科研机构中也只有北京矿冶研究总院保持了完整的工艺矿物学人员建制和仪器设备。工艺矿物学研究工作大部分都为配合选矿工艺研究工作,以要进行选矿加工的矿石为研究对象,

为选矿流程提供矿物组成、含量、目标矿物嵌布粒度、磨矿产品解离度、伴生元素赋存状态等信息。目标矿物嵌布粒度测定在工艺矿物学研究工作中占的比例很大,粒度测定在块状矿石的抛光片上进行。在国外,工艺矿物学研究目的并非主要是为选矿工艺研究服务,而主要转向为矿山企业的生产流程服务,工作重点为通过对矿山企业生产流程的工艺矿物学考察,找到矿山生产流程的缺陷,为其生产流程的优化提供努力方向。不久的将来,对我国矿山生产流程的全流程考察和流程优化将成为工艺矿物学研究的主要领域。在国外由于工艺矿物学研究而促使选厂流程优化的实例较多,如加拿大SGSLakefieldResearch的工作。加拿大Ontario的LacdesIles选厂选铂族矿物,选厂总是要通过两段磨矿两段浮选才能达到好的回收率,工艺矿物学流程考察表明,铂族矿物粒度分布呈“双峰”模式,70%的相对粗粒部分浮游速度快,30%的细粒部分浮游速度慢,前者易解离,后者解离难,流程考察结果表明一段选矿粗精矿再磨再选实无必要,选厂流程的这部分被去除。美国的I2daho州的LuckyFriday矿山由于矿石性质改变得不到合格铅精矿,且锌回收率降低,全流程工艺矿物学考察表明,铅精矿中存在解离的闪锌矿、黄铁矿及脉石颗粒,通过增加选厂精选次数使这一问题得到解决。Tanco的LacduBonnet选厂选钽铌,选厂为细磨、浮选重选联合流程,选厂为流程优化而先对流程开展工艺矿物学考察,结果表明,钽铌以细粒解离

・69・矿 冶态丢失于尾矿,通过重选后再增加浮选使流程得到优化。Agnico-Eagle的LaRonde选厂矿石含金、银、铜、铅和锌,金回收率不高,全流程考察表明,45%的金以解离的金颗粒表面形成一层硫化物层的形式存在,浮游性差,通过增加一种新捕收剂加强对这部分解离金颗粒的捕收,使金回收率提高8%。SGS的工艺矿物学考察多是用QEMSCAN开展的。除研究机构外,国外矿山企业对其流程优化和监控也非常重视,如澳大利亚的Mt1Isa1矿,几乎每个月都会把它的选矿产品送到有关单位做工艺矿物学检测,这使它能够随时掌握其选矿流程的运行状况。113　工艺矿物学研究领域不断拓展国外工艺矿物学研究已渗透到矿业领域的各个方面。澳大利亚昆士兰大学的JKMRC目前承担着这样的课题:GeometallurgicalMappingandMineMod2elling(地质选冶绘图及采矿模拟),此项目目的在于开发一种实用方法来定量化整合地质特征、矿石工艺矿物学特性与矿物加工行为及采矿优化,它的实现方法为通过MLA以及QEMSCAN这样的自动系统对矿山岩芯进行广泛系统地测试,获得丰富的工艺矿物学数据,开展小型试验,结合工艺矿物学数据得到矿石的可加工性质,建立三维模型统计获得矿体每个部位的矿石可加工性质,应用此模型进行采矿模拟,实现采矿最优化。此项目直接面向工业需求,由BarrickGoldofAustraliaLimited,BHPBillitonLimited,CVRD,ErnestHenryMiningPtyLtd1,Inco,NewcrestMiningLimited,NewmontExplorationPtyLtd1,RioTintoLimited,WMCResourcesLtd1,XstrateCopper及ZinifexLimited等几家大公司资助,将在这些公司所属6个矿山现场开展,目前已在OlympicDam开始工作。加拿大FalconbridgeLimited在Sudbury有一新铜镍资源,FalconbridgeTechnologyCentre通过对系统取有代表性的三种不同类型的钻探岩芯样品做浮选试验和利用QEMSCAN的工艺矿物学的研究,对此新资源做了评价〔4〕。结果表明三种矿石可浮性不同,但它们的磨矿产品解离度几乎相同,表明可浮性差异是由矿石中蛇纹石、滑石和辉石含量不同造成的。这使人们在此资源开发之前就掌握了此资源的可加工利用性质。这表明在地质勘探工作中加入详细的工艺矿物学研究,这将为资源开发决策提供重要的矿石可利用信息。以后的地质勘探报告有加入详细的工艺矿物学研究的趋势。有人报导了利用工艺矿物学来评价未开采矿石破碎后预先富集的可能性〔5〕,矿石为Sudbury的铜