基因矿物加工工程研究

1、 基因矿物加工工程研究基因矿物加工工程研究 孙传尧孙传尧 北京矿冶研究总院北京矿冶研究总院 2016年年5月，月，南昌南昌 目录目录 一、一、基因矿物加工工程的提出背景基因矿物加工工程的提出背景和必要性和必要性 二、开展基因矿物加工工程研究可二、开展基因矿物加工工程研究可望对传统的选矿工艺技术开发有突破性望对传统的选矿工艺技术开发有突破性创新创新 三、现今在矿物加工科学研究中已三、现今在矿物加工科学研究中已关注了基因要素关注了基因要素 四、基因矿物加工工程的研究方法四、基因矿物加工工程的研究方法和技术路线和技术路线 五、小结五、小结一、基因矿物加工工程的提出背景和必要性一、基因矿物加工工程的提

2、出背景和必要性 基因是基因是DNA分子上的一个功能片断，是决定一切生物物种最基本的因分子上的一个功能片断，是决定一切生物物种最基本的因子；基因支持着生命的基本构造和性能，储存着生命过程的全部信息。子；基因支持着生命的基本构造和性能，储存着生命过程的全部信息。1.1 近年来国内外已把近年来国内外已把“基因基因”这一概念引入无机材料领域这一概念引入无机材料领域 美国政府于美国政府于2011年年6月宣布了月宣布了“材料基因计划（材料基因计划（MGI)，主要内容是高通，主要内容是高通量材料计算、高通量材料合成和表征实验以及数据库的技术融合与协同，将量材料计算、高通量材料合成和表征实验以及数据库的技术融

3、合与协同，将材料从发现、制造到应用速度至少提高一倍。几年的实践表明，这是一项可材料从发现、制造到应用速度至少提高一倍。几年的实践表明，这是一项可使研究经费减半，工作量减半的事半功倍的系统工程。欧盟、日本也提出了使研究经费减半，工作量减半的事半功倍的系统工程。欧盟、日本也提出了相类似的计划。受这一思路的启发，中国材料界近相类似的计划。受这一思路的启发，中国材料界近23年间已开展了中国版年间已开展了中国版材料基因计划研究。材料基因计划研究。 “材料基因工程关键技术与支撑平台材料基因工程关键技术与支撑平台”重点专项目前重点专项目前已列入已列入2016年度国家重点研发计划。年度国家重点研发计划。 当今

4、社会上当今社会上“基因基因”这一术语引用拓展得很多，在自然科学、工程技术这一术语引用拓展得很多，在自然科学、工程技术领域用，甚至人文和社会科学也用。其实，将领域用，甚至人文和社会科学也用。其实，将“基因基因”引入矿物加工领域并引入矿物加工领域并研究应用是很贴切的。研究应用是很贴切的。1.2 矿床、矿石和矿物的基因特性决定了矿石的可选性矿床、矿石和矿物的基因特性决定了矿石的可选性 选矿厂处理的矿石尽管千差万别，但它与矿床成因、矿床选矿厂处理的矿石尽管千差万别，但它与矿床成因、矿床类型和矿石、矿物等固有的基因有内在的联系。换言之，从矿类型和矿石、矿物等固有的基因有内在的联系。换言之，从矿床形成时，

5、它就带有某种基因的特征，并且有共性。例如，对床形成时，它就带有某种基因的特征，并且有共性。例如，对于某些岩浆岩或火成岩类于某些岩浆岩或火成岩类的硫化矿的硫化矿矿床，当岩浆结晶分异完成矿床，当岩浆结晶分异完成时就带有一定基因特点：生成的磁黄铁矿多，并且黄铁矿和磁时就带有一定基因特点：生成的磁黄铁矿多，并且黄铁矿和磁黄铁矿中钴含量高。因此，黄铁矿中钴含量高。因此，矿床、矿石和矿床、矿石和矿物的基因特征应是矿物的基因特征应是决定矿物决定矿物分选分选的最本质因素，包括矿石的矿物组成、嵌布特性、的最本质因素，包括矿石的矿物组成、嵌布特性、结晶粒度、矿物的晶体结构、元素信息、化学键信息、晶格信结晶粒度、矿

6、物的晶体结构、元素信息、化学键信息、晶格信息、缺陷信息等，是由矿床成因及工业类型，矿石的结构构造、息、缺陷信息等，是由矿床成因及工业类型，矿石的结构构造、物质组成，矿物的物质组成，矿物的共伴生和相共伴生和相嵌特性等决定的，并将影响嵌特性等决定的，并将影响碎磨、碎磨、重选、磁选、浮选等加工特性。重选、磁选、浮选等加工特性。 1.3 传统的矿物加工技术开发模式存在弊端传统的矿物加工技术开发模式存在弊端 国内外矿物加工（选矿国内外矿物加工（选矿）传统的技术）传统的技术研究开研究开发模式的一般流程为：发模式的一般流程为： 工艺矿物学研究工艺矿物学研究系统的选矿试验研究（包系统的选矿试验研究（包括小型试

