選鉱プロセスの定義と分類の全容：鉱石から精鉱に至る科学と技術

要旨： 選鉱は、天然鉱石と工業材料の間の重要な架け橋である。本稿の目的は、選鉱プロセスの定義、核心的な目的とその体系的な分類を深く分析し、鉱物資源の「粗さを取り除き、本質を抽出する」科学と技術の包括的な理解をもたらすことです。

まず、鉱物加工技術の定義と核心目標

1.鉱物加工技術とは？

選鉱プロセスは、鉱物処理とも呼ばれ、物理的または化学的原理に基づく一連の工学的プロセスである。基本的な目的は、採掘された鉱石中の不要な鉱脈（廃石）から有用な鉱物を分離し、貴重な元素の回収率を最大限に高めながら、高品位の精鉱製品に濃縮することです。

これは、洗練された「鉱物のお見合い」と考えることができる。特定の方法を用いて、「恋仲」（性質が似ている）である有用鉱物を引き合わせる一方、「場違い」である黄銅鉱の不純物を引き合わせるのである。場違い」な黄銅鉱不純物は、会合から誘い出される。

2.選鉱プロセスの中核目的

• 濃縮・精製： 有用鉱物の含有量（品位）を大幅に高め、後続の製錬や工業用途の要件を満たす。例えば、採掘された銅鉱石の品位は0.5％と低いかもしれないが、選鉱後は銅精鉱の品位を20％以上に高めることができる。

• 分離・回収： 資源の包括的な利用を達成するために、複数の有用鉱物を互いに分離し、それぞれを濃縮・回収すること。例えば、鉛鉱石と亜鉛鉱石から鉛精鉱と亜鉛精鉱を分離する。

• 有害不純物の除去： リン、硫黄、ヒ素など、その後の製錬や製品の性能に有害な元素を除去する。

• 後工程の準備： 製錬や化学工業などの川下産業に、均一な仕様と安定した組成の原料を提供する。

• 経済と環境保護： 前廃棄物を通じて、輸送と製錬の量を大幅に削減し、全体的なコストを削減し、同時に、尾鉱の集中処理、環境への影響を低減します。

第二に、鉱物処理プロセスの体系的な分類

選鉱プロセスは様々な方法で分類され、コアは分離が基づいている原理に応じて分割されます。主に物理的選鉱方法、物理的および化学的選鉱方法および化学的選鉱方法3つのシステムに分けることができる。

(A）物理的選鉱方法

主に鉱物の物理的性質（密度、磁性、電気特性、色など）の違いに基づいて選別し、プロセスは鉱物の化学組成を変更しません。

1.重力分離法

• 分離の原則: 選別のための異なった運動状態（異なった沈降速度のような）の流動（水か空気）媒体の密度の相違間の異なったミネラル粒子の使用。

• 主なプロセスと装置

  • ジギング: 成層の密度に従って鉱物床が、緩むように可変的な速度の水流の縦の上昇で。

  • 振動テーブルの選鉱: 密度および粒度バンドに従う鉱物の結合された効果のベッドの非対称的な往復運動、水および機械振動の使用。

  • 螺線形シュートの選鉱: 分離を達成するミネラル粒子の別の密度の共同作用の下の遠心力、重力、摩擦の螺線形シュートのスラリーの流れ。

  • 遠心濃縮機： 強力な遠心力場を使用して、微小粒子径の重い鉱物の回収を強化する。

• 適当な鉱物: 金、錫、タングステン、鉛、亜鉛、鉄、マンガン、石炭および重要な密度の相違の他の鉱物。

2.磁気分離

• 分離の主義: 分離を達成するために異なった磁気力による不均等な磁界のミネラル粒子間の磁気特性の相違を、使用して。

• 分類：

  • 弱い磁界の磁気分離: 強い磁気鉱物のため（磁鉄鉱のような）。

  • 強い磁界の磁気分離: 弱い磁気鉱物のために使用される（ヘマタイト、イルメナイト、マンガン鉱石のような）。

  • 高勾配磁気分離： 非常に微細な弱磁性鉱物を分離することができます。

• 適用鉱物： 磁鉄鉱、チタン鉄鉱、タンタルニオブ鉱など、鉄精製以外に石英、長石などの非金属鉱物にも広く使用される。

3.静電分離法

• 分離原理： 高電圧電界の違いによる電気特性（導電率、誘電率）の鉱物を使用し、異なる電気力で分離する。

• 適当な鉱物: シェライトおよび錫石の分離、チタニウムのジルコン鉱石の分類、ダイヤモンドの分類、等 4.で一般的。

4.光電選鉱方法/分類方法

• 選別原理：表面上の鉱物の光学的性質（色、反射率、蛍光、X線透過率など）の違いを利用して、センサーが検出し、アクチュエーター（高圧エアーガンなど）に指示して目的の鉱物粒子を吹き出す。

