晶體化學(xué)在氧化銅礦物浮選中的應(yīng)用進(jìn)展研究

梁瑞曉

摘? 要：在現(xiàn)代科技發(fā)展帶動(dòng)下，晶體化學(xué)在氧化銅礦物浮選領(lǐng)域有著更加廣泛的應(yīng)用，對(duì)礦物分選技術(shù)現(xiàn)代化發(fā)展有著積極意義。該文主要對(duì)晶體化學(xué)在氧化銅礦物浮選中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述，介紹在氧化銅礦物浮選中晶體化學(xué)的作用機(jī)體等內(nèi)容，指出應(yīng)用研究發(fā)展方向，希望對(duì)晶體化學(xué)在氧化銅礦物浮選中應(yīng)用的研究途徑創(chuàng)新起到積極參照作用。

關(guān)鍵詞：晶體化學(xué)? 氧化銅礦物浮選? 應(yīng)用進(jìn)展? 晶體結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TD923 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）07（c）-0091-03

Advances in the Application of Crystal Chemistry in Flotation of Copper Oxide Minerals

LIANG Ruixiao

（Kichi-Chaarat Closed Joint Stock Company Kyrgyz Republic，Jalalabad Oblast Chatkal Region，720001）

Abstract： Driven by the development of modern science and technology， crystal chemistry has been more widely used in the field of copper oxide mineral flotation， which is of positive significance to the modernization of mineral separation technology. In this paper， the application progress of crystal chemistry in the flotation of copper oxide mineral is summarized， the role of crystal chemistry in the flotation of copper oxide mineral is introduced， and the development direction of the application research is pointed out.

Key Words： Crystal chemistry; Flotation of copper oxide minerals; Application progress; Crystal atructure

晶體化學(xué)是晶帶定律與晶面守恒定律等理論整合產(chǎn)物，礦物浮選分離對(duì)催化劑的應(yīng)用要求較高，晶體結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分也成為了當(dāng)下研究重點(diǎn)。但氧化銅礦石的化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜繁瑣，孔雀石與藍(lán)銅礦等雖然工業(yè)利用價(jià)值相對(duì)較高，但受自身性質(zhì)或結(jié)構(gòu)特征等因素影響，浮現(xiàn)分離效果并不理想;對(duì)此，還需加大氧化銅礦物可浮性關(guān)系與晶體結(jié)構(gòu)等方面的研究力度，以切實(shí)發(fā)揮晶體化學(xué)應(yīng)用價(jià)值。

1? 晶體化學(xué)概述

晶體化學(xué)研究內(nèi)容廣泛，涉及對(duì)晶體化學(xué)組成與內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面的研究，體現(xiàn)在晶體不完整性與晶體元素含量，以及晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排序等方面。

1.1 晶體結(jié)構(gòu)決定性要素

其中礦物晶體結(jié)構(gòu)的影響因素較多，礦物晶體結(jié)構(gòu)對(duì)金屬離子暴露位置與微結(jié)構(gòu)形成等方面的影響較大，進(jìn)而影響解離方向與浮選藥物作用發(fā)揮。晶體結(jié)構(gòu)特征主要受晶體組成元素電負(fù)性與粒子種類等因素影響。從晶體結(jié)構(gòu)的基本單位入手分析，離子與原子的半徑或價(jià)位，將直接影響晶體結(jié)構(gòu)化學(xué)行為與性質(zhì)，從離子半徑比原理入手分析，離子半徑直接影響離子晶體晶格種類，離子間相對(duì)大小直接影響離子配位數(shù)。除此之外，元素電負(fù)性因素的影響性不能忽視，與原子核電荷與電子能級(jí)結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，離子鍵百分?jǐn)?shù)與電負(fù)性差值成正比。尤其是出現(xiàn)離子或分子極化現(xiàn)象，也會(huì)使得晶體構(gòu)型發(fā)生改變。化合物的成分越簡化，晶體對(duì)稱性特征也明顯。