7、验、扩大连续试验、半工业或工业试验括小型试验、扩大连续试验、半工业或工业试验）推荐工艺流程方案推荐工艺流程方案根据推荐流程及经验进根据推荐流程及经验进行选矿厂设计行选矿厂设计试车投产。试车投产。该模式存在很大的弊该模式存在很大的弊端，如开发周期长、成本高、效率低、重复试验端，如开发周期长、成本高、效率低、重复试验工作造成的浪费等。有的选矿厂投产之日就是技工作造成的浪费等。有的选矿厂投产之日就是技术改造之时，个别选矿厂甚至到达服务年限仍未术改造之时，个别选矿厂甚至到达服务年限仍未达产达标。达产达标。造成这些弊端的造成这些弊端的主要主要原因原因在于：在于：1 1）、对制约于选矿工艺技术的根本因素）

8、、对制约于选矿工艺技术的根本因素矿物、矿物、矿石和矿床的基因特性矿石和矿床的基因特性没有深入系统的研究、测试和没有深入系统的研究、测试和总结；总结；2 2）、大量现存的选矿工艺技术研究数据、工艺矿）、大量现存的选矿工艺技术研究数据、工艺矿物学数据、生产实践数据和以往的设计资料等物学数据、生产实践数据和以往的设计资料等大数据大数据库库没有建立，更无法得到有效利用；没有建立，更无法得到有效利用；3 3）、）、现代信息化技术现代信息化技术没有与选矿工艺技术研发和没有与选矿工艺技术研发和工程设计合理深度融合。工程设计合理深度融合。二、开展基因矿物加工工程研究可望对传统的二、开展基因矿物加工工程研究可望

9、对传统的选矿工艺技术开发有突破性的创新选矿工艺技术开发有突破性的创新 基因矿物加工工程，简称基因矿物加工工程，简称GMPE(Genetic Mineral Processing Engineering)，是，是以以矿床成因、矿石性质、矿物矿床成因、矿石性质、矿物物物性等矿物加工的性等矿物加工的“基因基因”特性特性研究与测试为基础研究与测试为基础，建立建立和和应用大数据库应用大数据库，并将，并将现代信息技术现代信息技术与矿物加工技术深度与矿物加工技术深度融合融合，经过智能推荐、模拟仿真和有限的选矿验证试验，经过智能推荐、模拟仿真和有限的选矿验证试验，快捷、高效、精准地选择选矿工艺技术和装备，为新

10、建选快捷、高效、精准地选择选矿工艺技术和装备，为新建选矿厂的设计或老厂的技术改造提供支撑。矿厂的设计或老厂的技术改造提供支撑。通过通过对对矿床、矿床、矿石和矿物物性基因测试与研究矿石和矿物物性基因测试与研究，可为选，可为选矿工艺技术和流程的制定提供重要的矿工艺技术和流程的制定提供重要的信息基础信息基础。在此基础在此基础上，上，再借助于大数据库再借助于大数据库的建立及与的建立及与现代信息技术的深度融现代信息技术的深度融合，此三位一体合，此三位一体的的基因矿物加工工程的基因矿物加工工程的系统工程系统工程，有可能，有可能对国内外现有的矿物加工试验研究和工程转化的传统模式对国内外现有的矿物加工试验研究

11、和工程转化的传统模式有突破性的创新。有突破性的创新。一个案例：一个案例：19781978年笔者刚到北京读研究生，与导师、年笔者刚到北京读研究生，与导师、北京矿冶研究总院副总工程师北京矿冶研究总院副总工程师吕永信吕永信先生初次见面时，先生初次见面时，导师对我讲起一件事：某矿业发达国家的一家公司为中导师对我讲起一件事：某矿业发达国家的一家公司为中国设计一座大型铜矿选矿厂，该公司只用简单少量试验国设计一座大型铜矿选矿厂，该公司只用简单少量试验就确定了设计指标。中国冶金部下达命令让北京矿冶研就确定了设计指标。中国冶金部下达命令让北京矿冶研究院验证试验并拟超过国外指标。该院集结多名技术骨究院验证试验并拟

12、超过国外指标。该院集结多名技术骨干奋战两个月，所取得的选矿指标与外国公司的设计指干奋战两个月，所取得的选矿指标与外国公司的设计指标相比略有提到，但是，标相比略有提到，但是，仅仅在分析误差之内仅仅在分析误差之内。 这一事实告诫我们，这一事实告诫我们，试验研究方法是否科学和高效是试验研究方法是否科学和高效是非常重要的。非常重要的。如今的科学技术发展到了一个新时代，可如今的科学技术发展到了一个新时代，可以考虑以考虑采用基因矿物加工工程的方法对传统的研究设计采用基因矿物加工工程的方法对传统的研究设计方法进行再创新。方法进行再创新。 三、在矿物加工科学研究中三、在矿物加工科学研究中已已经显现经显现了基因

