前面已经介绍了古代中国在烧制陶瓷、青铜器、炼丹和炼制铁器过程中掌握了数十种矿物的性质，可以利用这些矿物生产金属及其合金，甚至还可以通过“炼丹”工艺（实际上是一种原始的化学工艺）制造一系列“丹药”，现在称之为矿物药，有的矿物药现在仍在使用中。

古人利用的矿物资源主要为氧化物型的（氧化矿），个别为硫化物型的，直接入炉是其标志。从现代冶炼经验来看，铜矿若直接入炉，其品位需要达到14%以上，铁矿品位要在53%以上，铅锌矿要在45%以上，银矿需要每吨1 000克以上。也就是说，古代人们只能利用极高品位的矿床。随着人类利用极高品位矿石的耗尽，人们不得不想办法利用稍低品位的矿床，于是聪明的古代匠人就借鉴了生活中的经验发明了一种“捣臼”来破碎岩石，然后采用手选，也就是通过人工把不含金属矿物的脉石扔掉，从而达到提高矿石品位的目的。

在笔者的家乡湖南农村有淘沙金的匠人，笔者的爷爷就是其中的一员。小时候，笔者就天天跟着爷爷下河淘洗砂金，回家后把水银和淘洗回来的含有很多重矿物的金混杂在一起，放在火上煮。这个工艺直到笔者上大学后才知道叫做“汞齐法”提金。听笔者的爷爷讲那是祖宗传下来的手艺，其实这也是我国古代延续了几千年的重选工艺。

随着矿物资源品位的降低，选矿工艺若得不到更大的突破，很多矿床也就不能再直接利用，现在很多与矿有关的地名就是我们现代找矿的一些标志。我国唐代以后铸币所用的铜矿不能满足其需要，就是因为古代中国几千年制造青铜器，极高品位的铜矿资源消耗严重甚至耗尽，品位较低的铜矿和埋藏较深的铜矿又不能开采和利用所致。

“缺钱”实际上就是缺铜，最后导致明朝银本位的上位，不得不通过国际贸易来赚取白银维持国内货币的稳定。名义上讲是货币危机，实际上则是资源危机。

至于文献记载的手选和淘洗（重选），不能从根本上解决粒度细和低品位矿的应用问题。一直到19世纪末，由于工业革命对金属的需求量不断增加，能用重选处理的粗粒铅、锌、铜等硫化物矿的资源逐渐减少，需要寻找新的途径来开发粒度较细和品位稍低的金属硫化物矿。工业革命推动了科学技术的迅猛发展，与矿业有关的地质学、矿物学、化学、物理学以及以钢铁为主的机械制造业为大规模利用矿物资源提供了契机。

19世纪末，澳大利亚、美国及一些欧洲国家的科学家和工程师发现了用水和“油”可以捕捉到金属硫化物矿物，并且以此发明了薄膜浮选法及全油浮选法。前者是将矿石粉洒于浮选机中流动的水面上，疏水性矿物飘浮于表层被回收；后者是在矿浆中拌入一定数量的矿物油，黏捕疏水亲油矿粒并浮至矿浆表面被回收。

这两种方法的效率很低，最后只能被淘汰。直到1906年，3个英国人——苏尔曼（H.L.Sulman）、皮卡德（H.F.Picard）和巴洛特（J.Ballot）使用搅拌方式进行矿浆充气分选铅锌矿，才真正产生了现代泡沫浮选法。

当时的浮选工艺是将方铅矿和闪锌矿同时回收的，后续的冶炼很难将铅、锌两种金属分开。1912—1922年，先后发现重铬酸钠能抑制方铅矿、氰化物能抑制闪锌矿和黄铁矿；1925—1926年，又先后发明了硫化矿物的捕收剂——黄药和黑药。这些浮选药剂的发现产生了能分离方铅矿和闪锌矿的优先浮选法，促进了泡沫浮选工艺的发展。

