矿物加工工程的学科特点
1.磷矿表面性质与矿物结构及地质成因关系的研究。研究磷矿的晶体结构和表面性质与矿物可浮性和可加工性的关系具有重要的指导意义。
2.磷矿浮选药剂的发展。多年来，开发了各种捕收剂、抑制剂和絮凝剂，形成了一系列产品，其中一些已在工业上得到应用。如W-98和OT-1、OT-3已成功应用于海口、昆阳磷矿，达到国内领先水平。研制的捕收剂W-01被列为国家名优产品，获轻工业部科技进步三等奖。研制的WHL-1絮凝剂获1999年WISCO科技进步三等奖；省重点项目“磷矿常温浮选工艺研究”研制的增效剂C.Z.S可使放马山磷矿浮选温度由40℃降至25℃，每吨原矿可产生经济效益2.4元，达到国内领先水平。
3.镁硅低品位磷矿富集技术及工艺开发。自1986以来，开发和完善了适用于处理湖北、湖南、江西、云南等省低品位镁硅质磷矿的正-反浮选流程、药剂及配套技术。先后进行了放马山、保康、大峪口、王集、海口、西溪等磷矿的连续扩大选矿试验。大峪口矿正-反浮选扩大试验和王集磷矿正-反浮选工业试验达到国际先进水平。“云南中品位硅钙质磷矿浮选产业化研究”项目被认定为国内领先水平，是云南省“省校合作项目”中资金支持力度最大的项目。
4.浮选的电化学研究。研究了硫化矿浮选的电化学机理和浮选废水的电化学处理方法。省科委重点科研项目“电化学法强化磷浮选的研究”，经鉴定达到“国内领先水平”。
该学科方向在化学矿石浮选的理论与实践结合、技术创新和学术水平等方面处于全国领先地位。我们研究的很多项目都是科研院所或研究所解决不了的或者投产后很长一段时间都解决不了的问题。比如云南海口、昆阳等大型磷矿就极难分离。虽然研究了很多年，甚至连八五国家重点课题都没有解决。经过几年的研究，该学科已经形成了从工艺到药剂的一整套技术。测试结果不仅完全超过了省科技厅要求的技术经济指标，而且充分发挥了我院环境工程的优势，实现了无废水排放，为云南支柱产业的发展做出了重要贡献，受到了云南省科技厅的高度评价。在中国矿业协会选矿年会上也引起了极大的关注。天然矿物的性能优化和功能化是提高资源附加值的重要途径。本研究以磷矿和粘土矿物为研究对象，重点研究:(1)材料的成分与环境性能的关系；(2)复合矿物材料及成型技术(3)功能矿物材料制备过程中的数学模型。
在研究磷矿结晶化学的基础上，通过各种改性技术制备新型环保材料。湖北省科技厅重点项目“改性磷矿复合吸附剂的研究”达到国内领先水平，省教育厅“改性磷矿处理含铬废水”、意大利科学基金会合作项目“磷灰石中挥发性组分的演化研究”、省教育厅重大项目“纳米磷灰石晶须有机杂化物的制备及其在复合材料中的应用”均已基本完成制备和鉴定。在粘土-磷灰石复合材料的开发中，通过交联、界面活化等新技术制备了膨润土、累托石等高性能粘土矿物及其与磷灰石的复合材料，可用作填料、催化材料和抗菌材料。如湖北省基金项目“部分粘土矿物复合吸附剂对磷和苯酚的吸附机理研究”、“累托石抗菌材料的制备及其抗菌机理研究”、省科技厅重点项目“用累托石处理工业废水的研究”、省教育厅杰出中青年人才项目“累托石抗菌剂的研制”、武汉市重大项目“纳米矿物环境材料及废水处理工艺的研制”、“赤峰天然沸石活化工艺及固体干燥剂的研制”。矿物环境材料处理工业废水的研发已在荆门进行试点，并取得良好进展。发表论文6篇，被SCI、EI、ISTP等收录。在美国和中国共获得65，438+0项发明专利授权，公布了65，438+0项发明专利申请。
