我国矿产资源综合利用和未来发展

　　矿产资源是重要的非可再生自然资源，是国家经济建设的基础物质材料，其保证程度关系到国民经济长期稳定发展和国家安全。我国是世界上矿产资源种类齐全、储量丰富的少数国家之一。据统计，我国90%以上的能源、80%以上的工业原料、70%以上的农业生产原料都来自矿产资源。目前，我国已发现171种矿产，探明有储量的矿产168种，已探明矿产资源储量潜在价值约占世界矿产总价值的14.6%，居世界第3位。然而，我国矿产资源人均占有量仅为世界人均占有量的58%，列世界第53位。面对国民经济建设的巨大需求，我国矿产资源储量严重不足。

　　经济快速增长下我国矿产危机日益明显，当前面临着严峻的形式，主要表现有：①我国矿产资源需求量很大，已探明的主要矿产严重短缺;②矿产资源利用率不高，矿业开发造成的环境问题突出。为了缓解我国矿产资源需求和环境压力，矿产资源高效清洁利用成为亟需发展的重要技术方向。本文首先分析了我国矿产资源利用的现状，指出了矿产资源高效清洁利用方面存在的问题;在此基础上，总结了近十年来我国主要矿产资源在高效清洁利用领域取得的进展及主要技术突破;最后，对矿产资源高效清洁利用的未来发展趋势进行了展望。

　　1、矿产资源利用现状

　　我国矿产资源具有以下主要特点：(1)矿产分布不均，优势矿产大多用量不大，而一些重要的支柱性矿产多为短缺或探明储量不足，需要长期依赖进口。(2)贫矿多富矿少：低品位难选冶矿石所占比例大，如我国铁矿石平均品位为33.5%，比世界平均水平低10个百分点以上;锰矿平均品位仅22%，离世界商品矿石工业标准(48%)相差甚远;铜矿平均品位仅为0.87%;磷矿平均品位仅16.95%;铝土矿几乎全为一水硬铝石，分离提取难度很大[9]。(3)大型-超大型矿床少、中-小型矿床多：以铜矿为例，我国迄今发现的铜矿产地900余处，其中大型-超大型矿床仅占3%，中型矿床占9%，小型矿床多达88%。(4)单一矿种的矿床少，共生矿床多，据统计我国的共、伴生矿床约占已探明矿产储量的80%。目前，全国开发利用的139个矿种，有87种矿产部分或全部来源于共、伴生矿产资源。鉴于我国矿产资源"三多三少"的特征，加上认识和技术上的不足，我国矿产资源高效清洁利用还存在着诸多问题。主要表现为：

　　(1)综合利用意识淡薄，综合利用率低

　　由于我国长期以来对矿业的粗放式经营，人们大多对我国的矿产资源情况缺乏正确的认识，综合利用意识淡薄，矿山企业盲目开采，对共(伴)生矿物及尾矿等不利用或利用率很低。据统计，我国矿产资源总回收率和共伴生矿产资源综合利用率平均分别仅为30%和35%左右，比国际先进水平低20%;我国金属矿山尾矿的综合利用率仅为约10%，远低于发达国家60%的利用率;我国工业"三废"综合利用率总体偏低，如粉煤灰的利用率为48%，煤矸石为38%。在品种上，我国综合利用的矿种只占可以开展综合利用矿种总数的50%左右。在数量上，我国铜铅锌矿产伴生金属冶炼回收率平均为50%左右，发达国家平均在80%以上，相差30个百分点左右。我国伴生金的选矿回收率只有50%~60%，伴生银的选矿回收率只有60%~70%，与国外先进水平相比均落后10%左右。

　　(2)综合利用技术欠缺，工艺水平相对落后

　　我国复杂多元素共生矿、低品位矿、难选冶矿所占比例较大，对这些矿的开发利用是我国矿产资源开发利用的重要任务，但我国适用于这些矿的综合利用技术较为欠缺。其问题主要表现在：传统矿产加工生产工艺复杂、流程长、成本高;采矿工艺技术水平落后、选冶过程的自动控制水平低、选冶流程不科学，使很多伴生、共生组分损失遗弃;大型高效低耗选冶加工装备缺乏，选矿厂装备水平不高;相对缺少对尾矿、废渣等固体废弃物进行综合回收利用的先进装备。这些因素都制约了矿产资源综合利用的效益和对贫、杂、微细复合矿石的综合利用。相比之下，我国对矿产资源的综合利用起步较晚，目前还有相当多的小矿，在采用最原始的采矿和选冶方法。我国金属矿产资源选冶加工仍以初级产品为主，产品缺乏国际竞争力。综合利用所得产品的科技含量和附加值较低，市场销路有限，也是制约资源综合利用的重要原因之一。