• 適用鉱物： ダイヤモンド、貴石、鉱石の研磨前廃棄物、鉱石から大きな廃石片を除去する。

(物理化学的選鉱（浮遊法）

これは最も広く利用された、最も重要な選鉱方法の 1 つ、分類プロセスは物理的な行為および表面の化学作用を両方含んでいます。

• 分離の原則:物理的な、化学特性の相違の疎水性の表面の鉱物粒子の使用。有用鉱物の疎水性は、浮遊化学物質の添加によって選択的に強化される。通気スラリー中では、疎水性鉱物粒子は気泡に付着し、スラリー表面に浮上して泡層を形成し、掻き出されて回収されるが、親水性鉱脈粒子はスラリー中に残る。

• 主な要素

  • トラップ剤： 対象鉱物の表面に選択的に吸着し、疎水性にする。

  • 発泡剤： スラリー中に安定した中サイズの気泡の形成を促進する。

  • 調整剤： 鉱物の表面性状やスラリーの化学環境を調整し、選別の選択性を高めます。

• 適用鉱物： ほとんどの非鉄金属（銅、鉛、亜鉛、モリブデン、ニッケル）、希少貴金属、硫化鉱物、黒鉛、アパタイト、蛍石などの非金属鉱石。扱う鉱物の範囲が広いため、選鉱プロセスの「切り札」となっている。

(C）化学選鉱法

非常に微細な粒子径または物理的性質に埋め込まれた鉱物が非常に類似している場合、分離し、抽出するために化学反応を使用する必要があります。

• 分離の原理： 化学溶媒（浸出剤）と鉱石反応を通じて、違いの化学的性質の鉱物の使用は、溶液中に溶解し、イオンの形で貴重な成分であり、その後、溶液から回収される。

• 主なプロセス

  • 浸出： 酸、アルカリ、塩などの溶媒を使用し、対象となる金属を溶解させる（例：シアン化物による金の浸出、硫酸による酸化銅の浸出）。

  • 沈殿／置換： 化学的置換またはpH調整により、浸出液から金属を沈殿させる。

  • 溶媒抽出-電解: 有機溶媒を用いて溶液中の金属イオンを選択的に濃縮し、次いで陰極で電解して高純度の金属を沈殿させる（例：銅のSX-EWプロセス）。

  • 焙焼： 鉱石の化学組成を高温で変化させ、その後の処理に適するようにすること（例：選鉱しにくいヘマタイトを選鉱しやすいマグネタイトに焙焼する）。

• 適用鉱物： 酸化銅、金、ウラン、ボーキサイトなど。

第三に、典型的な選鉱プロセス

現代の完全な鉱物処理プラントは、通常、相乗的で効率的なシステムを形成するために、上記の方法の最適な組み合わせです。典型的なプロセスは以下の通りである：

1. 準備： 破砕と選別- 原鉱を分離に適したサイズに破砕する。

2. 選別： 粉砕と分級-粉砕された製品は、鉱物がモノマーから解離するサイズまで粉砕され、分級機と閉回路が形成される。この後、主な選別工程（再選別、磁気分離、浮選、またはこれらの組み合わせ）が行われる。

3. 製品処理： 濃縮、濾過、乾燥- 輸送・貯蔵用の固形製品を得るための精鉱の脱水。鉱滓の安全な処分も行われる。

鉱物処理は、地質学、物理学、化学、流体力学、材料科学を統合した、複雑で奥深い学際的分野である。すべての鉱石に対応できる「画一的な」プロセスは存在せず、選鉱の成功は、鉱石の性質を深く理解し、さまざまなプロセス原理を柔軟に適用し、技術的・経済的に最良の解決策を設計することにかかっている。それは、鉱物資源の効率的でクリーンな利用を保証し、最終的にそれらを社会的な富に変える重要な中核技術である。