13、了基因要要素素 实际上，在选矿科学研究中某些研究者已自觉或不自觉实际上，在选矿科学研究中某些研究者已自觉或不自觉地关注和运用基因特性，取得了一定的成果。地关注和运用基因特性，取得了一定的成果。3.1 影响矿物分离特性的矿石、矿床基因影响矿物分离特性的矿石、矿床基因 矿石和矿床成因的差异，导致不同矿床中含有的矿物种矿石和矿床成因的差异，导致不同矿床中含有的矿物种类不同，进而导致矿物分选方法和工艺的差异。在硫化矿物类不同，进而导致矿物分选方法和工艺的差异。在硫化矿物浮选实践中，常常发现不同矿床或同一矿床不同区段的同一浮选实践中，常常发现不同矿床或同一矿床不同区段的同一种矿物，其浮选行为存在很大的差

14、异。由于不同产地硫化矿种矿物，其浮选行为存在很大的差异。由于不同产地硫化矿物成矿温度、压力及环境的不同，导致同一种硫化矿物的晶物成矿温度、压力及环境的不同，导致同一种硫化矿物的晶胞参数、杂质和性质有很大的区别，从而导致矿物浮选行为胞参数、杂质和性质有很大的区别，从而导致矿物浮选行为的差异。的差异。 图图1是来自不同产地黄铁矿的可浮性与黄药浓度之间的关是来自不同产地黄铁矿的可浮性与黄药浓度之间的关系。可见，不同产地的黄铁矿在酸性和碱性介质中的可浮性系。可见，不同产地的黄铁矿在酸性和碱性介质中的可浮性均存在差异（根据陈述文、胡熙更）。均存在差异（根据陈述文、胡熙更）。图图1 国内八种不同产地黄铁矿

15、国内八种不同产地黄铁矿的浮选回收率与黄药浓度的浮选回收率与黄药浓度的关系的关系 1-湖南上堡；2-湖南东坡； 3-江西东乡；4-湖南水口山； 5-安徽铜官山；6-广东英德； 7-湖南七宝山； 8-江西德兴铜矿 图2 不同成因黄铁矿可浮性变化 于宏东、孙传尧于宏东、孙传尧等，研究了不同成因黄铁矿的等，研究了不同成因黄铁矿的可浮性变化情况，如图可浮性变化情况，如图2 2所示。所示。由由图图2 2可见可见，中低温中低温热液型的黄铁矿可浮性最好，浮选回收率超过热液型的黄铁矿可浮性最好，浮选回收率超过90%90%，而煤系沉积型黄铁矿的可浮性最差，而煤系沉积型黄铁矿的可浮性最差，浮选回收最高浮选回收最高也

16、不到也不到60%60%。 M C Fuerstenau研究了不同产地矿物的天然可浮性。研究了不同产地矿物的天然可浮性。发现当矿物的天然可浮性很好时，不同产地之间矿物的可发现当矿物的天然可浮性很好时，不同产地之间矿物的可浮性差别就越小，如方铅矿和黄铜矿具有很好的天然可浮浮性差别就越小，如方铅矿和黄铜矿具有很好的天然可浮性，回收率均在性，回收率均在90%以上，基本没有差别。而对于天然可以上，基本没有差别。而对于天然可浮性较差的黄铁矿和闪锌矿，不同产地的矿物可浮性差异浮性较差的黄铁矿和闪锌矿，不同产地的矿物可浮性差异就比较大，如闪锌矿的浮选回收率最低仅为就比较大，如闪锌矿的浮选回收率最低仅为41%，

17、最高达，最高达到到100%。辉铜矿的天然可浮性也较好，但不同产地的可浮。辉铜矿的天然可浮性也较好，但不同产地的可浮性差别较大。性差别较大。通过分析认为，不同产地矿物可浮性的差异通过分析认为，不同产地矿物可浮性的差异大小与硫化矿物的禁带宽度有关，禁带宽度代表了矿物的大小与硫化矿物的禁带宽度有关，禁带宽度代表了矿物的半导体性质，矿物禁带宽度越小，说明矿物电化学性质可半导体性质，矿物禁带宽度越小，说明矿物电化学性质可变的程度越小，不同产地矿物可浮性变化也越小，反之亦变的程度越小，不同产地矿物可浮性变化也越小，反之亦然。然。方铅矿和黄铜矿的禁带宽度为方铅矿和黄铜矿的禁带宽度为0.41eV和和0.50e

18、V，而黄，而黄铁矿、辉铜矿和闪锌矿的禁带宽度分别达到了铁矿、辉铜矿和闪锌矿的禁带宽度分别达到了0.90eV、2.10eV和和3.60eV，故不同产地的黄铁矿、辉铜矿和闪锌矿，故不同产地的黄铁矿、辉铜矿和闪锌矿的可浮性差异较大。的可浮性差异较大。 贾木欣贾木欣等等通过对不同铁矿床与矿石选矿分离特性的关系通过对不同铁矿床与矿石选矿分离特性的关系研究发现：研究发现：1）对于变质成因铁矿床，如辽宁鞍本、河北迁安滦县滦南、）对于变质成因铁矿床，如辽宁鞍本、河北迁安滦县滦南、北京密云、山西五台等地区铁矿床，引起该类型铁矿床矿石北京密云、山西五台等地区铁矿床，引起该类型铁矿床矿石可选性差异的成因因素是可选性