1.2 晶體化學(xué)原理

礦物晶體表現(xiàn)特性與浮游性關(guān)聯(lián)，以及化學(xué)特征等晶體化學(xué)重要原理，涉及鮑林離子晶體法則與晶體化學(xué)第一二定律等理論基礎(chǔ)。從晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排布與配位多面體形狀等原理入手，可對(duì)晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征做出完整性的解釋，從而揭示晶體性質(zhì)與化學(xué)組成的關(guān)聯(lián)度。從晶體場理論入手揭示過渡金屬離子的理化屬性，需整合靜電理論與量子力學(xué)等理論知識(shí)，同時(shí)突出研究重點(diǎn)，即中心離子各軌道電子受配位體的影響程度。通過揭示礦物可浮性與晶體化學(xué)原理的關(guān)聯(lián)度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)礦物疏水或親水等規(guī)律特征的完整性解釋[1]。

2? 氧化銅礦物晶體化學(xué)實(shí)際應(yīng)用

2.1 晶體結(jié)構(gòu)

晶體結(jié)構(gòu)是礦物表面性質(zhì)與可浮性的重要決定性因素，研究范圍涉及化學(xué)鍵特征與陽離子配位等方面。從孔雀石礦物入手分析，單斜晶系晶體的形狀多樣性，包括結(jié)核狀或塊狀等。內(nèi)部碳酸根離子為平面三角形，銅被兩個(gè)氫氧根離子與4個(gè)超氧離子包圍，碳酸根離子中的氧與銅分布在平面四方形內(nèi)，而銅離子以共棱方式連接，決定了孔雀石晶體結(jié)構(gòu)與柱狀等形態(tài)。通過孔雀石的銅氧鍵多面體結(jié)構(gòu)，可揭示二價(jià)銅離子在兩種畸變八面體配位結(jié)構(gòu)中的關(guān)系。硅孔雀石屬于斜方晶系，其結(jié)構(gòu)特性相對(duì)復(fù)雜，含有大量的氧化銅物質(zhì)。晶格中的空道或空穴內(nèi)，含有大量羥基或吸附水。硅孔雀石的組分不同，且金屬離子擴(kuò)散性差，其浮選性質(zhì)主要受二氧化硅骨架結(jié)構(gòu)與銅的氫氧絡(luò)合物等表面性質(zhì)決定。歸孔雀石中的硅與銅原子數(shù)比為等比，纖維結(jié)構(gòu)存在明顯的海泡石類型特征，以此推斷出其層和鏈組合的硅酸鹽結(jié)構(gòu)屬性。

2.2 極化程度

礦物晶體結(jié)構(gòu)的離子鍵鍵長與離子鍵百分?jǐn)?shù)成正比，鍵合強(qiáng)度與離子鍵斷裂容易程度成正比，離子性成分與高極化水分子的作用力成正比，直接影響表面親水性。孔雀石氧化銅礦表面性質(zhì)直接受銅離子的賦存狀態(tài)影響，從吸收光譜與配位場理論入手分析，發(fā)現(xiàn)構(gòu)型不同的銅離子，在配體鍵長或極性等方面也存在差異，直接影響了其穩(wěn)定性。通過對(duì)氧化亞銅各晶面穩(wěn)定性與化學(xué)成分的分析，發(fā)現(xiàn)晶面穩(wěn)定性直接影響其浮選效果，對(duì)浮選藥劑選擇與使用有著積極參照作用。

水分子極化作用能夠影響晶格離子相互吸引，促使離子晶格礦物與水溶合，進(jìn)一步弱化可浮性。受極化或原子鍵性變化等作用影響，晶格內(nèi)部鍵能分布相對(duì)不均，礦物理化性質(zhì)直接出現(xiàn)變化，可見礦物極化作用對(duì)浮游條件的影響。

