研究了沉积变质岩型磁铁矿的主要地质背景和矿物基因的关系，认为矿石的矿物组分、结构构造、嵌布特性、矿物共生关系等信息是矿物基因的内在表达；矿石力学特性、解离特性和分选特性是矿物基因的外在表达；而各种地质作用的交互式影响，是造成不同类型矿石甚至同类型矿石分选差异大的主要原因。利用 MLA 对本溪某超贫超细磁铁矿进行了矿物基因学研究，初步解释了该鞍山式沉积变质岩型磁铁矿形成过程中前期的各沉积作用及后期的各变质作用与该矿石的矿物基因表达之间的关系。针对该矿石的矿物基因特性，创新性地设计出高压辊解离调控碎磨—精准分选的新工艺和新装备，分选指标比传统高压辊湿筛湿选具有明显的优势。新系统装备在 1 000 万 t/a 的新建项目应后，顺利达产达标，取得了可观的经济效益。基于矿物基因特性的高压辊磨解离调控分选系统解决方案对其它鞍山式沉积变质岩型磁铁矿的大规模低成本开发利用具有重要推广价值，为中国钢铁行业合理开发和利用低品位难选铁矿资源、保障铁矿石国内供给提供了有力的技术支撑。

为改善孔雀石的硫化浮选效果，通过浮选试验，系统研究了孔雀石单矿物分段硫化浮选行为及动力学基因特性规律，确定了孔雀石的最佳硫化浮选段数。结果表明：硫化时间过长，孔雀石可浮性降低，适量硫化钠能提高孔雀石浮选速率，但浮选速率随时间延长而降低；硫化钠用量为 4 mg/L，硫化时间为 1 min，丁基黄药用量为 80 mg/L 时，孔雀石可浮性最好；添加碳酸铵可以改善孔雀石的浮选效果，当碳酸铵用量为 50 mg/L 时，对孔雀石活化效果最佳；分段硫化浮选过程中，每段孔雀石的浮选速率高低与浮选药剂的质量分配比例有关；适当增加硫化浮选段数，可以提高孔雀石的总回收率；孔雀石的最佳硫化浮选段数为三段，各阶段浮选药剂分配比例为 4∶2∶2。

基因矿物加工工程，简称 GMPE(Genetic Mineral Processing Engineering)，由孙传尧院士首次提出，是将“基因”的概念和思路引入到矿物加工领域，并逐渐得到了行业内的广泛认可。基因矿物加工工程是以矿床成因、矿石性质、矿物特性等矿物加工的“基因”特性研究与测试为基础，通过建立和应用数据库，并将现代信息技术与矿物加工技术深度融合，经过智能决策、模拟仿真和有限的选矿验证试验，快捷、高效、精准地选择选矿技术和工艺流程，为新建选矿厂的设计或老选矿厂的技术改造提供支撑的技术。2016 年，中国工程院设立了“基因矿物加工工程可行性及发展战略研究”咨询研究项目，为基因矿物加工工程的研究确立了方向，奠定了基础。基因矿物加工在浮选领域的研究与应用是目前最活跃的，为及时总结、系统报道矿物基因特性与矿物浮选关系的研究成果，《金属矿山》编辑部出版了“基因矿物加工在矿物浮选中的研究与应用”专辑，共同推进基因矿物加工工程与矿物浮选新理论、新方法、新技术、新应用等方面研究成果的传播。专辑共刊登了 21 篇涉及“基因浮选”方向的理论与研究论文，作者主要来自东北大学、中南大学、清华大学、西南科技大学、福州大学、内蒙古科技大学、安徽工业大学、山东理工大学、太原理工大学、北京矿冶科技集团有限公司、广东省资源综合利用研究所、中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所、成都利君实业股份有限公司、矿物加工科学与技术国家重点实验室、难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心、低品位难处理黄金资源综合利用国家重点实验室、固体废物处理与资源化教育部重点实验室等单位和研究机构。在此向全体撰稿人、审稿人以及编辑部同仁表示衷心感谢，希望本专辑的出版有助于促进基因浮选理论与技术的发展，从而为基因矿物加工研究体系的逐渐形成添砖加瓦。

