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选矿技术
浅谈选矿药剂的绿色发展阳光
来源:万方2019-06-21640
 浅谈选矿药剂的绿色发展阳光 白洁 (北京矿冶研无总院,矿物加工科学与技术国家重点实验室,北京l00160)

摘要:选矿药剂历经近百年的发展成为矿物加工工程重要的组成部分之一,已形成较齐全的产品体系和较大的产业规模。面对二十一世纪人口、资源和发展的主题,结合选矿药剂行业发展的特点,提出了以绿色化学为核心理念,联合相邻学科,共同打造绿色选矿药剂核心技术集成,并以此为依托,建立绿色选矿药剂技术标准体系,推进行业转型升级,实现绿色发展的具体思路。关键词s选矿药剂、绿色化学、技术集成、转型升级、绿色发展选矿药剂历经近百年的发展无论是产品结构体系、技术体系、研究方法、产业规模、应用技术都得到长足的发展,为解决我国对资源需求的上升与资源供给不足之间的矛盾做出了突出的贡献。进入二十一世纪人口、资源和发展成为当今社会关注的重要议题,选矿药剂行业的发展遇到严峻的挑战。坚持以绿色化学为技术核心理念,走可持续发展道路是唯一选择。为保持健康平稳的发展,必须结合行业特点,循序渐进,寻求探讨适合其自身的绿色发展模式。 1选矿药剂发展概况选矿药剂发展历经了由远古时代到上世纪20年代的烃油阶段、20年代至60年代离子阶段;60年代至今非离子阶段三个阶段。特别是在上世纪60年代以后,伴随着矿产资源战略地位的提升、需求不断增加,选矿药剂技术研发、产品体系和产业规模得到了很大发展。选矿药剂的发展始终与矿物加工工程是相互依托、共同发展的,现己成为矿物加工工程中重要的组成部分。

1.1选矿药剂产业的发展随着选矿药剂的发展,产品结构日趋合理,产品品种不断丰富。已形成捕收剂、起泡剂、活化剂、抑制剂、调整剂等多功能的产品结构体系,产品品种有黄药、黑药、乙硫氮、2群油、黄原酸酯、硫氮酯、硫氨酯、黑药酯、羟肟酸、8.羟基喹啉等离子型、非离子型和络合药剂。从上世纪80年代起有色金属选矿药剂生产厂家由国内四家增加到现在的几十家,离子型、非离子型和络合药剂各类型药剂并存生产,但仍以离子型药剂为主。生产工艺基本沿用原有技术、生产设备虽有一定程度的优化,但距清洁生产还有距离。业务模式主要以销售药剂产品为主,不涉及为矿山提供技术支撑和服务。北京矿冶研究总院以环保理念为出发点,结合矿山技术要求开发出的选择性非离子捕收剂药剂AP【¨,在低碱度条件下实现了铜硫分离,取得非常好的选矿指标;同期开发的BK.204、 BK一205醚酯类起泡剂具有起泡速度快、泡沫脆散性好、用量少、易降解的技术特点【2J。上述药剂已在国内几个大型矿山上使用十几年,创造了很好的经济效益和社会效益,这种方式也逐渐形成北京矿冶研究总院矿物工程技术服务新模式的雏形。 1.2选矿药剂技术发晨新亮点随着单一矿种资源越来越少,难处理贫、细、杂的矿山资源和二次资源的开发增加,对选矿药剂提出了更高的多样化技术要求。能解决单一矿山个性化需求的组合药剂应运而生,药剂协同作用的综合优势凸显起来,选矿药剂开始进入提供个性化技术时代。采用基团电负性原理、分子轨道法、同分异构原理、分子力学模拟等理论,模拟药物开发形式去探索选矿药剂与矿物之间的构效关系,通过科学计算和模拟,寻找最佳的选矿药剂分子结构。研究人员通过上述方法,对部分药剂的构效关系从理论和实际应用两个方面进行了研究,取得了一定的进展【jJ。因矿物加工工程是一个涉及多学科复杂的过程,许多内在的影响因素并不为我们更多的了解,就现有的技术条件尚不能对其进行全面模拟,仍需继续引进更多的参数充实和完善技术体系,继续开展深入研究。