泡沫浮选法的出现，使以前用重选方法不能处理的细粒和共生矿得以利用。

浮选工艺可以说从根本上改变了矿业的面貌，它颠覆了人类几千年来对矿物选别的认识。古代人们对矿物的认识大多是矿物的颜色、比重、形态等，他们的手选和重选就是利用了这些性质。而浮选则不同，它抛开了这些观念，只需要利用各种矿物原料颗粒表面对水的润湿性（疏水性还是亲水性）的差异来进行选别。天然疏水性的矿物较少，常向矿浆中添加捕收剂，以增强欲浮出矿物的疏水性；加入各种调整剂，以提高选择性；加入起泡剂，充气产生气泡，使疏水性矿物颗粒附于气泡上，上浮分离。浮选通常能处理直径小于0.2～0.3毫米的物料，原则上能选别各种矿物原料，只需要找到与矿物相匹配的捕获药剂就可以了，不管这些矿物是金属矿物还是非金属矿物，是重的还是轻的，是红色的还是黑色的，是立方体的还是菱形体的。

1933年以前浮选工艺尝试性地进入了矿业领域，此时的矿石入选品位很高。美国著名经济地质学家米德·金森在其著作《经济地质学》中总结了自浮选工艺以来，美国露采矿山的铜矿石入选品位和选矿回收率数据，为便于理解，笔者将其做成了很直观的图，如图2-5所示。

从图中可以看出，1933年以后，美国露采铜矿山的矿石选矿品位逐年下降，从最初的2%左右一直降到1973年前后的0.55%，选矿回收率从1939年的42.5%一直提高到1973年的80%以上。

1930年以后，由于浮选工艺在药剂研究和选矿设备等方面取得了突破，到1960年，泡沫浮选不仅仅限于处理硫化物矿石，而且已经扩展应用到处理金属氧化矿石和非金属矿石的领域，成为了金属矿和工业矿物加工的重要方法。除黄药和黑药外，脂肪酸类捕收剂得到了广泛的应用，阳离子捕收剂也在生产中得到了应用，同时还出现了多种抑制剂、活化剂、分散剂和pH调整剂。

浮选工艺的发明和应用，对于我国这样一个贫矿的国家来说尤为重要。所谓贫矿就是低品位矿，是相对于富矿而言的。本书把全铁品位≥48%的称之为富铁矿，同样品位≥28%的为富锰矿，品位≥1%的为富铜矿，品位（P2O5）≥30%的为

图2-5　美国露采矿山采用浮选工艺后入选品位和选矿回收率变化曲线(www.daowen.com)

富磷矿；品位≥6克/吨的为富金矿，三水型铝土矿为铝土矿的富矿。低于这个数字的就是低品位矿或者称为贫矿。

表2-2列举了我国主要大宗矿产查明的资源量和贫矿资源量所占的比重。从表中可以看出，截至2003年年底，全国贫铁矿占全部铁矿资源储量的98.1%，贫锰矿占我国全部锰矿资源储量的94.7%，贫铜矿占我国全部铜矿查明资源储量的69.5%，贫铝土矿（一水型）占我国铝土矿资源的98.8%，贫磷矿占全部磷矿查明资源储量的91.5%。经过10余年的超强度开采，截至2014年，富铁矿和富锰矿已基本耗尽。

有比较才有鉴别。将我国已经查明的主要大宗矿产和国外主要产地进行对比，可知我国矿物资源是如此之“贫”。

我们所熟知的铁矿石大国如巴西、澳大利亚、印度、南非和委内瑞拉等，已经查明的和正在开采的铁矿石品位都在60%以上，且大多露天开采。而我国铁矿石平均品位现在已经下降到30%以下。在世界主要锰矿资源国中，南非、加蓬、巴西、澳大利亚等均为富产含锰37%～52%的高品位矿石的国家，它们生产了世界锰矿石的60%以上。铜矿也是如此。我国斑岩型铜矿床的平均品位仅为0.55%，而智利、秘鲁的斑岩型铜矿床的平均品位为1.0%～1.6%；我国砂页岩型铜矿床的平均品位仅为0.5%～1.0%，而刚果（金）、赞比亚、波兰的砂页岩型铜矿床的平均品位高达2.0%～5.0%。