为研究醚胺类捕收剂 DXY-1 对石英的捕收性能和机理，首先进行了单矿 物浮选试验，之后对药剂与矿物吸附前后的 Zeta 电位进行检测并用 MS 软件模拟计算。结果表明，捕收 剂 DXY-1 在常温下对石英有良好的捕收能力，pH=10 时浮选回收率最佳，可达 98.0%。基于 MS 软件的 CASTEP 模 块计算了捕收剂 DXY-1 与石英矿物表面的吸附作用能，其值为负值且低于 OH^-在石英表面的吸附能，说明 DXY-1 在 石英表面可以发生吸附且与 OH-相比，捕收剂 DXY-1 对石英的吸附作用更强。结合药剂与矿物吸附前后的 Zeta 电位检测和 MS 模拟布居数的计算结果表明，捕收剂 DXY-1 与石英（101）表面的吸附方式为静电吸附和氢键吸附 。

为探究十二烷基磷酸酯分子结构对氟磷灰石浮选性能的影响，采用量子 化学模拟手段，研究了十二烷基磷酸酯分子结构特性及其在氟磷灰石晶体表面的作用机理。采用 Materials Studio 软件的 CASTEP 模块，首先对分子态和离子态十二烷基磷酸酯的分子结构进行了优化，得到十二烷基磷酸 酯分子及其阴离子的净电荷、Mulliken 电荷布居、偶极距及最高占据轨道 （HOMO）组成和能量。结果表明，相对于十二烷基磷酸酯分子，十二烷基磷酸酯阴离子有更强的供电子能力、范德华作用能力和反应活性。对十二烷基磷 酸酯阴离子在氟磷灰石表面的相互作用模型进行了模拟计算，得到十二烷基磷酸酯与氟磷灰石之间的作用模型和 吸附能，十二烷基磷酸酯阴离子与氟磷灰石表面之间的吸附能为负值，二者之间能够自发发生吸附作用，并形成 化学键。通过单矿物浮选试验验证了模拟计算结果，即十二烷基磷酸酯可以作为氟磷灰石的浮选捕收剂。关键词

为了探究重晶石的可浮性规律，采用 Materials Studio 软件 CASTEP 模块对重晶石的原胞及解理面（001）面进行了表面基因特性研究。首先对重晶石原胞进行了结构优化，根据 与重晶石实际晶胞参数比对的方式确定了优化参数中的密度泛函为 GGA-WC，k 点取样为 4×3×4，截断动能为 530 eV。基于优化后的重晶石原胞创建（001）面，然后计算（001）表面电子态密度、Mulliken 电荷布居、键布居 及表面能等表面基本化学特性。计算结果表明：重晶石原胞中 Ba—O 键比 S—O 键的键长更长，因此断定 Ba—O 键键 能更小，断裂的概率更大；通过对（001）面上各原子的态密度与 Mulliken 电荷布居分析，可判定 Ba²⁺、—O^-为（001 ）面上主要的具有化学活性的位点。重晶石晶胞表面基因特性研究可为重晶石浮选过程中的表面活性位点的判定提供基 础，进而可以对矿物可浮性与浮选药剂的作用机理研究提供借鉴与参考作用。

基于第一性原理的 MS软件 CASTEP模块，首先对磷灰石矿物晶胞进行了 几何优化，计算得到了其能带结构、态密度、Mulliken布居，然后建立并优化了3种不同（001）表面，分别 计算其表面能，并计算了磷灰石（001）低能面的差分电荷密度。结果表明：磷灰石晶体的禁带宽度为 5.657 eV，属于绝缘体 ，其能带主要分布在-38.5~-15.1 eV 之间。O3—Ca1 键布居值最小，是断裂概率较高的键，且 O3 的 2p 轨道在费米 能级附近电子密度贡献最大，易作为活性位点参加矿浆里的物理化学反应。相对于 PO₄终端面和 Ca1—Ca1 终端面， Ca1 终端面具有最低的表面能，性质最稳定，是自然界存在概率较高的表面。（001）表面的差分电荷密度分析表明 ，与 O3—Ca1 键相比，O3—Ca2 键共价性更强，键较难断裂，这与 Mulliken 键布居分析结果相符。磷灰石晶体和表 面的第一性原理计算结果可以为完善基因矿物加工数据库的建设和磷矿浮选药剂作用原理分析提供参考和指导。