　　(3)乱采滥挖，资源浪费严重

　　小矿山各自为政，技术单一，难以形成规模采矿和规模经济，矿产资源的综合利用效率偏低。国家通过多年治理，对小型矿山进行关停并转，取得一定成效，但小型矿山数量仍然巨大。据统计，我国各种经济类型的矿山企业约16.5万个，其中大型矿山占全国矿山总数的0.33%，中型矿山占0.82%，小型矿山 16.3万座占到全国矿山总数的98.85%，而小型矿山的产量仅占全国总产量的40%～60%。由于这些小型矿山企业欠缺资金、技术、管理、人才等方面的扶持，因而采富弃贫、采易弃难的现象普遍，造成了矿产资源的严重浪费;且因其安全环保意识薄弱，使当地在社会经济繁荣的背后隐藏下祸根。更为严重的是，一些小企业无证违规经营，进行破坏性开采，导致了严重的资源浪费。

　　(4)生态环境破坏，环境问题严重

　　矿产资源的开采过程必然会造成地形、地貌的破坏，造成严重的地质灾害，如地表下沉、滑坡和泥石流等。矿石选冶过程造成大量废水有毒气体、粉尘及固体废弃物等"三废"的排放。许多矿山企业环保意识薄弱，没有完善的环保设施，有的企业甚至对排出的"三废"不进行处理就直接外排。"三废"的排放造成大面积的土壤、大气、地表水和地下水的污染，严重破坏生态环境，造成砷、氟、重金属等有害成分的累积，直接危害到矿区周边人民群众的身体健康。大量矿山废弃固体堆砌场和尾矿堆放库存在地质安全隐患。综上所述，我国矿产资源综合利用率低、能耗高，资源浪费和环境污染严重。提高矿产资源利用效率，走绿色矿业之路，是当前我国矿产资源开发利用中亟需解决的突出问题，同时也是缓解我国资源供需矛盾的巨大潜力所在。

　　2、矿产资源高效清洁利用进展

　　在国际上，矿产资源高效清洁利用的发展趋势主要是向高回收率、低成本、节能、环保和健康安全方向发展[19~21]。高回收率就是通过技术创新提高矿产资源的利用率，低成本就是要降低单位产量的成本，节能就是要降低单位产量的能量消耗，环保就是要降低单位产量的噪声、废气、废水、固体废气物的排放，健康安全就是要提高工人的安全、降低工人有害物质的暴露。经过十几年的努力，我国在矿产资源高效利用和清洁利用领域取得了显着的成绩。

　　2.1矿产资源高效利用

　　近十年来，我国矿产资源高效利用方面取得了长足进步，主要表现在新方法和先进的技术设备在实际生产中得到了广泛运用，极大地提高了矿产资源的回收率以及伴生矿产的综合利用，缓解了我国长期以来在矿产资源开采与经济效应之间存在的矛盾。

　　(1)黑色金属

　　黑色金属矿产主要包括铁、锰、铬、钒和钛等矿产，铁矿、锰矿和铬矿是钢产品必不可少的原料，但我国铁矿、锰矿、铬矿资源严重不足，对我国现有铁、锰、铬、钒、钛矿产资源的高效利用成为当前极为紧迫的任务，十年来我国黑色金属高效利用方面有了明显的进展。在铁矿资源方面，我国铁矿石富矿少、贫矿多，97%的铁矿为30%以下的低品位铁矿，国内尚存大量未被开发利用的难选铁矿。我国铁矿石"贫、细、杂、散"的特点促进了我国选矿新工艺、新技术、新设备研究工作的开展，一系列高效精选设备在选矿厂得到应用，一些选矿新工艺和技术达到了国际先进水平。我国铁矿选矿技术进展主要表现在以下方面：一是实施"提铁降硅"战略，关键技术包括反浮选技术及高效捕收剂的应用、新型磁选设备和细筛技术的应用以及浮选柱的应用;二是针对脉石为含铁硅酸盐的细粒嵌布磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿、鲕状赤铁矿等复杂难处理铁矿石，研究开发高效节能选矿新技术，如闪速磁化焙烧技术、强磁预选工艺、小粒级赤铁矿预选技术等;三是新型破碎磨矿、筛分、磁选和浮选设备的研制和应用。四是节能减排技术的应用，包括多碎少磨工艺、矿石预选技术、选矿废水循环利用、选矿厂自动化技术、尾矿输送技术、尾矿综合利用技术等。