在上述矿物材料的制备过程中，超细和超细粉碎技术尤为关键。由于颗粒粒度小，比表面积大，破碎能耗高，研究破碎过程中变量之间的关系及其数学模型，对于揭示破碎机理，提高破碎效率，降低能耗，实现最优控制具有重要的理论意义和使用价值。完成了国家自然科学基金项目“螺旋分级机数学模型及其在磨矿回路控制中的应用”和化工部科技发展计划项目“球磨机钢球磨损机理及磨损规律的研究”，首次提出了分级过程中“混合指数”和“极限混合数”的基本概念，建立了“粒度特征判据和评价函数”模型，提出了“钢球磨损复合叠加原理”的学术新观点，并得到发展。研究成果获湖北省优秀学术论文一、二等奖，被ei、SCI收录。
这个研究方向形成了自己的特色。在污水处理方面，率先将自主研发的矿物材料应用于工业试验，处于国内领先水平。研制的粘土矿物复合吸附剂可处理多种高、低浓度工业废水，处理成本低于其他方法，运行中可回收废水中的有用成分，促进了粘土矿物在环境工程中的应用，在省内独树一帜。与意大利、美国合作的磷矿基础和应用研究处于世界先进水平。改性磷矿在重金属废水回收处理方面的专利为国内首创，工业应用研究已经开始。该研究方向培养的人才必将为功能矿岩材料基础理论研究的发展和材料制备的产业转型做出应有的贡献。该研究方向具有多学科理论和技术综合的特点。矿物生物技术是综合利用生物和化学工程的原理和方法处理贫杂矿石和提取贵金属的先进技术。矿物生物技术具有成本低、污染小、处理对象广(不限于特定矿物)的特点。是未来选矿发展的重要方向之一。该技术的研发对开发利用我国大量闲置贫矿、难选矿石和废弃尾矿资源，控制环境污染具有重要意义。
1及低品位铜矿生物浸出工艺研究。中国的铜资源主要是贫乏和分散在偏远地区；用传统的选矿-冶炼工艺处理这些铜矿是不经济的。然而，长期以来，中国铜的自给率严重不足。微生物堆浸或原地浸出工艺具有成本低、污染小、操作简单等优点。美国和其他国家的大规模生产实践证明，贫矿的堆浸-萃取-电积是一个有利可图的行业。开展该技术在我国地理环境下的应用研究，对利用我国贫矿资源，缓解我国铜自给不足的压力具有重要的现实意义。我院与中南大学联合开展的“863”项目“德兴铜矿微生物堆浸技术研究”取得了重要成果。
2.难处理金矿的微生物处理技术研究。含砷含碳微细浸染型包裹金矿床是世界公认的难选冶金矿床。传统的处理方法有氧化焙烧、加压氧化和化学氧化。这些方法都存在投资大、生产成本高、污染环境等问题。生物处理技术可以避免这些缺点。广西、云南、贵州、四川、陕西等地有大量的难选冶金矿山。生物处理技术将为此类矿产资源的开发利用提供新的途径。我院完成的湖北省重点项目“崇阳难浸金矿微生物氧化处理研究”，研究了细菌作用下黄铜矿-黄铁矿-毒砂体系中金的浸出机理、矿物界面性质的变化规律以及浮选分离的工艺参数。金的浸出率从46%提高到90%，被省科委鉴定为“国内领先水平”。
3.低品位磷资源的微生物处理技术研究。我国磷资源丰富，但资源条件较差，且大多品位低，不能直接用于肥料生产。如果靠传统选矿来富集，成本会大大增加，这长期困扰着我国磷肥行业的发展。云南、贵州、湖北等地存在大量低磷尾矿。利用解磷微生物将这些磷资源直接转化为可被植物吸收的磷肥。实验表明，用低品位磷矿制取的磷肥能明显提高油菜和小麦的产量，为这些低品位磷资源的利用找到了一条新途径。
