摘要：金屬礦石選礦是採礦業中的一個關鍵步驟，旨在根據其物理或化學性質的差異將有價值的金屬礦物與礦石分開。

金屬礦石選礦是採礦業中的一個關鍵步驟，旨在根據其物理或化學性質的差異將有價值的金屬礦物與礦石分開。主流的選礦方法大致可以分為三類：物理選礦、化學選礦和生物選礦。在這三類中，物理選礦因其低成本和環保友好性而被廣泛應用。選擇合適的選礦過程在很大程度上取決於目標金屬礦物的特性，如磁性、密度和表面疏水性。

Metal Ore Beneficiation Methods

1. 物理選礦：廣泛工業應用的低成本解決方案

物理選礦在不改變礦物化學成分的情況下分離礦物，僅依賴物理特性之間的差異。這種方法適用於大多數容易釋放的金屬礦物。四種核心物理選礦方法是：

1.1 磁選：有針對性地回收磁性金屬

  • 核心原理：利用礦物磁性（例如，磁鐵礦會被磁場吸引，而礦石則不會）的差異來分離磁性礦物和非磁性礦物。
  • 適用金屬: 主要是鐵、錳和鉻礦物。對於磁鐵礦（強磁性）和黃鐵礦（弱磁性）特別有效。也用於去除如石英砂等非金屬礦物中的鐵雜質。
  • 關鍵應用:
    • 鐵礦 beneficiation 工廠使用粗選、精選和掃選的磁選流程，將鐵含量從25%-30%升級到超過65%。
    • 像赤鐵礦這樣的弱磁性礦物會先進行焙燒，以將其轉換為磁鐵礦，然後再進行磁選。
  • 優點：低污染、低能耗和大處理能力（單個磁選機每天可以處理數千噸）。
Magnetic Separation

1.2 漂浮：細小有價礦物的“疏水-親水”分離

  • 核心原理：添加化學品（捕集劑和起泡劑）使目標金屬礦物疏水。這些顆粒附著在氣泡上，隨著泡沫上升到表面，而非目標礦物則留在漿液中。
  • 適用金屬：銅、鉛、鋅、鉬、金、銀及其他細顆粒（通常
  • 關鍵應用:
    • 銅礦的標準處理過程：硫化銅浮選將礦石從 0.3%-0.5% Cu 升級到 20%-25% 銅精礦。
    • 輔助黃金回收：對於細散佈的黃金，浮選首先將其濃縮成硫化精礦，從而降低後續氰化過程中的氰化物消耗。
  • 優點：高分離效率（回收率超過 90%），對於複雜的多金屬礦石非常有效。
  • 缺點:使用化學試劑需要廢水處理。
Flotation Machine

1.3 重力分離：利用密度差異回收粗重金屬。

  • 核心原理：重力分離利用重金屬礦物和輕礦石之間的密度差異，在重力或離心場中進行分離。
  • 適用金屬：金（黃金礦床和脈金的粗顆粒）、鈷、錫、銻，特別是大於0.074毫米的粗顆粒。
  • 關鍵應用:
    • 黃金採礦使用淘金槽和振動桌來回收天然金，回收率超過95%。
    • 鎢和錫礦石在浮選之前經歷重力分離作為粗選步驟，以扔掉70%-80%的低密度礦石。
  • 優點：無化學污染，成本非常低，設備簡單。
  • 缺點:低回收率的細小顆粒和密度差異小的礦物。
Gravity Separation

1.4 靜電分離：利用導電性差異分離特殊金屬

  • 核心原理：根據礦物在高壓電場中的導電性差異（例如，金屬礦物導電，非金屬礦物不導電）來分離礦物，導電礦物被電極吸引或排斥。
  • 適用金屬：主要用於分離稀有金屬礦物，如鈦、鋯、鉭和鉭，或用於清潔精礦（例如，從銅/鉛/鋅精礦中去除非導電的礦石）。
  • 關鍵應用:
    • 鈦從沙灘砂中分離：在海南，靜電分離將導電的鈦鐵礦從非導電的石英中分開。
    • 濃縮物純化：從鎢濃縮物中去除導電性差的石英以提高其品位。
  • 優點：高分離精度，無化學試劑。
  • 缺點:對濕氣敏感（需要乾燥），產量低，通常僅用作清潔步驟。

2. 化學選礦：困難礦石的「最後手段」

當金屬礦物非常細散或與礦石緊密結合（例如，氧化礦、複雜硫化物）時，物理方法可能無法奏效。化學選礦通過分解礦物結構來提取金屬，主要通過：

2.1 垂直浸出：“溶解和萃取”金屬離子

  • 核心原理：礦石浸泡在化學溶劑（酸、鹼或鹽溶液）中，以將目標金屬溶解到孕育浸出液（PLS）中，然後從中回收金屬（例如，通過沉澱、合金或電解萃取）。
  • 適用金屬：金（氰化法）、銀、銅（堆浸）、鎳、鈷及其他耐火金屬。
  • 案例研究：
    • 金氰化法：細磨的礦石與氰化物溶液混合；金形成可溶性複合物，隨後用鋅粉沉澱（回收率 ≥90%）。氰化物污染必須嚴格控制。
    • 銅堆浸：低品位氧化銅礦（0.2%-0.5% Cu）用硫酸灌溉；銅溶解並通過溶劑萃取和電漿沉積（SX-EW）回收為陰極銅（對於低品位礦石具有成本效益）。

2.2 烘焙-浸出聯合工藝

  • 核心原理：礦石首先在高溫（300-1000°C）下烘焙以改變其結構（例如，氧化或還原烘焙），將難溶金屬轉換為可溶形式以便後續的浸出。
  • 適用金屬：難溶硫化物（例如，鎳硫化物、銅硫化物）和氧化礦（例如，赤鐵礦）。
  • 案例研究:
    • 鎳硫化物焙燒：將鎳硫化物轉化為鎳氧化物，這可以輕易地用硫酸浸出，避免硫化物的干擾。
    • 耐火金礦焙燒：對於含有砷和碳的礦石，焙燒去除砷（揮發為 As₂O₃）和碳（可吸附金），使後續的氰化處理得以進行。

2.3 微生物選礦：對低品位礦石的環境友好方法

  • 原理：某些微生物（例如：酸性鐵細菌和硫氧化細菌）通過代謝氧化金屬硫化物為可溶性金屬鹽，實現從溶液中回收金屬—這也被稱為生物浸出。
  • 適用金屬：低品位銅（例如，斑岩銅）、鈾、鎳、金（作為硫去除助劑）。
  • 優點：環保（無化學試劑污染）、低成本（微生物自我複製）、適合銅品位低達0.1%-0.3%的礦石。
  • 缺點:反應速率慢（數周至數月），對溫度和環境條件敏感。
  • 典型應用：全球約20%的銅產量來自生物浸出，例如智利的大型堆浸操作。

3.選擇選礦方法的三步核心邏輯

3.1 分析礦物特性：

  • 磁性礦物（例如，磁鐵礦） → 磁選
  • 具有疏水性差異的細粒（例如，銅礦） → 浮選
  • 高密度的粗粒（例如，砂金、鎢） → 重力分離

3.2 評估礦石品位和解放：

  • 高品位粗礦 → 重力或磁選（低成本）
  • 低品位細礦 → 浮選或浸出（高回收）
  • 極難選礦的礦石 → 化學或生物選礦

3.3 平衡經濟與環境成本:

  • 優先考慮物理選礦，以降低能源使用和最小污染
  • 僅在物理方法無效時才訴諸化學或生物方法，並權衡成本與環境影響