专辑特约主编寄语

基因矿物加工工程,简称 GMPE(Genetic Mineral Processing Engineering),由孙传尧院士首次提出,是将“基因”的概念和思路引入到矿物加工领域,并逐渐得到了行业内的广泛认可。基因矿物加工工程是以矿床成因、矿石性质、矿物特性等矿物加工的“基因”特性研究与测试为基础,通过建立和应用数据库,并将现代信息技术与矿物加工技术深度融合,经过智能决策、模拟仿真和有限的选矿验证试验,快捷、高效、精准地选择选矿技术和工艺流程,为新建选矿厂的设计或老选矿厂的技术改造提供支撑的技术。2016 年,中国工程院设立了“基因矿物加工工程可行性及发展战略研究”咨询研究项目,为基因矿物加工工程的研究确立了方向,奠定了基础。基因矿物加工在浮选领域的研究与应用是目前最活跃的,为及时总结、系统报道矿物基因特性与矿物浮选关系的研究成果,《金属矿山》编辑部出版了“基因矿物加工在矿物浮选中的研究与应用”专辑,共同推进基因矿物加工工程与矿物浮选新理论、新方法、新技术、新应用等方面研究成果的传播。专辑共刊登了 21 篇涉及“基因浮选”方向的理论与研究论文,作者主要来自东北大学、中南大学、清华大学、西南科技大学、福州大学、内蒙古科技大学、安徽工业大学、山东理工大学、太原理工大学、北京矿冶科技集团有限公司、广东省资源综合利用研究所、中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所、成都利君实业股份有限公司、矿物加工科学与技术国家重点实验室、难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心、低品位难处理黄金资源综合利用国家重点实验室、固体废物处理与资源化教育部重点实验室等单位和研究机构。在此向全体撰稿人、审稿人以及编辑部同仁表示衷心感谢,希望本专辑的出版有助于促进基因浮选理论与技术的发展,从而为基因矿物加工研究体系的逐渐形成添砖加瓦。     

六偏磷酸钠及硅酸钠对海水浮选黄铜矿的影响机理

黄铜矿是重要的含铜矿物,常用浮选方法获得,浮选过程需要消耗大量淡水资源,采用海水代替淡水 作为浮选媒介具有较好的应用前景。但海水中 Ca²⁺、Mg²⁺等离子易形成亲水沉淀,影响颗粒-气泡附着过程。分散 剂可以有效缓解沉淀物质对黄铜矿浮选的不利影响,但其作用机理尚不清楚。通过三相泡沫稳定性、接触角、Zeta 电位、XPS 及 DLVO 理论计算、动力学计算、分子动力学模拟等手段,研究了黄铜矿的表面性质,解释了六偏磷酸钠 （SH）和硅酸钠（SS）两种分散剂的作用机理。结果表明：纯水中分散剂几乎不影响黄铜矿浮选回收率;海水和 0.05 mol/L MgCl₂体系中,分散剂使黄铜矿颗粒和氢氧化镁之间的吸引力转变为排斥力,阻止了氢氧化镁在黄铜矿表面 的吸附,进而增加黄铜矿的可浮性。动力学计算表明,海水和 0.05 mol/L MgCl₂中加入分散剂后,浮选速率常数 k 和 理论最大回收率 R_∞均显著提高,且 SH 效果优于 SS。     

锂辉石晶体结构及浮选药剂作用机理综述

锂资源作为当前新型能源矿产备受关注。锂辉石是典型的伟晶岩型锂矿,也是提取锂的主要原料,目前主要通过浮选法对锂辉石进行分离和提纯。对锂辉石矿石性质及其浮选药剂展开系统评述,介绍了锂辉石晶体结构和表面特性以及锂辉石浮选捕收剂、活化剂和抑制剂的作用机理。锂辉石碎磨后通过表面暴露出的Li⁺和Al³⁺与捕收剂发生吸附反应,金属离子活化剂Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺主要通过增加锂辉石表面的捕收剂吸附位点来促进锂辉石浮选,而抑制剂主要通过阻碍矿物表面捕收剂的吸附或在矿物表面形成亲水性沉淀来达到浮选分离效果。通过分析前人对锂辉石浮选药剂作用机理研究成果,以期能够为锂资源的高效利用提供支撑,并对锂辉石浮选的未来发展方向进行了展望,为新型药剂的开发提供新思路。     