微生物技术在环境保护中的应用研究。生物技术在环境保护方面具有巨大的应用潜力。本研究是矿物生物技术在环境保护中的延伸，重点研究无机金属和重金属污染的治理。传统的处理方法是中和沉淀法，但存在化学耗量大、金属沉淀不完全、沉淀金属回收困难、易造成二次污染(废水)等缺陷。微生物或微生物产物如生物絮凝剂可以吸附或溶解金属，从而达到污染控制和恢复的综合效果。生物技术还可以处理各种生活污水、工业废水、固体废物、土壤有机污染物等。好氧堆肥、厌氧发酵等方法可以达到综合治理、变废为宝、循环利用能源的目的。19世纪，矿物加工不是一门独立的学科，而是采矿学科体系的组成部分。1900前后，冶金学从大采矿业中分离出来，发展成为一门独立的学科。20世纪30年代以后，矿物加工开始发展成为一门相对独立的工程学科。
早期的选矿(选矿)是以选矿厂的工艺流程为基础的。它本质上是矿物加工的反映，由矿物加工方法(主要是浮选、重选和磁选)、辅助工艺(如破碎、脱水和干燥)和矿物加工的检测与控制三大板块组成。因此，它具有很强的实用性。
20世纪下半叶，随着世界经济的快速发展和科学技术的突飞猛进，以及高品位、易选矿产资源的逐渐枯竭，资源与材料工程领域的各个学科都发生了明显的调整和变化。比如冶金学科逐渐向材料学科靠拢，转型。矿物加工也不例外。它经历了一系列的变化和调整，面临着巨大的挑战。
开采的矿石品位越来越低。以铜矿资源为例，美国精选铜矿平均品位在20世纪30-40年代！1.5，现在只有0.6%，个别选矿厂处理的铜矿石品位低至0.35%。据估算，如果品位从1.5%降至0.5%，选矿能耗将增加1倍，品位的进一步降低将使选矿能耗增加更多。问题不仅在于此，还在于矿石品位降低带来的环境问题。因为冶炼1吨金属铜需要约200吨品位为0.5%的铜矿石，每生产1吨铜矿石，就产生约3吨废石。随着入选矿石的贫化，尾矿和废渣的处理将成为制约选矿发展的重要因素。使用的各种化学品也对环境有影响。可以说，目前的选矿正处于“经济—能耗—环境”三角的严重约束之下。
难熔矿物的比例越来越大。随着富矿易选资源的枯竭，一系列成因关系复杂、嵌布粒度细的矿产资源的开发利用被提上日程。这个问题在中国尤为突出。我国大量弱磁性铁矿石由于铁矿物和伴生矿物的嵌布粒度过细(小于10 ~ 30 μm)，不能有效分选。不止是铁矿石，像锰矿、磷矿、铝矾土等等，都有同样的问题。虽然分离技术是一个尚未解决的问题，但细磨、脱水等操作还远未成熟。面对严峻现实的挑战，矿物加工学科已经并仍在经历着巨大的调整和变化。正在开发和应用一些适合处理贫矿和复杂矿石以及直接提取有用成分的技术。
矿物加工的对象已经从天然矿物资源扩展到二次资源的回收和利用。各种固体废弃物，如尾矿、矿渣、粉煤灰、金属垃圾、电器垃圾、塑料垃圾、生活垃圾甚至土壤，都成为了处理对象，经过处理后转化为有用的资源。随着现代科学技术的发展和人类社会的进步，需要开发超纯、超细、矿物原料和具有特殊功能的材料。再如具有特殊功能的石墨、云母、石棉等非金属矿物材料，超细金属氧化物粉末等，都需要有不同于传统方法的特殊加工方法，即所谓的深加工技术。事实上，在20世纪下半叶，矿物加工技术已经逐渐突破了机械加工的传统框架。在金属和非金属矿物的加工中，化学提取以及生物工程和机械加工的结合早已司空见惯。非金属矿物的深加工进一步拓展和丰富了这种结合，如高岭土的超声波剥离，石墨和各种层状矿物的有机无机插层。
