1 基因礦物加工工程的提出背景和必要性

基因是DNA分子上的一個(gè)功能片斷，是決定一切生物物種最基本的因子；基因支持著生命的基本構(gòu)造和性能，儲(chǔ)存著生命過(guò)程的全部信息。

1.1 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已把“基因”這一概念引入無(wú)機(jī)材料領(lǐng)域

美國(guó)政府于2011年6月宣布了“材料基因計(jì)劃（MGI)，主要內(nèi)容是高通量材料計(jì)算、高通量材料合成和表征實(shí)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)融合與協(xié)同，將材料從發(fā)現(xiàn)、制造到應(yīng)用速度至少提高一倍。幾年的實(shí)踐表明，這是一項(xiàng)可使研究經(jīng)費(fèi)減半，工作量減半的事半功倍的系統(tǒng)工程。歐盟、日本也提出了相類(lèi)似的計(jì)劃。受這一思路的啟發(fā)，中國(guó)材料界近年已開(kāi)展了中國(guó)版材料基因計(jì)劃研究?！安牧匣蚬こ剃P(guān)鍵技術(shù)與支撐平臺(tái)”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)列入2016年度國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。

當(dāng)今社會(huì)上“基因”這一術(shù)語(yǔ)引用拓展得很多，在自然科學(xué)、工程技術(shù) 領(lǐng)域用，甚至人文和社會(huì)科學(xué)也用。其實(shí)，將“基因”引入礦物加工領(lǐng)域并研究應(yīng)用是很貼切的。

1.2 礦床、礦石和礦物的基因特性決定了礦石的可選性

選礦廠(chǎng)處理的礦石盡管千差萬(wàn)別，但它與礦床成因、礦床類(lèi)型和礦石、礦物等固有的基因有內(nèi)在的聯(lián)系。換言之，從礦床形成時(shí)，它就帶有某種基因的特征，并且有共性。例如，對(duì)于某些巖漿巖或火成巖類(lèi)的硫化礦礦床，當(dāng)巖漿結(jié)晶分異完成時(shí)就帶有一定基因特點(diǎn)：生成的磁黃鐵礦多，并且黃鐵礦和磁黃鐵礦中鈷含量高。因此，礦床、礦石和礦物的基因特征應(yīng)是決定礦物分選的最本質(zhì)因素，包括礦石的礦物組成、嵌布特性、結(jié)晶粒度、礦物的晶體結(jié)構(gòu)、元素信息、化學(xué)鍵信息、晶格信息、缺陷信息等，是由礦床成因及工業(yè)類(lèi)型，礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物質(zhì)組成，礦物的共伴生和相嵌特性等決定的，并將影響碎磨、重選、磁選、浮選等加工特性。

1.3 傳統(tǒng)的礦物加工技術(shù)開(kāi)發(fā)模式存在弊端

國(guó)內(nèi)外礦物加工（選礦）傳統(tǒng)的技術(shù)研究開(kāi)發(fā)模式的一般流程為：

工藝礦物學(xué)研究—系統(tǒng)的選礦試驗(yàn)研究（包括小型試驗(yàn)、擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)、半工業(yè)或工業(yè)試驗(yàn)）—推薦工藝流程方案—根據(jù)推薦流程及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選礦廠(chǎng)設(shè)計(jì)—試車(chē)投產(chǎn)。該模式存在很大的弊端，如開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、成本高、效率低、重復(fù)試驗(yàn) 工作造成的浪費(fèi)等。有的選礦廠(chǎng)投產(chǎn)之日就是技術(shù)改造之時(shí)，個(gè)別選礦廠(chǎng)甚至到達(dá)服務(wù)年限仍未達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。

造成這些弊端的主要原因在于：

①對(duì)制約于選礦工藝技術(shù)的根本因素—礦物、礦石和礦床的基因特性沒(méi)有深入系統(tǒng)的研究、測(cè)試和總結(jié)；

②大量現(xiàn)存的選礦工藝技術(shù)研究數(shù)據(jù)、工藝礦物學(xué)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)和以往的設(shè)計(jì)資料等大數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有建立，更無(wú)法得到有效利用；

