从泥浆中分离金属采矿技术

戴安娜:我们在黑暗深处发现的一种重要资源是工业和日常生活所需的金属和矿物，这意味着开采铜和铂等矿物是一个价值数十亿英镑的产业。戴夫和米拉一直在探索如何将我们想要的金属从我们不想要的岩石中分离出来……

米拉:本周，戴夫和我将探索采矿的过程，也就是我们的金属和矿物到底是从哪里来的。戴夫，这可不像把他们从地里挖出来那么简单，对吧?

戴夫:没错。当你通常想到采矿时，你当然会想到从地下挖东西，然后你在学校里学习如何开采这些矿石，冶炼它们，把它们变成我们每天都能使用的有用金属。然而，在这中间有一个非常重要的过程。我们从地下挖出的矿石是岩石和我们需要的有用矿物的混合物。问题是有用矿物的比例可能只有1%或2%，但这仍然值得开采。从岩石中提取有价值的矿物的过程是非常困难的。最初，这是通过像淘金这样的过程来完成的，你让水在沙子混合物上旋转，密度最大的沙子就会落到底部，但是大规模地这样做是一个非常非常困难的过程。

Meera:伦敦帝国理工学院的Jan Cilliers教授是一位研究这种分离过程的科学家。我们来到伦敦市中心的皇家矿业学院来了解更多有关这方面的信息。

简:我想也许我们应该退后一步，看看我们现在正在处理的矿山的规模。我们所说的铜矿每年要处理数千万吨的岩石来生产数十万吨的铜。但在矿山中，我们开采的岩石中可能只有2%是有价值的矿物，其他98%是废物。为了分离有价值的矿物和废矿物，我们需要把它们磨得非常细，比如不到十分之一毫米，然后我们才能进行分离。这就是解放。一旦我们把岩石磨碎，它们就会相互分离，我们就会把有价值的矿物和无价值的矿物分离开来。如今，矿物加工的主要工作是将这些非常少量的矿物从彼此中分离出来，这是一种叫做泡沫浮选的技术，它取决于不同矿物之间的疏水性差异。在这种情况下，我们让一种我们想要的矿物质疏水，也就是憎水，把空气吹过这种混合物，一种泥浆，或者几乎是一种混合矿物质的泥浆，疏水颗粒粘在气泡上，浮到表面，形成一个不断溢出的泡沫，其中包含了我们所有有价值的矿物质。

戴夫:所以这些珍贵的矿物质在化学上是不同的，所以你的添加剂可以使它们疏水吗?

简:它们一定是这样的，在这种情况下，大自然是这样安排的，有价值的矿物是硫化物矿物，它们是铜铁硫化物，或硫化铜，就像我们所说的黄铜矿，而氧化矿物是脉石或废矿物，剩下的98%是硫化物。所以，这种化学物质很容易攻击一种矿物质而不是另一种矿物质，使其成为疏水的，而忽略其他的，使它们成为亲水的。

米拉:是什么化学物质使它们具有疏水性?

简:我们通常使用两种化学物质。第一种是黄原酸盐第二种是二硫碳酸盐，它们都是长碳氢化合物链它们都有一个反应性的前端寻找硫它附着在硫上，或者是化学上附着在硫上，在溶液中留下长碳氢化合物链看起来很油使矿物看起来疏水表现得像讨厌在水中一样。

米拉:那么这个过程是用来提取什么类型的矿物质呢?

简:几乎所有的贱金属;主要是铜，铅，锌。许多其他金属都是与贱金属联系在一起的，所以铂是镍铜类型的矿床，银通常与铅一起出现，在世界上所有主要的金矿中，黄金实际上是铜生产的副产品。

目前，铜的浮选过程约占世界产量的70%。如果你看看北美或智利的一个典型的矿山，那里现在有大量的铜矿，一个典型的矿山可能每小时要处理1万吨的岩石。这是一个15米乘15米乘15米的岩石立方体每小时。所以，规模和吨位是难以想象的大。

Meera -还有水箱本身，然后岩石被放进去，气泡被推过去……

现在最大的储罐每个有300到400立方米，一个典型的矿井有60到70个这样的储罐。所以，是的，我们正在谈论的是泡沫的飞机衣架。

Meera -这种方法已经使用了大约100年了。我们在你的实验室，你在那里研究泡沫和漂浮过程。你在研究这方面的哪些方面，以进一步或加强它?

简:我们一直在研究泡沫的物理性质;气泡的大小，它流动的速度，以及影响它的变量。

Meera -我们面前有一个大水桶/水箱，周围有一个排水沟，有很多管子进出，上面有激光监视器，还有摄像头。所以，我想象你在这里启动泡沫，但你实际上是在监控什么，如何监控?

如你所见，水箱里装着我们的浆液。泡沫在它们内部形成，溢出边缘进入你所说的排水沟或者我们所说的洗衣机，然后溢出进入再循环水箱，通过泵，正如你所看到的。我们测量的是两件事。一个是溢出容器边缘的泡沫的高度以及我们用摄像机测量的速度，你们可以在后面看到。我们要测量泡沫溢出的体积，所以我们需要速度和高度，当然，我们还知道唇的长度。如果我们把这三个相乘，我们就得到了泡沫的体积。

戴夫:我想泡沫溢出的深度是很重要的，因为如果它没有时间分离，而你把泡沫抽得太快，你就会得到很多其他的矿物质混合在一起，如果你走得太慢，你就不能从你的系统中得到足够的产出。

Jan -我们在多年的研究中发现，气泡在顶部表面破裂的速度是控制这一过程的关键参数。

戴夫:所以如果气泡破裂了，你就失去了气泡已经为你做过的分离。

简:如果爆裂太多，我们就会失去我们想要的矿物质。如果爆发太少，我们就会收集到太多我们不想要的矿物质，我们正试图优化这种微妙的平衡。控制爆炸速率的主要变量是我们向罐中注入多少空气。

米拉-这是目前在工业矿山上受到控制和监控的东西吗?

简:在一些矿井里是这样的。这并不一定是可控的，尽管有向这方面发展的趋势。我们希望看到这项技术得到更广泛的实施，这种监测泡沫溢出量的技术被用作一种控制措施。如果你看看一个典型的铜矿，我们回收了大约90%进入我们过程的矿物质，我们损失了大约10%。如果我们把这个比例提高到91%，那么这额外的1%每年就值2000万美元。所以我们有很大的动力去做好这件事。

戴安娜:好大一笔钱啊!这是伦敦帝国理工学院矿物加工教授Jan Cilliers带领Meera和Dave完成铜分离过程。