基于密度泛函理论的第一性原理，采用 Materials Studio 软件的 CASTEP 模块对钠长石晶胞进行优化。计算结果表明：优化采用交换相关泛函为 GGA-PBESOL，k 点取样密度为 2×2 ×4，平面波截断能为 700 eV。Mulliken 电荷布居表明钠长石中，O 原子为电 子受体，其余原子均为电子供体；Mulliken 键布居表明 Na—O 键最易断裂， Na+会溶于水而使钠长石表面荷负电，易与阳离子捕收剂发生作用；能带结构表 明钠长石为绝缘体；态密度分析表明费米能级附近主要是由 O 原子的 2p 轨道贡献，所以 O 原子在参与化学反 应时活性较强，是矿物浮选的活性位点；构建钠长石（010）表面，原子层数为 3、真空层厚度为 1.5 nm，表面 Mulliken 键布居与体相键布居有明显差别，计算得此时表面能为 1.309 7 J/m²。研究结果可以从微观层面为锂辉石与钠长石的 浮选分离提供理论参考。关键词 钠长石 密度泛函理论 晶体结构 （010）面 可浮性

为了研究 Li，Na，K 基蒙脱石的基因特性对水化膨胀特性的影响，采用氯化锂、氯化钠、氯化钾对离心提纯后的怀俄明型钠基蒙脱石进行改型处理，制备出 Li、Na、K 基蒙脱石样品，并进行了水化膨胀试验，之后采用 ICP、FTIR、XRD、NMR 等方法分析了 Li、Na、K 基蒙脱石的元素含量、官能团种类、水化膨胀状态下层间距变化及水分赋存状态。结果表明，Li 基蒙脱石的羟基伸缩振动峰和羟基弯曲振动峰强度高于 Na 基和 K 基蒙脱石，改型蒙脱石的水化膨胀能力由强到弱排序为：Li 基＞Na 基＞K 基，Li、Na、K 基蒙脱石在水化膨胀状态下均有结合水和自由水 2 种水分，含水量排序为：Li 基＞Na 基＞K 基，水化膨胀后 Li 基蒙脱石的层间距增加最多，K 基蒙脱石的层间距增加最少。研究结论为揭示蒙脱石的结构内水赋存机理和综合利用提供了重要的理论基础。

浮选是选矿技术中常用的技术之一，为了使选矿工艺指标达到要求，需要加入捕收剂、抑制剂、活化剂和 pH 调整剂等药剂。药剂消耗在影响浮选工艺指标的同时也影响着选矿的成本，因此预测每天、周、月、年的药剂消耗量，对其进行定额管理是浮选作业中重要的研究问题，基于缺失数据填补技术采用融合建模的方法在原矿性质、浮选指标及药剂消耗之间建立带有混合效应的非线性模型，并预测 7 d（1 周）、30 d（1 月）、365 d（1 年）的浮选药剂消耗量。预测结果与生产数据对比表明，该模型实现了对选厂浮选药剂用量的短期精确预测。实际数据显示该方法对生产实践具有指导意义。