选矿药剂科研工作者在提升药剂选矿技术性能的同时也十分关注对环境的影响。提出了因2撑油起泡剂难以降解且对鱼类和水生物等能产生不良影响的状况,建议使用短链脂肪醇、酯类的起泡剂替代2撑油,以减轻环境负担的建议;针对非离子药剂降解进行了条件试验,试验表明以硫氨酯为代表的非离子药剂在自然PH条件下的热降解速率大于离子型药剂,提倡以非离子药剂逐步替代离子型药剂,达到减少矿区水体COD和BOD的目的:含选矿药剂的选矿废水处理技术已开始研究,处理技术有了较新的进展【4J。笔者在本世纪初也提出了改善矿山环境开发环保型选矿药剂的建议。至此,选矿药剂行业发展的重点仍是满足矿山生产需求,解决难选贫、细、杂矿物中提取有价矿物技术难题,对环境的影响研究并未成为主流意识。

2选矿药剂发展中显露的问题矿产资源需求不断增加,选矿药剂的品种和需求量大幅增长,来自生产过程和使用过程的环境污染问题日显突出。行业发展与环境保护之间出现了一些不相协调现象。 2.1生产过程的环境影响现有的选矿药剂生产品种主要是离子型药剂,生产工艺多年未变,生产过程中还存在不少单罐、间歇、人工控制工艺参数的生产方式。这种方式很难提高过程控制精度、自动化水平、原料转化率,以及降低能耗。部分药剂品种生产还采用非密闭式的生产设各,存在着 VOCs、粉尘等污染物无组织排放等现象,严重影响着生产操作区域和周边的环境。 2.2使用过程的环境影响有资料显示,我国矿山各种选矿药剂用量每年将达百万吨规模,是全国农药(原药)年使用量的3斜引。选矿药剂在储运、使用过程中存在着物料遗撒、药剂分解、尾气无组织排放等现象;附着在尾矿上的选矿药剂,在雨水冲刷下也会进入矿山环境水系,都对环境造成负面的影响。矿山含药剂废水的进入矿山周边环境造成了直接污染,导致水体COD和BOD 的上升;也可能产生涵盖了持久性有机污染物POPs、内分泌干扰物EDCs在内的二次污染物以及复合污染。近些年,以代号冠名的选矿药剂出现较多,因主体成分、主要类型和防护措施不得而知,对使用者的安全和对环境影响存在着隐患。 2.3技术标准缺乏.制约行业技术创新现有的选矿药剂技术标准主要是部分药剂质量行业标准,数量只有三十几个。药剂性能评价综合标准、药剂生产过程标准尚处空白。导致进入行业门槛低、市场竞争无序、套用其他行业标准不适应的现象。技术标准是科技创新指导产业化阶段的重要支撑,标准的缺乏约束着选矿药剂行业技术水平提升和自主创新能力。 3绿色发展大势所趋经济的高速发展使得人们对环保理念上也从稀释污染物的第一阶段和减少污染物排放第二阶段进入了从根本上消除污染物的第三阶段。社会严格的管理体系、不断增强的绿色意识和绿色技术推出构成了绿色发展的需求和动力,社会的绿色发展正成为主流。

3.1绿色化学及绿色化工的概念 20世纪90年代美国环保署(U-s EPA)Anas诅s及其合作者首先提出了“绿色化学”的概念:其核心就是原子经济性,理想的原子经济反应是原料中的原子百分之百的转化到产物中,不产生副产物或废物,实现了废物“零排放”。绿色化工是绿色化学的一个重要组成,是利用绿色化学的原理和技术,尽可能选用无毒 45 无害的原料,开发绿色合成工艺和环境友好的化工过程,生产对人类健康和环境无害的化学品。绿色化工技术一般包括:声合成技术、微波合成技术、无溶剂合成、超临界萃取、膜分离技术、过程强化技术等。绿色化工技术可以实现生产过程的循环和闭路性,达到柔性化和生态化清洁性。清洁生产是实现可持续发展绿色化工的先决条件,包括生产过程中淘汰有毒原料,减少废弃物,减少从原料到产品全生命周期的不利影响,将环境因素纳入产品设计和服务之中等。 