19、差异的成因因素是变质程度或氧化程度变质程度或氧化程度：一般时代越：一般时代越老变质程度高的矿石中老变质程度高的矿石中磁铁矿含量高磁铁矿含量高，铁矿物，铁矿物结晶粒度粗结晶粒度粗，该类该类矿石易选矿石易选；如果时代相对较新、变质程度低或经受后期；如果时代相对较新、变质程度低或经受后期氧化的矿石中赤铁矿含量高，需要强磁选和反浮选或正浮选氧化的矿石中赤铁矿含量高，需要强磁选和反浮选或正浮选分离；如变质程度不够，火山作用未受变质作用影响，常可分离；如变质程度不够，火山作用未受变质作用影响，常可形成镜铁矿，该类矿石需形成镜铁矿，该类矿石需强磁或强磁或焙烧后焙烧后磁磁选；选；如果沉积岩中如果沉积岩中出现碳

20、酸盐成分，常可形成含菱铁矿矿床，导致矿石分选难出现碳酸盐成分，常可形成含菱铁矿矿床，导致矿石分选难度极大。度极大。（2）对于岩浆结晶分异矿床及岩浆分异晚期灌入矿床，如）对于岩浆结晶分异矿床及岩浆分异晚期灌入矿床，如四川攀枝花地区和河北承德大庙地区钒钛磁铁矿床，岩浆分四川攀枝花地区和河北承德大庙地区钒钛磁铁矿床，岩浆分异导致铁钛共生，铁钛分离难度较大。异导致铁钛共生，铁钛分离难度较大。 （3）对矽卡岩型铁矿床，如河北邯邢地区、湖北大冶地区铁）对矽卡岩型铁矿床，如河北邯邢地区、湖北大冶地区铁矿床，在回收磁铁矿的同时还要回收伴生铜、铅和锌，且成矿矿床，在回收磁铁矿的同时还要回收伴生铜、铅和锌，且成矿

21、时形成高温磁黄铁矿，铁精矿还需考虑浮选时形成高温磁黄铁矿，铁精矿还需考虑浮选脱脱硫。硫。 4）对于与碱性侵入岩、次火山岩、火山岩相关含有大量铁）对于与碱性侵入岩、次火山岩、火山岩相关含有大量铁氧化物（磁铁矿、赤铁矿）同时伴生其它贱金属、稀有金属矿氧化物（磁铁矿、赤铁矿）同时伴生其它贱金属、稀有金属矿物的一类矿床，如白云鄂博铁矿床和梅山铁矿床，此类矿床成物的一类矿床，如白云鄂博铁矿床和梅山铁矿床，此类矿床成因因素为碱性岩浆含大量挥发组分和稀有因因素为碱性岩浆含大量挥发组分和稀有、稀土、稀土元素矿物，矿元素矿物，矿石成分复杂，需多元素综合回收，故选矿流程很长，同时选矿石成分复杂，需多元素综合回收，

22、故选矿流程很长，同时选矿难度较大。难度较大。（ 5）对于沉积型铁矿床，如宁乡式铁矿及宣龙式铁矿床，为）对于沉积型铁矿床，如宁乡式铁矿及宣龙式铁矿床，为海相沉积成因，矿石特点为鲕状赤铁矿并含胶磷矿，由于赤铁海相沉积成因，矿石特点为鲕状赤铁矿并含胶磷矿，由于赤铁矿嵌布粒度细而难以通过选矿得到高品位铁精矿，一般需深度矿嵌布粒度细而难以通过选矿得到高品位铁精矿，一般需深度还原焙烧得到金属铁再磁选回收铁。还原焙烧得到金属铁再磁选回收铁。 此外，此外，同样对于铜镍硫化物、斑岩型、矽卡岩同样对于铜镍硫化物、斑岩型、矽卡岩型和火山岩型等铜矿床，花岗岩型、矽卡岩型、斑型和火山岩型等铜矿床，花岗岩型、矽卡岩型、斑

23、岩型、海相火山岩型、陆相火山岩型、海相碳酸盐岩型、海相火山岩型、陆相火山岩型、海相碳酸盐系型、海相泥岩系型、海相泥岩-细碎屑岩型、砂岩型等铅锌矿床，细碎屑岩型、砂岩型等铅锌矿床，壳源改造花岗岩成因石英脉型和矽卡岩型钨矿床，壳源改造花岗岩成因石英脉型和矽卡岩型钨矿床，以及造山带型、斑岩型及高硫低硫浅成热液型、卡以及造山带型、斑岩型及高硫低硫浅成热液型、卡林型等金矿床，林型等金矿床，其矿床成因与选矿也具有密切的关其矿床成因与选矿也具有密切的关系，系，不同成因矿床中由于成矿成因的差异，导致矿不同成因矿床中由于成矿成因的差异，导致矿石中伴生的矿物种类不同，有价金属的赋存状态多石中伴生的矿物种类不同，有