氧化铜矿物作为铜矿资源的重要组成部分，提高其开发利用技术对于铜矿资源的高效综合回收具有重要意义，蓝铜矿是重要的氧化铜矿物，但自然可浮性较差，通常采用硫化浮选。通过单矿物浮选试验，考察硫酸铵对蓝铜矿硫化浮选的影响。通过矿物表面丁基黄药吸附量分析药剂作用前后矿物表面元素种类和含量的变化，以及药剂在矿物表面吸附能的模拟计算，研究硫酸铵对蓝铜矿硫化浮选的活化机理。结果表明，硫酸铵用量为 200 mg/L 时使蓝铜矿硫化浮选回收率由 44.15%（未添加时）增加至 60.03%，矿物表面 X 射线光电子能谱分析表明，硫酸铵使蓝铜矿矿物表面铜和硫含量增加，碳和氧含量减少，改善矿物表面硫化效果，增加矿物表面疏水性和丁基黄药吸附量。通过 Material studio 模拟计算结果表明，硫酸铵降低了丁基黄药以及硫化剂在蓝铜矿表面的吸附能，增加了丁基黄药和硫化钠在矿物表面的吸附稳定性，对蓝铜矿的硫化浮选具有活化作用。

通过量子化学计算、X 射线光电子能谱分析、矿物表面动电位检测、单矿物浮选试验等分析测试手段研究了锂辉石、钾长石 2 种矿物的晶体结构和表面性质，揭示其矿物基因特性与可浮性的关系。研究结果表明：锂辉石晶体结构中 Li—O 键和 Al—O 键相对容易断裂，Li⁺、Al³⁺金属离子最易从矿物表面解离出来，矿物表面具有相对较高的零电点；而钾长石晶体结构中的 K—O 键和 Si—O 键容易断裂，解离后的矿物表面容易与水中羟基发生吸附作用，使得矿物表面电负性较强，矿物零电点相对较低；锂辉石在阴离子捕收剂体系下的可浮性高于同体系下钾长石的可浮性，而在阳离子捕收剂体系下，锂辉石的可浮性低于同体系下钾长石的可浮性，矿物基因特性与及可浮性之间存在着较强的对应关系。研究结果验证了基因矿物加工工程研究对矿物加工工程实践具有重要的指导意义。

基于第一性原理，利用 Material Studio 软件的 CASTEP 模块，对锂辉石晶体的布居、能带、态密度进行了分析，结果表明，锂辉石为绝缘体，其最有可能的荷正电的活性位点为 Li、Al、Si，荷负电的活性位点为 O。对优化后的锂辉石（110）面的表面能、弛豫、布居、态密度和差分电荷密度进行了分析。结果表明，所构建的锂辉石表面的表面能为 0.342 9 J/m2，该表面在 Z 轴方向的弛豫相对明显，其次是 X 轴方向，Y 轴方向的弛豫相对较弱。锂辉石表面的布居分析表明优化后的锂辉石（110）面表层原子价电子构型、布居、键长等均发生了变化。态密度分析结果表明（110）面表层的 6 个 O 活性不同，其在费米能级附近的态密度贡献大小为：O1>O2>O3≈O6>O5>O4。因此，O1 是锂辉石表面活性最高的原子，其次是 O2。差分电荷密度图也表明锂辉石表面缺电子位点和多电子位点交替出现，但得失电子程度不同，因此各原子表现出不同的化学活性。根据矿物基因特性，预测锂辉石容易与含—COOH、—CONHOH、—OSO2H 等易于与 Al 发生化学反应官能团的阴离子捕收剂作用，但捕收性能可能不佳；预测阳离子捕收剂如胺类捕收剂，以及金属离子活化剂如 Ca²⁺等，可吸附于锂辉石表面，产生较好的捕收能力和活化能力。关键词

采用第一性原理计算了黄锑矿体相、（001）表面以及水分子在其表面吸附的结构性质，利用 XPS 和表面电位分析了黄锑矿单矿物表面特性，讨论了黄锑矿晶体结构、表面性质与可浮性之间的关系，并利用单矿物浮选试验进行了验证。结果表明，黄锑矿中氧原子的活性较强，锑原子的活性较弱，水分子容易在黄锑矿的表面吸附，导致常规阴离子捕收剂难以吸附于黄锑矿的表面，而需要通过金属阳离子活化。黄锑矿在 pH>2.4 的范围内带负电，阳离子捕收剂通过静电作用，容易在黄锑矿的表面吸附。单矿物浮选试验中，铜离子活化后的黄锑矿可以很好地被油酸钠捕收，十二胺离子也可以很好地浮选表面荷负电的黄锑矿。矿物表面基因特性与矿物可浮性有很好的对应关系。

