晶体化学在氧化铜矿物浮选中的应用进展研究

梁瑞晓

摘  要：在现代科技发展带动下，晶体化学在氧化铜矿物浮选领域有着更加广泛的应用，对矿物分选技术现代化发展有着积极意义。该文主要对晶体化学在氧化铜矿物浮选中的应用进展进行综述，介绍在氧化铜矿物浮选中晶体化学的作用机体等内容，指出应用研究发展方向，希望对晶体化学在氧化铜矿物浮选中应用的研究途径创新起到积极参照作用。

关键词：晶体化学  氧化铜矿物浮选  应用进展  晶体结构

中图分类号：TD923           文献标识码：A 文章编号：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

晶体化学是晶带定律与晶面守恒定律等理论整合产物，矿物浮选分离对催化剂的应用要求较高，晶体结构与化学成分也成为了当下研究重点。但氧化铜矿石的化学成分与结构组成复杂繁琐，孔雀石与蓝铜矿等虽然工业利用价值相对较高，但受自身性质或结构特征等因素影响，浮现分离效果并不理想;对此，还需加大氧化铜矿物可浮性关系与晶体结构等方面的研究力度，以切实发挥晶体化学应用价值。

1  晶体化学概述

晶体化学研究内容广泛，涉及对晶体化学组成与内部结构等方面的研究，体现在晶体不完整性与晶体元素含量，以及晶体内部质点排序等方面。

1.1 晶体结构决定性要素

其中矿物晶体结构的影响因素较多，矿物晶体结构对金属离子暴露位置与微结构形成等方面的影响较大，进而影响解离方向与浮选药物作用发挥。晶体结构特征主要受晶体组成元素电负性与粒子种类等因素影响。从晶体结构的基本单位入手分析，离子与原子的半径或价位，将直接影响晶体结构化学行为与性质，从离子半径比原理入手分析，离子半径直接影响离子晶体晶格种类，离子间相对大小直接影响离子配位数。除此之外，元素电负性因素的影响性不能忽视，与原子核电荷与电子能级结构等因素有关，离子键百分数与电负性差值成正比。尤其是出现离子或分子极化现象，也会使得晶体构型发生改变。化合物的成分越简化，晶体对称性特征也明显。

1.2 晶体化学原理

矿物晶体表现特性与浮游性关联，以及化学特征等晶体化学重要原理，涉及鲍林离子晶体法则与晶体化学第一二定律等理论基础。从晶体内部质点排布与配位多面体形状等原理入手，可对晶体内部结构特征做出完整性的解释，从而揭示晶体性质与化学组成的关联度。从晶体场理论入手揭示过渡金属离子的理化属性，需整合静电理论与量子力学等理论知识，同时突出研究重点，即中心离子各轨道电子受配位体的影响程度。通过揭示矿物可浮性与晶体化学原理的关联度，可实现对矿物疏水或亲水等规律特征的完整性解释[1]。

2  氧化铜矿物晶体化学实际应用

2.1 晶体结构

晶体结构是矿物表面性质与可浮性的重要决定性因素，研究范围涉及化学键特征与阳离子配位等方面。从孔雀石矿物入手分析，单斜晶系晶体的形状多样性，包括结核状或块状等。内部碳酸根离子为平面三角形，铜被两个氢氧根离子与4个超氧离子包围，碳酸根离子中的氧与铜分布在平面四方形内，而铜离子以共棱方式连接，决定了孔雀石晶体结构与柱状等形态。通过孔雀石的铜氧键多面体结构，可揭示二价铜离子在两种畸变八面体配位结构中的关系。硅孔雀石属于斜方晶系，其结构特性相对复杂，含有大量的氧化铜物质。晶格中的空道或空穴内，含有大量羟基或吸附水。硅孔雀石的组分不同，且金属离子扩散性差，其浮选性质主要受二氧化硅骨架结构与铜的氢氧络合物等表面性质决定。归孔雀石中的硅与铜原子数比为等比，纤维结构存在明显的海泡石类型特征，以此推断出其层和链组合的硅酸盐结构属性。