六偏磷酸钠及硅酸钠对海水浮选黄铜矿的影响机理

黄铜矿是重要的含铜矿物,常用浮选方法获得,浮选过程需要消耗大量淡水资源,采用海水代替淡水 作为浮选媒介具有较好的应用前景。但海水中 Ca²⁺、Mg²⁺等离子易形成亲水沉淀,影响颗粒-气泡附着过程。分散 剂可以有效缓解沉淀物质对黄铜矿浮选的不利影响,但其作用机理尚不清楚。通过三相泡沫稳定性、接触角、Zeta 电位、XPS 及 DLVO 理论计算、动力学计算、分子动力学模拟等手段,研究了黄铜矿的表面性质,解释了六偏磷酸钠 （SH）和硅酸钠（SS）两种分散剂的作用机理。结果表明：纯水中分散剂几乎不影响黄铜矿浮选回收率;海水和 0.05 mol/L MgCl₂体系中,分散剂使黄铜矿颗粒和氢氧化镁之间的吸引力转变为排斥力,阻止了氢氧化镁在黄铜矿表面 的吸附,进而增加黄铜矿的可浮性。动力学计算表明,海水和 0.05 mol/L MgCl₂中加入分散剂后,浮选速率常数 k 和 理论最大回收率 R_∞均显著提高,且 SH 效果优于 SS。     

蛇纹石型硫化铜镍矿浮选研究进展

含蛇纹石脉石的硫化铜镍矿是我国镍资源的主要来源。蛇纹石质软,易泥化,在硫化铜镍矿浮选常用的弱碱性p H区间,脉石矿物蛇纹石表面荷正电,而硫化矿物表面荷负电,二者之间存在较强的静电吸引作用,容易发生异相凝聚。异相凝聚导致蛇纹石矿泥罩盖在硫化矿物表面,抑制了硫化矿物的浮选。脱附硫化矿物表面罩盖的蛇纹石矿泥是提高该类型硫化铜镍矿回收率的关键。脱附罩盖矿泥的方法有化学脱附法和物理脱附法。化学脱附法是利用六偏磷酸钠、碳酸钠、羧甲基纤维素、水玻璃等化学药剂改变蛇纹石表面电性,使蛇纹石与硫化矿物之间的相互作用由吸引变为排斥,从而消除蛇纹石对硫化矿物的抑制作用。物理脱附法是利用流体力场和超声外场的作用脱附硫化矿物表面罩盖的蛇纹石矿泥,消除蛇纹石对硫化矿物的抑制作用。根据该类型硫化铜镍矿的矿石特点及相关理论研究开发的酸法浮选、脱泥浮选等浮选技术,取得了较好的选别效果。     

不同价态杂质离子对黄铜矿浮选的影响机理研究

随着淡水资源的匮乏,选矿回水逐渐用于浮选黄铜矿,回水中存在的杂质离子会影响黄铜矿浮选指标。因此,以Na+、Ca2+、Al3+为例,研究不同价态的杂质离子对黄铜矿浮选的影响及其作用机理。试验结果表明:NaCl对黄铜矿可浮性有较强的促进效果,高浓度CaCl2对黄铜矿可浮性有明显抑制作用,而AlCl3对黄铜矿可浮性有一定抑制作用,但影响不显著。黄铜矿表面接触角、Zeta电位及物相图表明:高浓度NaCl阻碍气泡兼并,增加矿浆起泡性,压缩矿物表面双电层,减小气泡到达矿物表面的能量壁垒,促进气泡-颗粒的附着,提高黄铜矿可浮性;CaCl2对黄铜矿浮选的抑制作用是在溶液中形成了亲水的Ca2+羟基络合物(Ca(OH)+),通过很强的亲和力吸附于黄铜矿表面,降低了黄铜矿表面的Zeta电位负值,进而降低其表面疏水性,抑制黄铜矿浮选;AlCl3对黄铜矿浮选的抑制作用主要是因为形成的亲水氢氧化铝沉淀附着于黄铜矿表面,导致黄铜矿表面疏水性减弱,但由于形成沉淀浓度较低,对黄铜矿表面电位和浮选作用有限。     

