矿产资源是人类赖以生存和发展的物质基础,如果没有矿产资源,难以想象人类今天的生活会是什么样子。随着人类的不断发展与进步,地球上不可再生的矿产资源,尤其是那些地质赋存条件好、埋深较浅、品位高、容易开采、经济利用价值高的矿产资源已经和正在被大量地开发利用。事实上,人类已经或必将面对越来越严峻的地球资源枯竭、自然生存环境恶化等一系列问题。因此,能否借助新的科学与技术发现新资源,或利用新方法、新工艺提高现有矿产资源的回采率和综合利用率,延长地球矿产资源的使用年限等,已经成为人类能否及时、有效地解决因为资源短缺而带来的各种困扰,以及人类能否继续保持安全、和谐发展和进步的关键。
继续挖掘已有地球资源的综合利用潜力、开发新资源并向极地乃至太空要资源是解决人类能源短缺的根本途径。从现有的科学技术水平和经济效益出发,首先应立足于地球资源,充分利用先进的科学技术和现代化机械装备,深化和拓展现有矿产资源的用途,加大对新型矿产资源和极地资源的勘查与开发利用力度。同时,也应有走出地球、探索太空的勇气,加快开发利用太空矿产资源的步伐。对特殊矿产资源开采方法与技术进行未雨绸缪的研究正是这种大背景下的一项既具有重要理论探索,又具有工程实际应用价值的前瞻性工作。
正因为如此,作为矿产资源开发利用的关键———采矿技术和科学,将在为人类解决资源枯竭问题中起到举足轻重的作用。众所周知,采矿工业是一种重要的原料采掘工业,其实质是一种物料的选择性采集和搬运过程。它涉及破碎、松散物料运移、流体输送、矿山岩石力学、矿业系统工程、环境再造以及资源循环利用等理论。需要运用数学、物理、力学、化学、地质学、系统科学、电子计算机等学科的最新成果。时至今日,采矿技术和科学将不再仅仅是从地壳内或地表开采金属、非金属和煤等矿产资源的技术和科学,当然也应该包括适用于特殊赋存与环境条件下的这些矿产资源开发和利用的方法和技术———特殊矿产资源开采方法与技术。
一般矿产资源多用传统的采矿方法,即露天开采方法和地下开采方法进行开采。前者是在露天条件下,将埋藏较浅的矿石,从矿坑露天矿、山坡露天矿或剥离露天矿进行开采。后者是将埋藏较深的矿石,在地下采用自然支护、人工支护及崩落采矿方法等将矿石开采出来。但是,也存在一些特殊矿产资源,由于它们在地质赋存条件、有用矿物品位、各种有用成分的比例以及矿物物理化学性质方面具有特殊性,因而传统的采矿方法常常在技术上不能够完成对这些矿产资源的开发利用,或在经济上无法获得相当利润和预期回报,因此,这些特殊矿产资源必须选择和使用特殊的开采方法与技术。这正是本书所要介绍和讨论的内容。
事实上,随着技术的不断更新,设备的不断完善,采矿工业已经有了长足的进步与发展。有的国家已将机器人试用于井下回采工作面,完成对人员损害较大的矿种的开采。同时,为了确保矿山环境不被采矿工程严重破坏,尽可能延长矿产资源及相关自然资源的使用年限,各国制订了强有力的法律,采取有效措施,以便避免或减少采矿和选矿过程中生成的有毒气体、废水、废石和粉尘等物质以及噪声和振动等因素,对环境、土地、大气和水质等造成危害,大力研发废渣、废石、废液的重复使用、破坏后土地复用等技术,为确保地下水系的相对完整与安全,要求开展大水矿区保水开采技术的研究等。然而,随着人类对地下矿产的不断开采,开采品位由高到低,资源紧缺,迫使使用低品位、甚至难采、难选矿产,所以选择特殊采矿和选矿方法,进行综合采选、综合利用,提高矿产资源的利用率和回采率,降低矿石的损失率和贫化率成为必然。
我国是世界主要矿业大国之一。全国已建成国有矿山1万多座,集体及个体矿山20多万个。我国矿产资源的基本特点:贫矿多,富矿少;难选矿多,易选矿少;共生矿多,单一矿少,矿产资源综合利用率仍然很低,我国矿产资源的综合回收率平均不超过50%,总体上综合利用率约为20%。目前我国综合利用搞得比较好的国有矿山仅占30%左右,部分进行综合利用的国有矿山为25%左右,完全没有进行综合利用的占45%,全国20多万个集体、个体矿山基本上不搞综合利用。与之相反,俄、美、日、法等经济发达国家为加强矿产综合利用工作,都已结合本国的具体情况制定了一些规章制度,以确保国家经济安全的资源供应。有些发达国家提供资金建立专门机构支持矿业投资和开发研究。为吸取“先污染,后治理”的教训,发达国家形成了一套较完备的矿山环境管理和政策法规体系,矿山企业自觉进行环境保护。
毋庸置疑,要有效地提高矿产资源的综合利用水平,技术是根本,制度和法规是保障。为了缩小我国和世界先进国家在矿产资源综合利用水平上的差距,我们必须借鉴西方国家的成功经验,避免走弯路和重蹈先发展后治理的覆辙,重视科技进步,推动矿业发展趋向于管理集约化、科学化,发展矿产资源的高效、低成本、少污染的选冶加工短流程提取技术,低耗高效矿山装备的大型化、系列化,力求采、选、冶设备自动化和智能化,不断提高资源综合利用水平。同时,重点扶植和发展加工利用中低品位矿石和难选冶矿石的工艺技术及设备研制;完善用于处理低品位难选冶矿石的堆浸技术、生物浸出技术;深化铜、金、铀等金属的地下溶浸和就地浸出的工业化生产;推广极具前景的清洁能源生产工艺的煤炭地下气化技术等。可喜的是,相关部门已认识到研究特殊矿产资源的开发利用方法和技术的战略意义及其重要的实际应用价值,以863、973等国家重点计划和攻关科研项目的方式,不仅在政策上提供了开展这方面科学研究的国家级保障体系,也在资金上加大了投入和支撑力度。作者所参与的煤矿突水机理及防治基础理论研究(973计划项目:2007CB209400)即是其中一项,本书的出版发行得到了该项目的鼎力支持。
本书在介绍了矿产资源及其开采方法相关知识的基础上,以特殊矿产资源的开发利用方法和技术为重点,归纳总结了化学浸矿理论与技术及其应用;海洋开采理论与技术;盐类、自然硫、砂矿床开采技术;煤炭地下气化技术;地热开发利用技术等的基本概念、理论基础、关键技术和主要工艺流程等内容。同时,展望了极地和太空资源开发利用的前景并讨论了其技术体系的特殊性。
作者在编写过程中,参阅了国内外大量参考文献,并融入了自己的一些思路和想法,但由于作者水平有限,书中难免有错误或不妥之处,敬请得到读者的批评与指正。
作者
2009年3月
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