　　在锰矿资源方面，我国锰矿品位低、杂质高、矿石结构复杂、嵌布粒度细，近80%的锰矿属于沉积或沉积变质型。近几年我国锰矿选矿技术进展表现在：一是选矿工艺流程优化，通过加强洗矿筛分、重选和粗粒强磁预选，优化流程结构，使锰矿石的可用品位提高3%~5%，特别适合于碳酸锰矿石。二是多种型号的强磁选机应用于生产，DPMS系列永磁强磁机、新型湿式永磁机、SHP型强磁选机和SLON型高梯度磁选机等磁选机的应用，提高了锰矿的回收率，为锰矿泥和尾矿中锰的回收提供了有效途经。三是含多金属锰矿石的综合回收取得进展，火法选锰的富锰渣法能高效地处理高铁、高磷等难选贫锰矿石，将铁与锰及其它有用元素实现有效分离。四是化学选锰法的发展，如采用选冶联合工艺富集氧化型银锰矿中的银，以氯化焙烧-氰化浸出工艺从某银锰矿中富集锰、回收银，采用铵盐法从低品位碳酸锰矿石中富集回收锰，微生物催化还原浸出氧化锰中锰等多种化学选锰方法。

　　在铬矿资源方面，铬在自然界中主要赋存于铬铁矿中。中国铬铁矿资源极度匮乏，95%依赖进口，铬铁矿的高效利用迫在眉睫。近年来，我国对低品位铬铁矿的利用进展主要表现在铬矿预热预还原铬矿球团新工艺的进展，辽阳市宏远冶金研究所于2008年，开发成功外热式竖炉生产预还原铬矿球团工艺，并进一步用于冶炼高碳铬铁试验。从铬渣中分离回收铬的技术中，浸取-微生物回收法以及氯化焙烧回收法取得了较好的效果。另外，多金属矿中伴生铬的利用也已引起关注，如甘肃金川铜镍尾矿中回收铬，采用氧化焙烧法制取铬盐，再电解出金属铬。

　　在钒、钛矿产资源方面，钒钛磁铁矿是我国有重大特色的多金属矿产资源，储量巨大，且为钒、钛、铁、铬等多金属共生，资源综合利用价值很高。钒钛磁铁矿的高效清洁利用进展主要有，亚熔盐法钒渣高效清洁提钒技术、酸浸法从黏土钒矿中提钒技术、钛铁矿精矿球团还原-锈蚀法制取富钒料、钒钛磁铁精矿还原-磨选法综合利用铁钒钛以及低品位钛的转底炉还原-氯化法提取等技术的发展。

　　(2)有色金属

　　我国有色金属矿产主要有钨矿、锡矿、钼矿、铜矿、铅矿、锌矿、镍矿、钴矿、铝土矿、镁矿、铋矿、汞矿和锑矿等，下面主要介绍我国钨矿、锡矿、钼矿、铜矿、铅锌矿、铝土矿等矿产高效利用方面的主要进展。

　　我国钨矿储量居世界首位，钨矿开采历史久远，特别是黑钨矿资源经过近百年的开采储量日渐减少、入选品位逐年下降。近年来，钨矿选矿技术的发展主要表现在：一是在粗粒级黑钨矿选矿中，高效节能的重选设备有所发展，如在重选工艺中推广应用了动筛跳汰机、螺旋溜槽;在细粒级黑钨矿选矿中，采用重选、浮选、磁选多种选矿方法相结合的联合工艺流程，使精矿品位和回收率逐渐得到了提高。二是随着黑钨矿的开采殆尽，难选白钨矿的利用受到重视，对于白钨矿较有效的浮选工艺进展迅速，开发了常温浮选法，研制了多种新型白钨浮选捕收剂和抑制剂，应用了浮选柱等新型浮选设备。三是对于复杂难选的多金属黑、白钨矿，黑、白钨混合浮选新工艺不断发展。