硅灰石和石榴石浮选分离特性研究

本文研究了硅灰石和石榴石的表面化学特性和浮选行为, 用油酸钠、FeCl₃和FD₁等作浮选剂, 实现了石榴石与硅灰石的有效分离。研究表明, 这2种矿物表面溶解特性的差别, Fe³⁺和油酸钠在2种矿物表面的吸附差异以及FD1药剂对硅灰石的选择性抑制作用, 是实现硅灰石和石榴石有效分离的关键。在Fe³⁺活化的石榴石和硅灰石表面, 油酸钠的化学吸附形式为桥型和螫合型。     

金属离子对微细粒锂辉石与长石浮选矿浆流变性的影响

微细粒锂辉石浮选回收难度大,金属离子可在锂辉石矿物表面生成羟基络合物及氢氧化物沉淀,从而改变微细粒锂辉石矿物表面动电位、矿物颗粒分布状态和矿物颗粒尺寸等性质,使矿浆流变特性发生改变。为充分了解金属离子对微细粒锂辉石和长石矿浆流变特征及其浮选行为的影响,开展了流变特性测试、浮选试验、表面动电位测试、EDLVO理论计算和矿浆流体形态观测等试验研究。结果表明:Mn²⁺、Ca²⁺和Fe³⁺均能改变微细粒锂辉石和长石矿浆的表观黏度和屈服应力等流变特性,Mn²⁺在增大微细粒锂辉石矿浆表观黏度和屈服应力的同时也能提升其浮选回收效果,而Mn²⁺在碱性条件下能抑制微细粒长石的浮选回收,从而扩大微细粒锂辉石和长石的可浮性差异;在Mn²⁺的活化作用下,微细粒锂辉石和长石颗粒间作用力以疏水作用吸引力为主导,矿物颗粒间的聚集效应加剧,使得矿浆悬浮液中网络状空间结构的强度进一步增强,改善了微细粒锂辉石浮选回收效果,为微细粒锂辉石矿浆流变性的定向调控及其浮选分离回收提供新的思路。     

絮凝沉降—臭氧氧化法处理硫化铜选矿废水试验

选矿厂废水排放量大,废水中固体悬浮物、浮选药剂、重金属离子等物质含量高,废水外排处理成本高且易造成二次污染,直接回用又影响浮选指标。因此,实现选矿废水的循环利用对节约有限的水资源,减少环境污染具有重要意义。模拟废水浮选试验结果表明:废水中的Al³⁺、Fe3³⁺对硫化铜矿浮选有显著抑制作用,Pb²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺对硫化铜矿浮选影响较小;随着丁基黄药和Z-200浓度的增加,捕收剂对铜的选择性变差。采用絮凝—臭氧氧化工艺处理安徽某铜矿山选矿废水试验结果表明:聚丙烯酰胺对废水中的重金属离子及悬浮物具有显著的沉降效果;在整个pH期间,臭氧对丁基黄药去除效果显著,pH=8时,臭氧对Z-200去除效果最佳。采用絮凝沉降—臭氧氧化联合工艺处理后的选矿废水用于浮选试验,其浮选指标略低于清水浮选指标,远优于废水直接回用浮选指标。即应用此工艺处理硫化铜浮选总尾矿水,可有效降低水中不利组分的含量,实现水资源的高效利用。     