2.2 极化程度

矿物晶体结构的离子键键长与离子键百分数成正比，键合强度与离子键断裂容易程度成正比，离子性成分与高极化水分子的作用力成正比，直接影响表面亲水性。孔雀石氧化铜矿表面性质直接受铜离子的赋存状态影响，从吸收光谱与配位场理论入手分析，发现構型不同的铜离子，在配体键长或极性等方面也存在差异，直接影响了其稳定性。通过对氧化亚铜各晶面稳定性与化学成分的分析，发现晶面稳定性直接影响其浮选效果，对浮选药剂选择与使用有着积极参照作用。

水分子极化作用能够影响晶格离子相互吸引，促使离子晶格矿物与水溶合，进一步弱化可浮性。受极化或原子键性变化等作用影响，晶格内部键能分布相对不均，矿物理化性质直接出现变化，可见矿物极化作用对浮游条件的影响。

2.3 表面特性

氧化铜矿物晶体表面特性，主要受晶体结构特征影响，晶体结构不同，产生的解离面也存在差异，化学组成与溶解性等矿物表面特征也存在诸多不同。硅孔雀石与孔雀石的亲水性，取决于内部氢氧根离子在电负性层面无法满足，在水中逐步形成氢键等因素影响。矿物浮选溶液化学性质，直接受矿物表面金属离子的水解或吸附性等特征影响，直接关系矿物可浮性。硅酸盐矿物或金属氧化矿的难溶性等特征，直接造就了其亲水性的特征，双电层内存在少量活性金属离子，致使捕收剂难以有效吸收，导致矿物难浮。铜的赋存状态与pH值等因素直接影响矿物表面组成及浮选效果，尤其是在弱酸性环境下，硅孔雀石的浮选效果更加理想。蓝铜矿与孔雀石的可溶性特征强，但与水界面的稳定性差，捕收剂不容易牢固附着，同时气泡与颗粒的附聚体稳定性差，溶解后会产生以铜离子为主的酸性离子或以碱式碳酸铜为主碱性离子，尤其是铜离子的存在，会直接影响浮选效果。通过对矿浆pH的调节，可有效调整其可浮性[2]。

3  捕收剂作用机理

氧化铜矿捕收剂通常以黄药为主，黄药对水分子有克服作用，能够吸附自由移动氢氧根离子形成作用层。由于孔雀石的铜原子间距较大，黄药官能团的每个硫代原子，只能与一个铜原子互相结合。矿物表面油酸根离子与金属离子发生相互作用后，会改变其亲疏水性，尤其在pH适当的环境下，油酸钠可与铜离子生成油酸铜盐，增强了矿物疏水性。羟肟酸的捕收性能佳，可以从药剂对浮选影响的立体因素，或极性基亲固作用的价键因素等角度，对羟肟酸的化学吸附与捕收性能等作用。羟肟酸与孔雀石浮选后，会与铜离子生成螯合物，尤其是黄药与羟肟酸共同作用下，会在矿物表面发生强吸附，生成的络合物对急性基断面宽度与捕收剂吸附面有拓展作用，从而加强孔雀石的可浮性特征。羟肟酸由于螯合作用明显，与矿物吸附作用明显优于黄药等物质，可作为理想的高效捕收剂[3-10]。

4  可浮性受调整剂的影响

调整剂能够对氧化铜矿的浮选效果产生影响，从而改善其亲水难浮的特征属性。硅孔雀石的可溶性差与活化剂消耗量大，利用有机螯合剂等活化剂，能够显著优化浮选效果。螯合剂的部分金属离子可通过生成的难溶性螯合剂，对矿物形成疏水作用，促使捕收剂的捕收与吸附。部分金属离子可通过形成的可溶性螯合物，促进矿物表面溶解。由此可见，螯合剂化学活性与氧化铜矿的溶解性是浮选效果的决定性因素，合理运用捕收剂或增强矿物溶解度，是调整矿物浮选效果的重要措施。

5  结语

随着现代测试技术与浮选理论等方面的研究深入，氧化铜矿物浮选机理的研究进程逐渐加速。其浮选效果主要受晶体表面特性与化学组成等因素影响，要想改善其浮选成效，还需从浮选药剂作用与矿物晶体化学特征等方面入手调整，最终实现氧化铜矿的高效利用。

参考文献

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