③現(xiàn)代信息化技術(shù)沒(méi)有與選礦工藝技術(shù)研發(fā)和工程設(shè)計(jì)合理深度融合。

2 開(kāi)展基因礦物加工工程研究可望對(duì)傳統(tǒng)的選礦工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)有突破性的創(chuàng)新

基因礦物加工工程，簡(jiǎn)稱(chēng)GMPE(Genetic Mineral Processing Engineering)，是以礦床成因、礦石性質(zhì)、礦物物性等礦物加工的“基因”特性研究與測(cè)試為基礎(chǔ)，建立和應(yīng)用大數(shù)據(jù)庫(kù)，并將現(xiàn)代信息技術(shù)與礦物加工技術(shù)深度融合，經(jīng)過(guò)智能推薦、模擬仿真和有限的選礦驗(yàn)證試驗(yàn)，快捷、高效、精準(zhǔn)地選擇選礦工藝技術(shù)和裝備，為新建選礦廠(chǎng)的設(shè)計(jì)或老廠(chǎng)的技術(shù)改造提供支撐。

通過(guò)對(duì)礦床、礦石和礦物物性基因測(cè)試與研究，可為選礦工藝技術(shù)和流程的制定提供重要的信息基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，再借助于大數(shù)據(jù)庫(kù)的建立及與現(xiàn)代信息技術(shù)的深度融合，此三位一體的基因礦物加工工程的系統(tǒng)工程，有可能對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的礦物加工試驗(yàn)研究和工程轉(zhuǎn)化的傳統(tǒng)模式有突破性的創(chuàng)新。

3 基因礦物加工工程的研究方法和技術(shù)路線(xiàn)

3.1  礦物、礦石和礦床基因特性的研究與測(cè)試

礦石和礦物基因應(yīng)是決定可選性的重要因素，它包括礦床成因和類(lèi)型，礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，礦物組成，嵌布特性，結(jié)晶粒度，解離特性，礦物的晶體化學(xué)特征，包括元素組成、化學(xué)鍵特征、晶體構(gòu)造類(lèi)型、表面和內(nèi)部缺陷和礦物表面特性等。利用現(xiàn)代工藝礦物學(xué)的多種研究手段，對(duì)礦物、礦石的基因特性進(jìn)行系統(tǒng)研究測(cè)試，提出原則的磨礦分級(jí)流程和選別流程，推測(cè)理論選礦指標(biāo)。這是制定選礦工藝流程的基礎(chǔ)。

3.2  建立并利用大數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

將龐大的礦石工藝礦物學(xué)研究，礦床、礦石和礦物的基因測(cè)試，選礦工藝試驗(yàn)研究，選礦廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)以及選礦廠(chǎng)工程設(shè)計(jì)資料等歷史的、現(xiàn)今的、國(guó)內(nèi)的、國(guó)外的大量資料進(jìn)行收集、研究、建立數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.3  現(xiàn)代信息技術(shù)與基因礦物加工技術(shù)深度融合

根據(jù)礦物、礦石和礦床的基因研究測(cè)試結(jié)果并借助于已建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)過(guò)智能選擇，初步提出選礦流程方案和預(yù)定的工藝指標(biāo)，再經(jīng)過(guò)虛擬選礦廠(chǎng)的模擬仿真，推薦出工藝流程及指標(biāo)。

3.4  有限的選礦試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)所推薦的選礦工藝流程及指標(biāo)，開(kāi)展有限的選礦試驗(yàn)研究，目的是對(duì)基因測(cè)試研究、大數(shù)據(jù)技術(shù)和信息技術(shù)三位一體推薦的工藝流程及指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證成功的經(jīng)確認(rèn)后轉(zhuǎn)入應(yīng)用，不成功者反饋到虛擬仿真和數(shù)據(jù)庫(kù)再循環(huán)推出。

3.5  工程轉(zhuǎn)化及數(shù)據(jù)反饋

對(duì)確認(rèn)的選礦工藝流程和選礦指標(biāo)正式用于選礦廠(chǎng)建設(shè)或技術(shù)改造的工程設(shè)計(jì)。投產(chǎn)后的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)必須反饋到虛擬仿真和數(shù)據(jù)庫(kù)。

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