金属离子对煤泥浮选细泥罩盖的影响研究

为了研究不同金属离子对煤泥浮选中细泥罩盖的影响，利用浮选试验和Zeta电位分析等手段考察了不同金属离子对浮选的作用，研究结果表明：钠、钙、镁、铝离子都会不同程度地影响细泥存在下的浮选指标，低浓度的钙、镁、铝离子便可以使细泥罩盖更易发生，而且金属阳离子的价数越高影响越显著。提高捕收剂用量可以减少细泥罩盖对浮选精煤产率的影响，但是会增大浮选精煤灰分。钠离子对细泥罩盖的影响最微弱，但是高浓度的钠离子浓度会通过影响气泡大小及矿浆黏度的方式影响浮选指标，具体表现为钠离子浓度越高气泡越小，矿浆黏度越大。金属阳离子可以通过压缩矿物颗粒表面双电层的方式改变矿物Zeta电位，矿物Zeta电位负值随着金属阳离子浓度的增大而降低，高浓度的铝离子还会使矿物颗粒Zeta电位由负值变为正值。     

稀有金属铍的选矿研究现状和展望

本文简述了稀有金属铍的资源分布、铍矿物种类、类型及国内需求;介绍了铍矿物不同的选矿方法,对于不同的铍矿物绿柱石、羟硅铍石、硅铍石和金绿宝石的选矿现状进行详细的阐述。主要内容包括：绿柱石的选矿工艺流程、锂铍分离的工艺流程、绿柱石的常规浮选药剂、新药剂和新工艺等;羟硅铍石的浮选工艺和浮选药剂,以及采用化学选矿、浮选-化学选矿联合工艺等;硅铍石和金绿宝石的浮选药剂以及浮选-浸出工艺联合工艺;铍矿床中资源综合利用情况,包括锂辉石,铌、钽、铷、云母、石英和长石等综合回收利用。为了改变国内铍资源高度依赖进口的现状,我们要高度重视铍矿资源勘查;加强研发高效、环保、选择性强的铍矿物浮选药剂和开发合理的联合工艺流程,使低品位的铍矿山能够开发利用,实现其真正的价值。单一的选矿流程不能满足矿石性质复杂的铍矿石回收,联合工艺流程是今后回收铍矿物和伴生矿物的发展方向。重视矿山的伴生矿产资源,根据不同的伴生矿物自身的特性研发合理的联合工艺流程,综合回收这些伴生矿物,最终实现矿山的综合利用最大化,同时实现了矿山的无尾化,这是对生态环境最好的保护。     

霓石溶出金属离子对镜铁矿、霓石可浮性的影响

为了研究霓石表面溶出离子Fe³⁺、Na⁺对十二胺体系中镜铁矿和霓石可浮性的影响，以0.044~0.074 mm粒级镜铁矿和霓石单矿物为研究对象，进行单矿物浮选试验，并通过Zeta电位测量和溶液化学计算研究其作用机理。结果表明：十二胺对镜铁矿和霓石均具有较好的捕收作用；Fe³⁺对镜铁矿的抑制效果强于霓石，Na⁺对2种矿物可浮性均无明显影响；加入Fe³⁺、Na⁺均能使镜铁矿和霓石矿物表面电位发生右移，表面电位升高减弱了十二胺在矿物表面的静电吸附；Fe3+主要以亲水性Fe（OH）₃沉淀形式吸附在矿物表面，使矿物亲水性增大，从而对矿物产生抑制作用。     

江西某铅锌银多金属硫化矿石选矿工艺研究

江西某铅锌银多金属硫化矿石中铅主要以方铅矿形式存在,锌主要以闪锌矿形式存在,银主要以银黝铜矿、辉银矿、深红银矿等形式与方铅矿密切伴生。为合理开发该矿产资源,对其进行了选矿工艺研究。结果表明,在-0.074 mm占78%的磨矿细度和石灰形成的pH=11碱性条件下,以乙硫氮+丁铵黑药为铅银矿物的捕收剂、ZnSO₄+Na₂SO₄为锌矿物的抑制剂优先浮选铅及伴生银矿物,浮铅银尾矿以硫酸铜为活化剂、丁黄药为捕收剂浮选闪锌矿,可获得铅品位为57.05%、铅回收率为88.11%的铅精矿和锌品位为48.31%、锌回收率为86.29%的锌精矿,银在铅、锌精矿中的总回收率达到87.99%。     