　　我国锡矿资源丰富，但锡矿石种类繁多、组成复杂、分选困难。近年来，对于锡矿的高效利用方向主要为：一是提高锡选矿回收率，以重选法为主的联合工艺如重选-浮选法、重选-浮选-重选法、浮选-重选法、浮选-重选-磁选等的联合分离工艺流程来实现多金属矿的综合利用。二是多种浮选选矿方法的发展，如载体浮选法、絮凝浮选法、浮选柱浮选法、双液分离浮选法、离子浮选法、沉淀浮选法、吸附胶体浮选法、加压加温浮选法、真空浮选法等。

　　我国钼矿储量丰富，主要以辉钼矿形式存在，另外还有铜钼矿和高氧化率钼矿等。辉钼矿资源相对易选，开发和利用其它钼资源越来越重要。我国钼矿选矿技术的发展主要表现在：辉钼矿新型浮选药剂和新型浮选柱的发展;低品位矿石废催化剂残渣中回收钼技术的发展;铜钼矿和高氧化率钼矿等难选钼矿中回收技术如预先脱泥、焙烧-浸出工艺、选冶联合工艺等技术的突破。

　　我国铜矿资源利用率较低，"贫、杂、氧、难"是我国当前铜矿资源利用情况的最好概括。据统计，目前我国尚有43%的铜储量暂难利用，提高资源综合利用率势在必行。近年来，我国铜矿选矿技术研究取得了重大进展，主要表现在：一是硫化铜矿石选矿中的铜锌硫化矿浮选分离技术的发展。二是氧化铜矿石选矿的进展，如氧化铜矿石浮选过程中预先脱泥-诱导浮选、分段硫化浮选等技术的突破，氧化铜矿石化学选矿中硫代硫酸盐浸出碱性氧化银、铜矿技术，浸出-置换-浮选工艺流程和浸出-沉淀-载体浮选方法的发展。三是铜矿浮选药剂中高效捕收剂、高效组合抑制剂及新型活化剂的研制。

　　我国铅锌矿资源丰富，目前国内的铅锌工业矿物主要有氧化铅锌矿及硫化铅锌矿。铅锌矿选矿技术的发展主要表现在：一是硫化铅锌矿浮选电化学及电位控制浮选技术的突破，等可浮浮选、分支串联浮选、异步混合浮选、部分快速优先浮选等新颖浮选流程结构的开发利用;二是氧化铅锌矿中，新型捕收剂、抑制剂和组合浮选药剂的研制，复杂难选氧化铅锌矿中浮选工艺流程的优化。

　　我国铝土矿约98%以上都是一水硬铝石型铝土矿。此类铝土矿的特点是高铝、高硅、低铁，矿物组成非常复杂，嵌布粒度较细，铝矿物和铝硅酸盐矿物的可磨性差异较大，不能满足拜耳法生产氧化铝的要求。我国科技工作者立足国内铝土矿资源性质特点，为了满足低能耗的拜耳法生产氧化铝的需要，对此类矿石进行了大量预脱硅处理研究，主要技术有：化学选矿脱硅法、洗矿分级方法、选择性絮凝方法、重选方法、载体浮选方法、联合方法、辐射选矿法、生物选矿脱硅方法等。

　　(3)贵金属

　　我国贵金属矿产资源主要有金矿、银矿、铂族金属(铂、钯、钌、铑、铱、锇)矿产资源等，下面主要介绍我国金矿资源及铂族金属矿产在高效利用方面的发展。我国采金历史悠久，2010年我国黄金产量达到340吨，已连续四年世界第一。随着易处理金矿的不断开采，可直接氰化提取的高品位金矿资源日趋枯竭，低品位、难处理金矿资源的开采利用势在必行，我国难处理金矿资源比较丰富，约占探明储量的1/4。金矿的高效利用的主要进展有：一是改建和强化传统的选矿方法，如改造破碎磨矿工艺流程来实现"多碎少磨"、研制新型浮选药剂等。二是难处理金矿石预处理方法如常规氧化焙烧、热压浸出和细菌氧化法的发展及浮选-氰化联合工艺流程的应用。

　　在铂族金属矿产方面，铂族元素始终是最紧缺的矿种之一，全国保有储量仅约310t、工业储量23t，不足世界储量的3%。我国铂族元素矿产高效利用发面进展主要是：催化剂和催化技术的发展，含铂族金属的失效催化剂种类和数量不断增加，加压氰化法的提出，火-湿法联合工艺技术的发展等。