3.2国际社会化学品蕾理国际上对化学品的管理随着经济和时代的发展越来越细致和规范。1996年12月,通过了《危险货物运输规章范本》。1998年9月,通过了《关于在国际贸易中对某些危险化学品和农药采用事先知情同意程序的公约》。2001年5月在瑞典斯德哥尔摩全权代表大会上通过了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》。 2002年12月联合国正式通过了CHS报告,CjHS将化学危险品分成26类,更加重视保护人类健康和环境保护,并要求各国在2008年之前实施。 2001年欧盟又提出了《未来化学品政策战略》,要加强化学品信息的透明度,建立一个注册、评估和许可制度。 3.3我国对化学品管理日益严格我国2002年颁布了以GBl2268.90《危险货物品名表》为基础的《危险化学品管理条例》。 2003年列入国家标准计划的40项国家标准的建立,将使我国危险化学品分类与国际上分类标准逐步接轨。2013年1月,国务院办公厅发布了《实行最严格水资源管理制度考核办法》,划定了三条红线。 2015年新修订的环保法以法律形式确立“保护环境是国家的基本国策”,首次划定生态保护红线。新法主要增加了推进生态文明建设,促进可持续发展两项核心内容,体现出党中央近年提倡的科学发展观和生态文明建设的战略思想。 4行业发展措施及方向选矿药剂行业的发展承受着来自矿物加工不断提出的新技术难题、环境污染问题和社会对化学品日益严格管理的多重压力。新环保法的实施、社会不断强化的“绿色化学”意识和可持续发展要求,加上周边产业清洁生产不断完善,选矿药剂行业还受到产业链上的前挤后推的压力,生存空间受到挤压,行业的运作开始处于较被动的局面。面对选矿药剂行业发展中遇到的问题和困难,唯一的出路就是用创新性思维打造的以融合选矿药剂与矿物定量构效关系理论、选矿药剂绿色生产工艺技术、选矿药剂绿色应用技术、选矿药剂降解处理技术和矿物加工工程技术共同构成的绿色选矿药剂核心技术集成,建立完善的技术标准体系。并以此为依托结合选矿药剂行业发展特点,制定循序渐进的发展规划方案,采取切实可行的具体措施,推进选矿药剂技术发展和行业管理体系的建立,化被动为主动,切实做到绿色发展,可以从以下几个方面着手。 4.1加器基础理论研究。促进药剂技术提升继续加强选矿药剂分子设计理论的研究,引入多种学科技术理念和多种矿物晶体参数,深入探求药剂与矿物的定量构效关系。尝试引进组合化学概念,加速化合物的合成和筛选速度,提高药剂研发效率,实现药剂研发革命性的突破。筛选的条件应包括:最优的原料、合成路线、合成工艺、分离提纯工艺和废物处理技术等;采用化工过程模拟技术提升生产工艺设计水平和效率。在设计时要尽量运用新型微反应器技术获取设计参数,努力缩短实验室到生产阶段的工业化过程,降低各种技术、经济和安全风险,减少试验费用和能耗。在生产工艺设计时尽可能采用声化学合成、微波合成、无溶剂合成、超临界萃取、膜分离和功能化磁性粒子等绿色化工新技术。重点关注药剂合成的过程强化技术,做好设备选型,有效缩小生产装置体积,减少占地资源,实现生产连续化、柔性化、封闭化和生态友好化。 4.2强化现有药剂生产设施和技术性能升级.保障行业平稳发展按照国家清洁生产促进法的要求,遵循清洁生产的原则,在原料规格、生产路线、工艺条件、设备选型和操作控制等方面加以合理改革,并积极创造条件应用机电一体化技术、高效催化技术等绿色化工技术,创建新的生产工艺和技术,提高生产效率,实现清洁生产,彻底根除生产过程产生的污染。创造条件开展IS014000认证工作,增强国际竞争能力。对现有离子型药剂采取产品结构调整、生产工艺优化、添加保质剂、增效剂和调节剂等技术改性措施达到药剂技术性能和环保性能的升级,延长产品生命周期,做到与新药剂之间的平稳过渡。

