铜矿物的晶体化学基因特征及浮选机理研究.PDF

博士学位论文公示材料 学生姓名 孙乾予 学号 1410463 二级学科 矿物加工工程 导师姓名 印万忠 论文题目 铜矿物的晶体化学基因特征及浮选机理研究 论文研究方向 矿物浮选晶体化学 论文关键词 铜矿物；基因特征；可浮性；模型预测；浮选机理 论文摘要 (中文) 基因矿物加工工程，简称 GMPE(Genetic Mineral Processing Engineering) ，是从矿床成因、矿石性 质、矿物特性等矿物加工的“基因”特征入手，建立大数据库与现代信息技术融合，研究矿物加工“基因” 特性与选矿工艺流程及选矿指标间的关系，实现利用数学模型预测给定矿石的选矿工艺流程与指标的 一项系统工程，由于该工程浩大繁杂，需要对各类矿物的基因特性和浮选规律进行研究。 本文以具有代表性的铜矿物黄铜矿、斑铜矿、孔雀石、蓝铜矿和赤铜矿作为研究对象，通过 MS 模拟、XPS 、溶解性试验和表面电位等详细研究了铜矿物的晶体结构、能带结构、态密度、Mulliken 布 居数、表面能、断裂键、表面元素分布、表面离子溶出和表面电性等基因特征，通过铜矿物的可浮性 规律与基因特征建立联系，再根据铜矿物的浮选数据建立函数模型来预测和验证混合铜矿的最佳药剂 用量和 pH 值下的回收率和品位，并结合铜矿物的基因特征和一系列的检测对铜矿物的可浮性进行机理 研究。 通过铜矿物的浮选规律与基因特征关系得出：铜矿物的天然可浮性大小为：斑铜矿黄铜矿赤铜 矿≈孔雀石≈蓝铜矿，可浮性与断裂面、断裂键密度和布居数相关；在黄药类捕收剂 （NaEX 、NaBX 和 NaIAX ）、丁铵黑药和乙硫氮作用下的可浮性大小为：斑铜矿黄铜矿蓝铜矿≈孔雀石赤铜矿，可 浮性与禁带宽度和表面 S 元素含量相关；在油酸钠、烷基羟肟酸和水杨羟肟酸下的可浮性大小为：赤 铜矿蓝铜矿孔雀石斑铜矿黄铜矿，可浮性与矿物表面 Cu 元素含量相关；在十二胺下的可浮性大 小为：黄铜矿斑铜矿蓝铜矿孔雀石赤铜矿，黄铜矿和斑铜矿可浮性与表面电性相关，孔雀石、蓝 铜矿和赤铜矿的可浮性与表面 Cu2+ 的溶解相关。 通过矿物在调整剂和金属离子下的浮选规律与基因特征关系得出：在硫化钠作用下斑铜矿的可浮 性好于黄铜矿，与表面 Fe 元素含量相关，氧化铜的可浮性大小为：蓝铜矿孔雀石赤铜矿，可浮性与 表面 Cu2+ 的溶解相关；组合调整剂硫酸铵+硫化钠对于氧化铜的可浮性大小为：孔雀石＞蓝铜矿＞赤铜 矿，可浮性与氧化铜表面 Cu2+ 的溶解相关；水玻璃和六偏磷酸钠对硫化后的孔雀石、蓝铜矿和赤铜矿 的可浮性大小分别为：赤铜矿孔雀石蓝铜矿，赤铜矿≈孔雀石蓝铜矿，可浮性与经过水玻璃和六偏 磷酸钠络合后氧化铜表面 Cu2+ 的溶解相关；黄铜矿和斑铜矿可浮性受 Ca2+ 、Mg2+含量有一定影响，但 Fe3+含量对黄铜矿和斑铜矿影响更大，可浮性与表面电性相关，而金属离子对硫化后的氧化铜的可浮性 与表面 Cu2+ 的溶解相关。 通过铜矿物的分配系数和铜矿物的浮选函数建立混合铜矿的浮选函数模型，得出不同比例的混合 硫化铜在预测的药剂用量和 pH 值下的回收率和品位与实际值一致，而对于混合硫化铜和氧化铜，仅在 二者比例相近时，在预测药剂用量和 pH 值下的回收率和品位与实际值一致。 NaBX 容易在黄铜矿和斑铜矿表面发生吸附，生成黄原酸铜、黄原酸铁和双黄药等物质；而孔雀石、 蓝铜矿和赤铜矿表面的 Cu2+ 易溶解，生成的黄原酸盐难固定在矿物表面，导致可浮性差。组合捕收剂 NaIAX 和 DDA 可以降低形成胶束的浓度，使捕收剂更容易缔合团聚在孔雀石表面，通过 Zeta 电位测 试和红外光谱分表明 NaIAX+DDA 以氢键吸附、化学吸附和静电吸附的形式作用在硫化后的孔雀石表 面，生成的黄原酸铜盐和铜胺络合物强化了孔雀石的可浮性。硫酸铵可以提高氧化铜矿物的表面电性 来增强对硫化钠的吸附，经 SEM-EDS 分析表明孔雀石、蓝铜矿和赤铜矿经过硫酸铵和硫化钠硫化后表 面的硫化铜的产物增多，水玻璃在溶液中产生的硅酸氢根离子会降低黄铜矿和斑铜矿对 NaBX 的吸附， 而硅酸氢根离子会在氧化铜表面络合，降低或阻止了表面的硫化铜产物的生成。 硫化铜与氧化铜在浮选中的相互影响，高比例的硫化铜与氧化铜混合时，氧化铜会在硫化铜表面