钙镁离子对长石和绿帘石浮选的影响及其作用机理

通过小型浮选试验、动电位测试、吸附试验、溶液化学计算和红外光谱分析等手段研究了油酸钠体系下Ca²⁺和Mg²⁺对长石和绿帘石浮选的影响。结果表明, 纯净的长石和绿帘石矿物几乎不浮, 加入Ca²⁺、Mg²⁺后, 矿物可浮性得到改善;钙镁离子主要以Ca²⁺、CaOH⁺、CaCO₃(s)和Mg²⁺、MgOH⁺、MgCO₃(s)形式吸附在矿物表面;油酸钠和钙镁离子在长石和绿帘石矿物表面存在静电吸附, 且钙镁离子可以促进油酸钠在矿物表面的吸附。     

钙离子对胶磷矿和白云石可浮性的影响研究

以白云石-胶磷矿体系为研究对象, 在无机阴离子存在的条件下, 研究了钙离子对胶磷矿和白云石浮选行为的影响。试验结果表明: F^-存在的条件下, Ca²⁺对两种矿物的可浮性影响并不大; 而CO₃^2-存在的条件下, 在强碱性环境中, Ca²⁺的加入使两种矿物的可浮性趋于一致。同时, 在Ca²⁺体系中, 当pH≈7时, SO₄^2-对胶磷矿的抑制效果较好; 在pH=5~7时, PO₄^3-对两种矿物有明显的选择性抑制作用。F^-和CO₃^2-混合体系中, Ca²⁺对两种矿物的浮选均有一定的活化作用, Ca²⁺对胶磷矿的活化作用要优于白云石。     

锂辉石、钾长石矿物基因特性及其可浮性分析

通过量子化学计算、X 射线光电子能谱分析、矿物表面动电位检测、单矿物浮选试验等分析测试手段研究了锂辉石、钾长石 2 种矿物的晶体结构和表面性质，揭示其矿物基因特性与可浮性的关系。研究结果表明：锂辉石晶体结构中 Li-O 键和 Al-O 键相对容易断裂，Li⁺、Al³⁺金属离子最易从矿物表面解离出来，矿物表面具有相对较高的零电点；而钾长石晶体结构中的 K-O 键和 Si-O 键容易断裂，解离后的矿物表面容易与水中羟基发生吸附作用，使得矿物表面电负性较强，矿物零电点相对较低；锂辉石在阴离子捕收剂体系下的可浮性高于同体系下钾长石的可浮性，而在阳离子捕收剂体系下，锂辉石的可浮性低于同体系下钾长石的可浮性，矿物基因特性与及可浮性之间存在着较强的对应关系。研究结果验证了基因矿物加工工程研究对矿物加工工程实践具有重要的指导意义。     

Decoupling rehology and slime coatings effect on the natural flotability of chalcopyrite in a clay-rich flotation pulp

Clay minerals are a commonly occurring gangue in mineral beneficiation operations and occur in a variety of ore deposits, including porphyry copper ores. The presence of clays in mineral beneficiation circuits can cause a wide range of different problems, including that of slime coatings on valuable minerals and elevated viscosities of flotation pulps. The aim of this work was to decouple and estimate the relative magnitudes of the slime coatings and pulp rheology effects on the natural floatability of chalcopyrite in a model mineral system. It was found that the two phenomena can be partially isolated and that they both have a detrimental effect on flotation performance. It was also found that the level to which these two phenomena affect chalcopyrite recovery is of a similar order of magnitude.     

Ca2+对菱镁矿浮选行为的影响

为了尽可能消除难免离子Ca²⁺对菱镁矿浮选的影响，通过纯矿物浮选实验、Ca²⁺浮选溶液化学计算和红外光谱分析等方法，考察了油酸钠浮选体系下Ca²⁺对菱镁矿浮选行为的影响并分析其机理。研究表明：①在油酸钠浮选体系下，在矿浆7≤pH≤12情况下，Ca²⁺对菱镁矿浮选具有较强的抑制作用，且Ca²⁺浓度升高对菱镁矿浮选的抑制作用增强。②矿浆中的Ca²⁺是抑制菱镁矿浮选的主要组分。③在pH=10的碱性条件下，菱镁矿表面存在亲水的-OH吸收峰，证实Ca²⁺与菱镁矿发生了吸附作用。