通过对-37 μm、37~44 μm、44~74 μm 3 个粒级绿泥石进行 X 射线衍射（XRD）分析、单矿物浮选试验、捕收剂吸附规律研究和分子动力学模拟，研究了绿泥石晶体的各向异性及与可浮性的关系。XRD 分析结果显示，随着绿泥石粒度降低，平行解理面的含量持续升高，层间解理面优先解离。浮选试验结果表明，3 个粒级绿泥石可浮性顺序为中间粒级（37~44 μm）>细粒级（-37 μm）>粗粒级（44~74 μm）。捕收剂吸附规律检测和分子动力学模拟结果显示：十二胺在绿泥石表面的吸附密度随绿泥石粒级减小而降低，而吸附量随绿泥石粒度减小而升高；十二胺主要通过亲固基氨基吸附在绿泥石（001）面，十二胺分子碳链主要沿绿泥石（001）面法线方向分布；与绿泥石（001）面相比，（100）面含有大量正电性金属离子，减弱了十二胺与绿泥石（100）的静电吸附作用，十二胺在绿泥石（100）面的吸附靶向度不高，为非有效吸附；绿泥石（001）面对十二胺的吸附强度大于（100）面。绿泥石晶体的各向异性表现明显，（001）面含量升高对绿泥石浮选有利，在阳离子捕收剂体系中，通过选择性磨矿，提高绿泥石层间解离效率是改善绿泥石选矿效果的关键。

通过 DFT 量化计算、分子动力学（MD）模拟研究了萤石的晶体化学性质及不同晶面与捕收剂油酸钠（NaOL）的作用构型和作用能等矿物基因特性，阐明了 NaOL 在不同萤石晶面的吸附机制。研究结果表明：萤石的 4 个常见暴露晶面为（111）、（110）、（311）和（100）面，其中（111）面的表面能最小，是萤石最稳定的解理面；萤石（111）面和（100）面有 100% 的 Ca—F 断裂键，NaOL 优先在其晶面以双核双配位最稳定构型产生键合，形成稳定吸附；萤石（110）面和（311）面分别含有 50% 和 17% 的 F—Ca 断裂键，水分子可与 F 原子形成氢键吸附造成晶面亲水，与 NaOL 的键合作用较弱。油酸阴离子在（111）面的作用能最强，而在（110）面的作用能最弱，因此可通过晶面选择性解离来调控萤石的浮选行为。关键词

为实现“基因矿物加工”系统工程建设，探究基因特征与铜矿浮选的关系，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 XPS、溶解性试验、Zeta 电位、接触角等测试分析及 MS 模拟计算等分析总结了含铜矿物的基因特征。通过浮选试验得到了含铜矿物的天然可浮性为：斑铜矿>黄铜矿> 赤铜矿>孔雀石>蓝铜矿；在乙基钠黄药（NaEX）、丁基钠黄药（NaBX）、异戊基黄药（NaIAX）和丁铵黑药体系下的浮选规律为黄铜矿、斑铜矿有较好的可浮性，而孔雀石、蓝铜矿和赤铜矿的可浮性较差，可浮性优异大致规律为：斑铜矿>黄铜矿>蓝铜矿≈孔雀石>赤铜矿；结合基因特征分析得出含铜矿物的天然可浮性规律与断裂面、断裂键密度和断裂键等基因特征有关，而在 NaEX、NaBX、NaIAX 和丁铵黑药体系下铜矿物的可浮性规律与铜矿物的禁带宽度和表面 S 元素含量基因特征有关。