表2-2　我国铁矿、锰矿、铜矿、铝土矿、金矿和磷矿贫矿所占的比重

注：富铁矿品位≥48%，富锰矿品位≥28%，富铜矿品位≥1%，富磷矿品位（P2O5）≥30%，富金矿品位≥6克/吨，铝土矿的富矿指三水型铝土矿。数据截至2003年年底。

如果没有浮选工艺，可以说我国的金属硫化物矿床有90%左右是不能被利用的，也不可能满足飞速发展的工业之需，我们也许还处在农耕时代过着田园生活。

20世纪是矿业的大世纪，浮选是推动矿业繁荣的技术“核”动力。

由于浮选工艺药剂的改善和大型选矿设备的应用使得选矿成本不断降低，从而使得可以利用的矿石品位在不断下降。以美国为例，自1750年以来，所采铜矿的可采品位由16%降到0.5%以下，下降了32倍。据统计，西方国家和发展中国家已经查明的铜矿平均品位已由1950年的1.85%，降为1960年的1.33%，1970年的1.09%，1975年又降至0.9%，到1999年继续下降到0.55%，而当年的中国为0.45%。

另一大宗矿产铅锌矿的开采品位也是呈成倍下降态势。在1950—1980年的30年间，澳大利亚、加拿大、美国、墨西哥等国的重要多金属矿区，铅的平均品位从3%～5%降至1.5%～2.0%，锌从8%～10%降至4%～6%。到1999年中国铅锌矿的平均品位（铅加锌）从8%降至5%。

单一矿山的日处理量屡创新高。以矿业大国澳大利亚为例，该国开采历史最悠久的矿山——澳大利亚锌有限公司的布罗肯希尔（Broken Hill）（有人译为断背山）铅锌矿，据郭惠兰等著的《国外伴生金银矿山》数据，在1939年投产时日处理量是3 000吨，在当时也是世界上最大的矿山之一，矿石入选品位铅13.1%，锌10.4%，银96克/吨。到1983年扩产到日处理矿石7 000吨，矿石入选品位下降到铅9.5%，锌9.5%，银90克/吨。1995年再次扩产至1万吨/天，矿石入选品位继续下降到铅9%，锌8.7%，银68克/吨。芒特艾萨（MountIsa）铜多金属矿也是家喻户晓，于1923年被发现，1927年开发时日处理矿石量仅3 000吨，1955年1号选厂投产，日处理铜矿石量达到6 100吨，铅锌矿矿石量2 500吨。1973年建成4号选厂，日处理矿石量达到1.78万吨。

比起这些坑道采矿，露采矿山则更胜一筹。澳大利亚必和必托集团在巴布亚新几内亚开发的布干维尔铜矿，于1972年建成投产，日处理量矿石量达到8万吨，矿石入选品位下降到铜0.46%，金0.56克/吨，银1.44克/吨。1985年扩产到日处理矿石量13.5万吨，成为当时世界第一的超大规模选厂。每天处理13.5万吨的矿石量是个什么概念呢？如果用现在最大的载重车——比利时采矿设备制造商利勃海尔公司生产的T282B重卡，载重量360吨来运矿的话需要375车；如果按当时最大载重车（1982年最大载重卡车大约在80吨）计算，需要1 688车。

如果没有浮选工艺，每天要处理上10万吨的矿石量是无法想象的天文数字，处理品位极低的矿石也不可思议，像我国有色金属矿石中多金属复杂矿是无法在选矿阶段就能得到分离的，粒度较为细粒的矿石就没有办法选别，浮选工艺开启了20世纪矿业的大繁荣。在此，笔者要向发明和推动这项工艺的所有业内人员致以崇高的敬意。

图2-6　破碎与分级车间（左图）和浮选车间（右图）（图片由金堆城钼业集团提供）