24、价金属的赋存状态多样化，目标矿物的结晶和嵌布粒度存在差异，以及样化，目标矿物的结晶和嵌布粒度存在差异，以及矿物的泥化程度高低不同，进而影响了矿石的分选矿物的泥化程度高低不同，进而影响了矿石的分选效果。效果。3.2 矿石的结构构造基因与可选性的关系矿石的结构构造基因与可选性的关系 矿石的结构、构造特点能反映出有用矿物颗粒形状、大小以及相互结矿石的结构、构造特点能反映出有用矿物颗粒形状、大小以及相互结合的关系。因此，它们直接决定着矿石碎磨过程中有用矿物单体解离的难合的关系。因此，它们直接决定着矿石碎磨过程中有用矿物单体解离的难易程度以及连生体的特性。矿石的各种结构、构造类型对选矿工艺会产生易程度以

25、及连生体的特性。矿石的各种结构、构造类型对选矿工艺会产生不同的影响。不同的影响。 一般来说，浸染状构造、斑点状构造、条带状构造的矿石碎磨时是易一般来说，浸染状构造、斑点状构造、条带状构造的矿石碎磨时是易于解离的；于解离的； 具有复杂的鲕状构造、胶状构造、星点状构造的矿石则对选矿较为不具有复杂的鲕状构造、胶状构造、星点状构造的矿石则对选矿较为不利。利。 呈交代结构以及固溶体分离结构的矿石，选矿要彻底分离它们是比较呈交代结构以及固溶体分离结构的矿石，选矿要彻底分离它们是比较困难的。困难的。 而压碎而压碎结构结构、自形晶、自形晶结构结构以及半自形晶以及半自形晶结构结构的矿石一般有利于有用矿的矿石一般

26、有利于有用矿物的单体解离。物的单体解离。3.3矿物矿物 的晶体结构及其它物性的基因的晶体结构及其它物性的基因 文书明文书明等研究发现，等研究发现，矿物的流体包裹体杂质制约着矿物晶体的表面性矿物的流体包裹体杂质制约着矿物晶体的表面性质及疏水特性，是重要的矿物基因信息，影响矿物的可浮性和浮选分离。质及疏水特性，是重要的矿物基因信息，影响矿物的可浮性和浮选分离。 他们的研究认为，矿物在成岩、成矿及晶体生长过程中，他们的研究认为，矿物在成岩、成矿及晶体生长过程中，成矿流体及元素会不可避免成矿流体及元素会不可避免地地造成宏观和微观两个方面的造成宏观和微观两个方面的矿物缺陷出现并保留至今矿物缺陷出现并保留

27、至今。宏观方面是包括液体、气体和宏观方面是包括液体、气体和固体在内的矿物流体包裹体，这些大量的流体包裹体有的固体在内的矿物流体包裹体，这些大量的流体包裹体有的分布在晶体内、有的分布于晶界，也有的赋存于愈合的微分布在晶体内、有的分布于晶界，也有的赋存于愈合的微观观裂隙内，至今在主矿物中完好封存且与主矿物呈现明显裂隙内，至今在主矿物中完好封存且与主矿物呈现明显的相界。同时，伴随着成矿流体的运动，在矿物晶体生长的相界。同时，伴随着成矿流体的运动，在矿物晶体生长过程中，流体包裹体组分内外的原子会在矿物晶体内部存过程中，流体包裹体组分内外的原子会在矿物晶体内部存在，造成异质原子的取代、掺杂，形成微观方面

28、的晶格杂在，造成异质原子的取代、掺杂，形成微观方面的晶格杂质信息，由此，造成了矿物晶体本体几何和电子结构性质质信息，由此，造成了矿物晶体本体几何和电子结构性质的变化的变化。 由于流体包裹体的破坏、离子的释放和在矿物表面的由于流体包裹体的破坏、离子的释放和在矿物表面的吸附，吸附，引起矿物表面化学性质的变化和引起矿物表面化学性质的变化和可浮性的变化可浮性的变化。 矿物流体包裹体是矿物基因信息的组成之一，基于流矿物流体包裹体是矿物基因信息的组成之一，基于流体包裹体基因导向的表面重构、自活化、自抑制、交叉活体包裹体基因导向的表面重构、自活化、自抑制、交叉活化与抑制浮选效应，是基因矿物加工学的重要组成部

29、分。化与抑制浮选效应，是基因矿物加工学的重要组成部分。 流体包裹体杂质及其形成的晶格缺陷对晶体表面结构流体包裹体杂质及其形成的晶格缺陷对晶体表面结构和浮选分离的影响及其影响机理具有重要的研究价值，可和浮选分离的影响及其影响机理具有重要的研究价值，可作为基因矿物加工工程的组成部分，很值得进行深入研究。作为基因矿物加工工程的组成部分，很值得进行深入研究。 胡岳华胡岳华等等针对一水硬铝石型铝土矿铝硅浮选分离，针对一水硬铝石型铝土矿铝硅浮选分离，研究发研究发现了一水硬铝石与铝硅酸盐脉石矿物晶体结构的差异、表面断现了一水硬铝石与铝硅酸盐脉石矿物晶体结构的差异、表面断裂的裂的AlO和和SiO键及表面离子活

