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吸附提高氧化铜的可浮性,而高比例的氧化铜与硫化铜混合时,由于矿浆中弥散大量氧化铜会对硫化铜形成罩盖,从而降低硫化铜的可浮性。本论文的研究结果补充和丰富了基因矿物矿物加工程中铜矿物的基因特征与浮选规律的联系,建立函数模型和研究铜矿物的浮选机理对完善基因矿物加工程具有指导意义。