4.3加大药剂应用技术研发和产品设计力度。更好服务用户以矿物加工专业为核心,引入溶液化学、胶体化学、表面化学等多学科技术理念,多专业相互合作,相互融合,开展选矿药剂应用环境和应用效果研究,共同研发和发展选矿药剂应用技术。在组合药剂配方设计时,可以在选矿功能药剂组分基础上,引入工业助剂成分,增加选矿药剂在药效、环保、安全等多维度上调节能力,达到捕收剂在矿浆中分散形态最佳、起泡剂泡沫层高度适宜、易降解、高闪点等目的。引入产品经理的概念开展产品设计,清晰需求,找准契合点,真正解决以产品形态完成由技术研发转化产品销售的问题。 4.4以绿色选矿药剂核心技术集成为依托。建立行业标准体系以绿色选矿药剂核心技术集成为依托,结合选矿药剂自身生产和应用的特点,建立选矿药剂性能评判标准、选矿药剂生产工艺规范、选矿药剂废水处理技术规范等组成的标准体系,提高行业准入门槛,用技术的手段改变行业内产业技术水平先进与落后并存的局面。采取企业战略联盟的方式,调动企业积极性,加速标准的建立,创造标准的先发优势。 4.5以核心技术集成为依托做好企业转型升级。实现绿色发展在深入了解用户需求基础上,发挥绿色选矿药剂核心技术集成的优势,制定包含选矿、安全、环保等在内的技术服务方案,为用户提供药剂全生命周期服务,打造设计一生产一服务的选矿药剂经营新模式。通过经营模式创新,形成的差异化经营,促使企业由单一药剂供应商转变为服务商,实现传统产业的转型升级。 4.6规范行业管理。维护共同利益建议由行业协会牵头,会同科研院所、生产厂商和矿山用户共同商讨是否对进入矿山选矿药剂的基础信息进行集中采集和登记。基础信息至少应包括:产品主要成分类型、理化指标、使用效能、储运条件、安全说明、环保处理措施等内容。信息登记为今后标准的建立和行业的管理做好基础工作,为建立选矿药剂准入制创造条件。 5结语解决选矿药剂对环境的污染是一个复杂和综合的问题,尤其是致畸、诱变、过敏、生物多样性方面影响的研究是一个长期的过程。控制和减轻选矿药剂对矿山的影响,就要做好绿色选矿药剂核心技术集成的研发、行业标准体系的建立,并以此为驱动力加速推进选矿药剂行业的转型升级,通过减量化这一国际公认的绿色发展方式,最大限度的减少选矿药剂在全生命周期对环境的影响,也为用户创建“绿色矿山”作出贡献。参考文献 [1】吴熙群,李成必,杨菊.高效选择性捕收剂AP的应用叨.有色金属(选矿部分),2002,(2):3昏40. [2】杨菊,周高云,尹启华.新型起泡剂BK-204工业试验研究【J】.有色金属(选矿部分),2006,(4): 34.38. [3】张行荣,刘龙利,吴桂叶,等.浮选药剂分子结构设计原理概述【J】.矿冶,2013,22(3):25.29. 47 【4】宋宝旭,刘四清.国内选矿厂废水处理现状与研究进展【J].矿冶,2012,(2):97.103.【5】李晓明,刘敬勇,梁德沛.矿山选矿有机化学药剂的环境污染与防治研究叨.安徽农业科学,2009, 37(11):580每5807,5116.第一作者:阳光(1962.),男,广西,教授级高级工程师研究方向:选矿药剂的开发和应用通讯地址:北京市大兴区北兴路东段22号矿冶研发中心电话:13901 13“96 邮箱:ya啦gg衄9888@v币.s缸乱com 48

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