30、性区的差别，可影响矿物表键及表面离子活性区的差别，可影响矿物表面的润湿性与可浮性，类质同象及各种晶格杂质离子也将影响面的润湿性与可浮性，类质同象及各种晶格杂质离子也将影响浮选剂与矿物表面的相互作用和矿物可磨性。浮选剂与矿物表面的相互作用和矿物可磨性。据据此提出了正浮此提出了正浮选、反浮选铝硅分离的技术原型，选、反浮选铝硅分离的技术原型，用溶液化学计算研究了其基用溶液化学计算研究了其基本原理本原理。结果表明：阴离子捕收剂正浮选脱硅时捕收剂、分散。结果表明：阴离子捕收剂正浮选脱硅时捕收剂、分散剂和剂和pH值三者之间存在匹配关系；矿物的值三者之间存在匹配关系；矿物的PZC与捕收剂的与捕收剂的pKa值

31、是阳离子捕收剂反浮选的主要控制参数；阴离子捕收剂反浮值是阳离子捕收剂反浮选的主要控制参数；阴离子捕收剂反浮选时，铅盐和钙盐是浮选铝硅酸盐较理想的活化剂。在此基础选时，铅盐和钙盐是浮选铝硅酸盐较理想的活化剂。在此基础上，上，他提出了作用于矿物表面不同位点的铝他提出了作用于矿物表面不同位点的铝-硅矿物浮选剂分子硅矿物浮选剂分子组装设计原理及铝组装设计原理及铝-硅矿物浮选溶液化学原理，建立了铝硅矿物浮选溶液化学原理，建立了铝-硅矿硅矿物浮选分离界面物理化学理论，以及基于矿物表面性质调控矿物浮选分离界面物理化学理论，以及基于矿物表面性质调控矿物物/溶液溶液/药剂界面相互作用的原理和方法。药剂界面相互作

32、用的原理和方法。 陈建华陈建华等人等人通过大量研究认为，通过大量研究认为，对于具有半导体性质的硫对于具有半导体性质的硫化矿物，晶格缺陷能够显著改变其晶体结构（如晶胞膨胀、缩化矿物，晶格缺陷能够显著改变其晶体结构（如晶胞膨胀、缩小及晶胞畸变等）和半导体性质（半导体类型、能带结构、电小及晶胞畸变等）和半导体性质（半导体类型、能带结构、电子态密度等），从而影响了硫化矿物的电化学浮选行为。子态密度等），从而影响了硫化矿物的电化学浮选行为。采用采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了空位缺陷和杂质缺陷对基于密度泛函理论的第一性原理研究了空位缺陷和杂质缺陷对硫化矿物结构、性质和药剂分子吸附的影响。结果表明，

33、晶格硫化矿物结构、性质和药剂分子吸附的影响。结果表明，晶格缺陷对硫化矿物表面捕收剂产物具有较大影响。他还采用热力缺陷对硫化矿物表面捕收剂产物具有较大影响。他还采用热力学方法获得了含杂质缺陷方铅矿的吸附热和吸附动力学参数，学方法获得了含杂质缺陷方铅矿的吸附热和吸附动力学参数，采用循环伏安法研究了杂质方铅矿的氧化、捕收和抑制电化学采用循环伏安法研究了杂质方铅矿的氧化、捕收和抑制电化学行为。行为。图3 方铅矿(PbS)缺陷与黄药离子反应示意图 有人在研究重晶石、萤石和方解石的可浮有人在研究重晶石、萤石和方解石的可浮性时，性时，发现矿物表面上捕收剂的吸附与费米能发现矿物表面上捕收剂的吸附与费米能级的位

34、置有关系级的位置有关系，提出了药剂在矿物表面上的，提出了药剂在矿物表面上的吸附取决于表面电子平均能级的费米能级等性吸附取决于表面电子平均能级的费米能级等性质，认为矿物随着功函数的增加及费米能级的质，认为矿物随着功函数的增加及费米能级的降低，捕收剂在矿物表面上的吸附量增加，浮降低，捕收剂在矿物表面上的吸附量增加，浮选回收率得到改善。通过在矿浆中引入氧化剂选回收率得到改善。通过在矿浆中引入氧化剂，降低矿物的费米能级，使阴离子捕收剂对重，降低矿物的费米能级，使阴离子捕收剂对重晶石、萤石和方解石的浮选回收率得到提高，晶石、萤石和方解石的浮选回收率得到提高，当使用还原剂时则能降低他们的回收率。当使用还原