传统的加工工艺也发生了巨大的变化。超细粉碎和分级被越来越多地使用；界面分离法已成为微细颗粒分离的主要手段；压滤机和离心力场在超细颗粒的固液分离中起着重要作用；各种成型和封装工艺变得越来越重要。矿物加工的任务也发生了变化。矿物加工不仅为各种工业提供了合格的矿物原料，如精矿粉或中间产品，而且扩展到可以生产超纯、超细和特殊功能矿物材料和矿物制品的行业。矿物材料工程主要是以非金属矿石或矿物为原料(或基材)，通过一定的深加工技术，制成具有一定理化性能的无机非金属材料和器件的技术。矿物材料具有很大的应用前景，如沸石太阳能电池板、蒙脱石干燥剂、叶蜡石高温绝热体和导弹密封材料、钠云母密封材料、羟基磷灰石骨材料、硅藻土牙模材料、火山耐火材料等。
进一步分析现代矿物加工工程所包含的单元操作，一般包括:破碎、分级、超细颗粒制备、物理分选(重力分选、磁电分选、光电分选、放射性分选等。)、浮选等界面分离、化学处理和生物提取、固液分离(沉淀、过滤、干燥)、成型造粒、气固分离-除尘、物料储运等等。这些单元操作与冶金工程、化学工程、环境工程、无机材料工程和粒子技术进行比较，如下表所示(略)。通过对表格的分析可以发现，表格中所列的单位运算在六个不同的工程领域中具有很强的普适性，很多单位运算是相同的。由此可以看出这六个不同的工程领域之间的有机联系和交叉关系。因此，可以说，无论从矿物加工工程的历史发展来看，还是从上述学科之间的相似性来看，矿物加工都与冶金、化学、无机材料、环境工程和颗粒技术有着密切的联系。特别是粒子的各种机械加工和处理单元操作，几乎成为这些工程技术学科的相同组成部分。这些工程领域之间的主要区别只是对象不同。难怪在欧洲，这些一般的物理处理单元操作往往被称为机械加工技术或流程加工技术。在化学工程中，机械加工技术和分离技术的并置几乎包括了除化学反应工程以外的所有化学单元操作。在矿物加工工程中，机械加工技术和矿物分离技术的并列几乎涵盖了所有的单元操作。因此，从现代学科体系来看，可以认为矿物加工工程由分离富集技术、机械加工技术和过程模拟控制三大板块组成。回顾历史不难看出，矿物加工最初只是采矿或冶金工程的一个分支，后来由于矿产资源开发利用规模的迅速扩大而从采矿或冶金工程中分离出来，发展成为一门独立的学科。现在人们已经观察到了学科之间的回归和交融。随着矿产资源的枯竭及其关系的精细化，化学处理变得越来越重要，而化学处理是提取冶金的主要工艺过程。目前，提取冶金和化学工程也在相互交融。现代矿物加工中包含的矿物材料工程或技术也与无机材料工程非常接近。选矿废渣、尾矿和废水的处理本身就是环境工程的主要内容，更何况选矿技术(包括分离技术)在环境治理工程中已经找到了自己的位置。科学技术发展到今天，学科之间的界限趋于交叉，市场经济的发展要求科技界具有更大的适应性和应变能力。在这种情况下，只要不受研究对象的限制，矿物加工技术可以有效地应用于上述各种工程技术领域。反过来，吸收和利用其他工程技术领域的实践经验和研究成果，可以促进选矿的进一步发展。可以说，矿物加工技术的跨学科研究和应用是摆在我们面前的最大挑战和机遇。