2.3 表面特性

氧化銅礦物晶體表面特性，主要受晶體結(jié)構(gòu)特征影響，晶體結(jié)構(gòu)不同，產(chǎn)生的解離面也存在差異，化學(xué)組成與溶解性等礦物表面特征也存在諸多不同。硅孔雀石與孔雀石的親水性，取決于內(nèi)部氫氧根離子在電負(fù)性層面無法滿足，在水中逐步形成氫鍵等因素影響。礦物浮選溶液化學(xué)性質(zhì)，直接受礦物表面金屬離子的水解或吸附性等特征影響，直接關(guān)系礦物可浮性。硅酸鹽礦物或金屬氧化礦的難溶性等特征，直接造就了其親水性的特征，雙電層內(nèi)存在少量活性金屬離子，致使捕收劑難以有效吸收，導(dǎo)致礦物難浮。銅的賦存狀態(tài)與pH值等因素直接影響礦物表面組成及浮選效果，尤其是在弱酸性環(huán)境下，硅孔雀石的浮選效果更加理想。藍(lán)銅礦與孔雀石的可溶性特征強(qiáng)，但與水界面的穩(wěn)定性差，捕收劑不容易牢固附著，同時(shí)氣泡與顆粒的附聚體穩(wěn)定性差，溶解后會(huì)產(chǎn)生以銅離子為主的酸性離子或以堿式碳酸銅為主堿性離子，尤其是銅離子的存在，會(huì)直接影響浮選效果。通過對(duì)礦漿pH的調(diào)節(jié)，可有效調(diào)整其可浮性[2]。

3? 捕收劑作用機(jī)理

氧化銅礦捕收劑通常以黃藥為主，黃藥對(duì)水分子有克服作用，能夠吸附自由移動(dòng)氫氧根離子形成作用層。由于孔雀石的銅原子間距較大，黃藥官能團(tuán)的每個(gè)硫代原子，只能與一個(gè)銅原子互相結(jié)合。礦物表面油酸根離子與金屬離子發(fā)生相互作用后，會(huì)改變其親疏水性，尤其在pH適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下，油酸鈉可與銅離子生成油酸銅鹽，增強(qiáng)了礦物疏水性。羥肟酸的捕收性能佳，可以從藥劑對(duì)浮選影響的立體因素，或極性基親固作用的價(jià)鍵因素等角度，對(duì)羥肟酸的化學(xué)吸附與捕收性能等作用。羥肟酸與孔雀石浮選后，會(huì)與銅離子生成螯合物，尤其是黃藥與羥肟酸共同作用下，會(huì)在礦物表面發(fā)生強(qiáng)吸附，生成的絡(luò)合物對(duì)急性基斷面寬度與捕收劑吸附面有拓展作用，從而加強(qiáng)孔雀石的可浮性特征。羥肟酸由于螯合作用明顯，與礦物吸附作用明顯優(yōu)于黃藥等物質(zhì)，可作為理想的高效捕收劑[3-10]。

4? 可浮性受調(diào)整劑的影響

調(diào)整劑能夠?qū)ρ趸~礦的浮選效果產(chǎn)生影響，從而改善其親水難浮的特征屬性。硅孔雀石的可溶性差與活化劑消耗量大，利用有機(jī)螯合劑等活化劑，能夠顯著優(yōu)化浮選效果。螯合劑的部分金屬離子可通過生成的難溶性螯合劑，對(duì)礦物形成疏水作用，促使捕收劑的捕收與吸附。部分金屬離子可通過形成的可溶性螯合物，促進(jìn)礦物表面溶解。由此可見，螯合劑化學(xué)活性與氧化銅礦的溶解性是浮選效果的決定性因素，合理運(yùn)用捕收劑或增強(qiáng)礦物溶解度，是調(diào)整礦物浮選效果的重要措施。

5? 結(jié)語

隨著現(xiàn)代測試技術(shù)與浮選理論等方面的研究深入，氧化銅礦物浮選機(jī)理的研究進(jìn)程逐漸加速。其浮選效果主要受晶體表面特性與化學(xué)組成等因素影響，要想改善其浮選成效，還需從浮選藥劑作用與礦物晶體化學(xué)特征等方面入手調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)氧化銅礦的高效利用。

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