35、剂时则能降低他们的回收率。 罗德汀格斯罗德汀格斯研究了晶体化学特性对磷灰石可浮性研究了晶体化学特性对磷灰石可浮性的影响，针对不同的成因的磷灰石，进行了详细的的影响，针对不同的成因的磷灰石，进行了详细的X衍射研究，准确地测定了样品的晶胞参数和结晶度，衍射研究，准确地测定了样品的晶胞参数和结晶度，以结晶指数表示，采用标准进制时其数值范围为以结晶指数表示，采用标准进制时其数值范围为10.0至至4.5。结果表明，结晶指数与可浮性之间具有显著结果表明，结晶指数与可浮性之间具有显著的相关性的相关性。当结晶指数小于当结晶指数小于8时，磷灰石的可浮性均时，磷灰石的可浮性均显著下降。另外，显著下降。另外，矿物的

36、结晶程度越好，溶解度越低矿物的结晶程度越好，溶解度越低，调浆时间对矿物可浮性的影响不大；结晶程度差、，调浆时间对矿物可浮性的影响不大；结晶程度差、表面溶解度较大的矿物，调浆时间越长，可浮性越差表面溶解度较大的矿物，调浆时间越长，可浮性越差。认为结晶度较低的磷灰石表面的可溶性较大，从而。认为结晶度较低的磷灰石表面的可溶性较大，从而使吸附的捕收剂膜越易于脱落。时间间隙越长，在一使吸附的捕收剂膜越易于脱落。时间间隙越长，在一定程度的搅拌条件下这种作用越显著，捕收剂的稳定定程度的搅拌条件下这种作用越显著，捕收剂的稳定性就越差，使矿物上浮量越低。性就越差，使矿物上浮量越低。 孙传尧、印万忠对硅酸盐矿物浮

37、选的晶体孙传尧、印万忠对硅酸盐矿物浮选的晶体化学原理进行了研究。化学原理进行了研究。研究表明，研究表明，岛状、环状、岛状、环状、链状、层状和架状五大类结构的硅酸盐矿物的链状、层状和架状五大类结构的硅酸盐矿物的晶体化学特征及表面特性和浮游性具有密切的晶体化学特征及表面特性和浮游性具有密切的关系。关系。不同结构类型硅酸盐矿物解离时不同结构类型硅酸盐矿物解离时Si-OSi-O键键和和Al-OAl-O键的断裂程度、键的断裂程度、AlAl3+3+对对SiSi4+4+的替代程度的替代程度及及AlAl的配位方式、矿物的化学组成及矿物的解的配位方式、矿物的化学组成及矿物的解离程度等晶体化学特征的差异，导致矿物

38、表面离程度等晶体化学特征的差异，导致矿物表面电性电性( (包括零电点包括零电点) )、暴露于矿物表面的阴阳离、暴露于矿物表面的阴阳离子的种类、性质和相对含量、表面多价金属阳子的种类、性质和相对含量、表面多价金属阳离子对于阴离子的相对密度离子对于阴离子的相对密度( ( M Mn n+ +/ / O O2-2-) )、表面、表面不均匀性、表面金属阳离子的溶解度及表面键不均匀性、表面金属阳离子的溶解度及表面键合羟基的能力等诸多表面特性的不同。合羟基的能力等诸多表面特性的不同。 这导致矿物在阴、阳离子捕收剂浮选这导致矿物在阴、阳离子捕收剂浮选体系中在不加活化剂和抑制剂时的自然可体系中在不加活化剂和抑制

39、剂时的自然可浮性及多价金属阳离子、无机阴离子调整浮性及多价金属阳离子、无机阴离子调整剂、有机高分子调整剂及有机络合调整剂剂、有机高分子调整剂及有机络合调整剂对矿物可浮性影响的差异，对矿物可浮性影响的差异，得出了不同浮得出了不同浮选条件下矿物可浮性与矿物主要晶体化学选条件下矿物可浮性与矿物主要晶体化学特征和表面特性之间的某些相关规律。特征和表面特性之间的某些相关规律。 借助于以下两图说明包头白云鄂博矿借助于以下两图说明包头白云鄂博矿霓石的可浮性以及石煤含钒云母提钒问题。霓石的可浮性以及石煤含钒云母提钒问题。 在在霓石（霓石（钠辉石）的晶体结构中钠辉石）的晶体结构中，硅原子与氧原子形硅原子与氧原子

40、形成成SiO4四面体四面体链链，铁铁原子与氧原子结合成原子与氧原子结合成FeO6八面体八面体链链，每两个每两个SiO4四面体链与一个四面体链与一个FeO6八面体链形成八面体链形成2 1型的型的“I”形杆。图形杆。图4中的中的M1位置被位置被Fe3+占据，占据，M2位置被位置被Na+占据。占据。结构中结构中Si-O键主要为共价键，键强较大，而键主要为共价键，键强较大，而Na-O和和Fe-O键键离子键性特征明显。离子键性特征明显。 矿物解离时主要沿矿物解离时主要沿Na-O键断裂的方向进行键断裂的方向进行(如图中如图中A-B-C-D-E-F方向方向)，故矿物解离后破裂表面有较多的，故矿物解离后破裂表