为实现不同矿物学基因特性榴辉岩矿中多种有用矿物的高效综合回收，确定选矿工艺流程及预测分选指标，对江苏东海、山东日照及青海乌兰的榴辉岩矿进行了工艺矿物学研究及选矿试验评价。三地的榴辉岩矿可分成 3 个类型，即高磷高硫高钛粗粒型榴辉岩矿（江苏东海）、低磷高硫低钛粗粒型榴辉岩矿（山东日照）及高磷低硫低钛细粒型榴辉岩矿（青海乌兰）。原矿中以金红石形式存在的二氧化钛含量决定了金红石精矿富集的难易程度；杂质磷、硫的含量决定了金红石除杂应选用的工艺流程（反浮选、电选或酸浸）；主要有用矿物的粒度大小决定了是否需要采用分级分选工艺和能否获得粗粒级精矿产品。金红石单矿物纯度、与其他矿物的嵌布关系是影响其选矿难易程度的主要因素；石榴子石和绿辉石的原生粒度、矿物内部碎裂情况是决定能否获得粗粒级石榴子石和绿辉石精矿的关键因素；硫、磷杂质的含量及赋存状态是影响金红石除杂工艺的决定性因素。

为考察取代基种类和数量对十二烷基胺类阳离子捕收剂浮选性能的影响，通过浮选试验研究了含不同取代基的捕收剂对石英、赤铁矿单矿物的捕收性能，以及对石英/赤铁矿人工混合矿的分选能力。研究结果表明，甲基取代基的引入不利于阳离子捕收剂对石英和赤铁矿的捕收，随着甲基取代基数量的增加，石英和赤铁矿的浮选回收率均逐渐降低，但赤铁矿回收率降低速率更快；甲基的引入，有助于提升阳离子捕收剂的浮选选择性；随着取代基数量的增加，人工混合矿的分选效率逐渐增大。向阳离子捕收剂分子结构中引入含羟基（—OH）或胺基（—NH2）的官能团有利于其对石英的捕收，但引入含胺基的取代基以后，赤铁矿回收率也相应提高；向十二胺极性基中引入含羟基或胺基的取代基，能够提高人工混合矿分选效率，但引入含胺基的取代基后，人工混合矿分选效率增加效果不如引入含羟基取代基时明显。对试验捕收剂分子进行量子化学计算表明：随着引入甲基数量的增加，捕收剂极性基团的横截面尺寸增加，增大了药剂与矿物表面作用的空间位阻，导致药剂的捕收能力减弱，选择性增强；含胺基取代基的引入，可以增加极性基团的总电荷量，捕收剂与矿物表面的静电引力增强；引入含羟基的取代基后，能够在增强药剂与矿物表面氢键吸附作用的同时，增加药剂极性基横截面尺寸，从而在提高药剂捕收能力的同时提高了浮选选择性。在后续研究中，结合有机化学的相关知识来提取取代基的相关参数，以定量这种影响规律，从而明确取代基参数与阳离子捕收剂浮选性能之间的基因特性，可为构建一种基于取代基效应的阳离子捕收剂设计方法奠定基础。

氧化锌矿石结构和共伴生关系复杂，表面性质相似，浮选分离难度较大。氧化锌矿中有用矿物异极矿或菱锌矿在浮选过程中难以与含钙脉石矿物方解石和白云石有效分离。因此，对异极矿、菱锌矿及其含钙脉石矿物的表面性质以及其与浮选行为之间的关系进行深入分析可为其高效浮选分离提供理论基础。系统介绍了异极矿和菱锌矿及其含钙脉石矿物表面性质的研究现状，主要包括矿物的表面断裂键、表面润湿性、表面能、表面电性、表面溶解性等，并评述了矿物表面性质与浮选之间的关系。其中，表面断裂键决定矿物暴露面的活性位点；表面润湿性决定矿物天然疏水性；表面能与矿物吸附药剂能力有关，吸附能越负，药剂与矿物表面的相互作用越剧烈；在浮选过程中，带与矿物表面相反的电荷的捕收剂容易通过物理吸附导致浮选；有用矿物表面溶解的金属离子会活化脉石矿物，导致浮选分离困难。最后，对氧化锌矿物表面性质的未来研究方向进行了展望。