铜作为一种重要的有色金属材料,在国民经济建设中发挥着不可或缺的重要作用。目前,我国铜资源总体呈现储量少、品位低、分布相对集中的特点,且对外依赖程度较高。随着我国铜消费量的快速增长、硫化铜矿石及含铜富矿石的日益减少,针对不同含铜矿石的特点,开发利用新的浮选工艺,加强对复杂难选铜资源的高效利用,对于保障我国铜业的可持续发展具有重要意义。基于此,本论文系统总结了黄铜矿、斑铜矿、蓝辉铜矿及孔雀石四种铜矿物及常见伴生矿物黄铁矿在浮选过程中分流分速的规律,并对浮选药剂与矿物表面的作用机理进行了较为深入的探究,这对提高矿物的分选效果、合理开发利用铜矿资源具有重要的理论及实际意义。单矿物浮选动力学研究结果表明,采用氧化钙作调整剂时,在pH=11.40,丁基黄药用量为1×10-4mol/L的条件下,三种硫化铜矿物的可浮性相近,累积回收率均在90%以上,但蓝辉铜矿的浮游速度最快,黄铜矿和斑铜矿浮游速度相近,而黄铁矿可浮性及浮游速度相比三种硫化铜矿物均较差;蓝辉铜矿及黄铁矿氧化120天后浮游性较差,较高用量的硫化钠可恢复蓝辉铜矿浮游性,而对黄铁矿影响较小;本研究所用孔雀石浮游性较差,在最佳浮选试验条件下,其累积回收率为55.52%,浮选速度常数平均值K为 0.47min-1。采用三种一级动力学模型对四种铜矿物及黄铁矿的浮选试验结果进行拟合分析。结果表明,经典的一级动力学模型适用性更强,拟合度更高,而一级矩形分布模型及完全混合反应模型对于浮游性好的三种硫化铜矿物易出现过拟合现象。在此基础上,研究了不同试验条件下矿物的浮选动力学参数K值和R∞值的变化规律,结果表明,不同试验条件下,K值与R∞值的变化规律并不一定一致,不能用单个浮选动力学参数来评判矿物浮游性好坏指标,而改进的浮选动力学参数Km值和SI值能更好地预测三种硫化铜矿物和黄铁矿的分离趋势。运用BP神经网络对各矿物的浮选过程进行了模拟。结果表明,基于MATLAB的神经网络模型可以较好地预测硫化矿及孔雀石的浮选指标,硫化矿累积回收率及浮选速度常数预测值与试验值相关系数R2值均在0.90以上,而孔雀石累积回收率及浮选速度常数预测值与试验值相关系数R2值分别为0.9973、0.9860。采用三种一级动力学模型对二元混合矿浮选分离动力学试验结果进行拟合分析。结果表明,经典的一级动力学模型可以模拟混合矿中各矿物的浮选过程,其相关系数R2值均在0.99以上。在此基础上用在t时刻有用矿物和脉石矿物的分离效率来衡量两种矿物的分离程度,结果表明,可浮性好、浮游速度快的蓝辉铜矿,分离效率最高,并且t95、t99两个参数的引入可以更好地预测最优浮选时间。二元体系中矿物间交互影响动力学研究结果表明,在硫化矿浮选过程中,细粒铜矿或黄铁矿会对粗粒矿物的可浮性及浮游速度产生一定影响,对于氧化120天的粗粒黄铁矿,细粒蓝辉铜矿的添加可以明显增加其浮游性,在蓝辉铜矿含量为1 0%时,黄铁矿的累积回收率为90.14%,拟合出的K值为0.80min-1。二元及多元混合矿异步浮选试验结果表明,在第一段粗选时,可在低碱度条件下将浮游性差异较大的未氧化及氧化后的硫化矿、孔雀石分流分速处理;对于粗选精矿可在高碱度条件下用氧化钙作抑制剂实现铜硫矿物的分离,对于含蓝辉铜矿的硫化铜矿石,可在较短时间内实现有用矿物的早收多收;对于粗选尾矿,可添加硫化钠来实现孔雀石或氧化120天的蓝辉铜矿的有效回收。浮选药剂与矿物表面作用机理分析结果表明,丁基黄药、Ca2+与硫化矿表面作用后的接触角大小可以直观地反应各硫化矿浮游速度的差异;蓝辉铜矿严重氧化后其表面电位大幅度升高,主要是因为大量铜的氧化物或氢氧化物在其表面生成,硫化钠和丁基黄药的添加可恢复其浮游性,主要是因为降低了蓝辉铜矿表面亲水性硫酸铜及铜的氧化物或氢氧化物的含量,进而使其表面接触角增加至98.6°,并减少了恢复其浮游性所需要的丁基黄药的用量;黄铁矿严重氧化后,其表面电位大幅度升高:主要是因为大量的铁氧化物或氢氧化物在其表面生成,并在溶液中重新吸附在黄铁矿表面,加入10%细粒蓝辉铜矿后,黄铁矿浮游性恢复的主要原因是细粒蓝辉铜矿在粗粒黄铁矿表面发生了吸附罩盖,并且粗粒黄铁矿表面的细粒氧化产物明显减少。本课题研究成果为完善和发展铜矿物新的浮选技术提供了理论依据,也对氧化后的铜硫矿石中硫化铜矿物的浮选回收具有重要意义,并丰富了蓝辉铜矿浮选基础理论体系。