41、面有较多的Na及少量的及少量的Si和和Fe。霓石的含铁量约占霓石的含铁量约占25%，应当具有某些铁矿物的性应当具有某些铁矿物的性质。由于质。由于Fe3+占据占据M1位置，解离时难以暴露，故破碎后在位置，解离时难以暴露，故破碎后在霓石表面暴露了大量的氧和钠，但极少有铁。霓石表面暴露了大量的氧和钠，但极少有铁。由于霓石的由于霓石的晶体结构和表面晶体结构和表面 特征，当用强磁选时它会进入磁性产品，特征，当用强磁选时它会进入磁性产品，当用浮选时表面不显铁矿物的特征，因此，选用适当的调当用浮选时表面不显铁矿物的特征，因此，选用适当的调整剂和捕收剂可实现包头霓石和铁矿物的浮选分离。整剂和捕收剂可实现包头霓

42、石和铁矿物的浮选分离。 作者和同事用作者和同事用“络合浸蚀浮选法络合浸蚀浮选法”曾成功地实现包钢曾成功地实现包钢选矿厂弱磁精矿反浮选（没有上工业）。选矿厂弱磁精矿反浮选（没有上工业）。体相和表相不同。体相和表相不同。图4 霓石晶体结构(垂直C轴的投影） 关于关于石煤提钒问题。石煤提钒问题。石煤中钒的主要价态有石煤中钒的主要价态有+3、+4和和+5价，绝大部分以价，绝大部分以V3+形态存在于含钒云母等硅酸盐矿物中。形态存在于含钒云母等硅酸盐矿物中。云母的晶体结构如图云母的晶体结构如图5和和6所示，为所示，为2:1型型TOT的层状结构硅的层状结构硅酸盐矿物，即两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体。酸盐

43、矿物，即两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体。V3+主主要以类质同象形式部分取代要以类质同象形式部分取代Al3+形成钒氧八面体或钒氧四面形成钒氧八面体或钒氧四面体体而存在于云母中。而存在于云母中。以下几个问题需要进一步查清：以下几个问题需要进一步查清：1）钒对铝的取代程度。钒在八面体和四面体中含量有多）钒对铝的取代程度。钒在八面体和四面体中含量有多少？少？2）提钒过程中，八面体和四面体中的钒，浸出率有多少？）提钒过程中，八面体和四面体中的钒，浸出率有多少？3）在焙烧过程中，云母的结构发生怎样的变化？）在焙烧过程中，云母的结构发生怎样的变化？4）进一步提高钒回收率的技术关键如何？）进一步提高钒回收率

44、的技术关键如何？ 必须说明，上述关于矿床、矿石和矿物基因的零散研究必须说明，上述关于矿床、矿石和矿物基因的零散研究 仅仅是初步的，完全构不成体系；而且至今尚未见到用三仅仅是初步的，完全构不成体系；而且至今尚未见到用三位一体的基因矿物加工工程的研究方法所选择的工艺流程，位一体的基因矿物加工工程的研究方法所选择的工艺流程，用于选矿工业实践的报道。用于选矿工业实践的报道。图5 沿云母（010)的晶体结构图6 云母的晶体结构四、基因矿物加工工程的研究方法和技术路线四、基因矿物加工工程的研究方法和技术路线 4 4. .1 1、矿物、矿石和矿床基因特性的研究与测、矿物、矿石和矿床基因特性的研究与测试试 矿

45、石和矿物基因应是决定可选性的重要因矿石和矿物基因应是决定可选性的重要因素，它包括矿床成因和类型，矿石的结构构造，素，它包括矿床成因和类型，矿石的结构构造，矿物组成，嵌布特性，结晶粒度，解离特性，矿矿物组成，嵌布特性，结晶粒度，解离特性，矿物的晶体化学特征，包括元素组成、化学键特征物的晶体化学特征，包括元素组成、化学键特征、晶体构造类型、表面和内部缺陷和矿物表面特、晶体构造类型、表面和内部缺陷和矿物表面特性等。利用现代工艺矿物学的多种研究手段，对性等。利用现代工艺矿物学的多种研究手段，对矿物、矿石的基因特性进行系统研究测试，提出矿物、矿石的基因特性进行系统研究测试，提出原则的磨矿分级流程和选别流

46、程，推测理论选矿原则的磨矿分级流程和选别流程，推测理论选矿指标。这是制定选矿工艺流程的基础。指标。这是制定选矿工艺流程的基础。 4.24.2、建立并利用大数据库技术、建立并利用大数据库技术 将庞大的矿石工艺矿物学研究，矿床、矿将庞大的矿石工艺矿物学研究，矿床、矿石和矿物的基因测试，选矿工艺试验研究，选石和矿物的基因测试，选矿工艺试验研究，选矿厂生产实践数据以及选矿厂工程设计资料等矿厂生产实践数据以及选矿厂工程设计资料等历史的、现今的、国内的、国外的大量资料进历史的、现今的、国内的、国外的大量资料进行收集、研究、建立数据库。行收集、研究、建立数据库。 4.3、现代信息技术与基因矿物加工技术深现代信息技术与基因矿物加工技术深度融合度融合 根据矿物、矿石根据矿物、矿石和矿床和矿床的基