基于自由能最小原理的铜精矿物相组成计算研究

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2018.01.003基于自由能最小原理的铜精矿物相组成计算研究李明周1a，童长仁1a，黄金堤1b，汪金良1c，李俊标2（1.江西理工大学，a.冶金与化学工程学院，b.建筑与资源工程系，c.工程研究院学院，江西赣州341000；2.金隆铜业有限公司，安徽铜陵244021）摘要：针对铜精矿物相组成分析耗时滞后和在线准确判断实现困难的问题，依据地球化学和成矿动力学理论，提出铜精矿历经漫长成矿过程后已基本达到或接近平衡态的假设，并将铜精矿视为若干化合物的混合体，基于成矿平衡态铜精矿体系吉布斯自由能最小原理，构建了铜精矿物相组成线

2、性规划计算模型。几种典型铜精矿的实例验证表明，该模型能较为准确地计算铜精矿物相组成。关键词：自由能最小原理；铜精矿；物相组成；计算模型中图分类号：TF811文献标志码：A文章编号：1007-7545（2018）01-0000-00StudyonPhaseCompositionCalculationofCopperConcentrateBasedonMinimizationofGibbsFreeEnergyLIMing-zhou1a,TONGChang-ren1a,HUANGJin-di1b,WANGJin-liang1c,LIJun-biao2(a.SchoolofMetallu

3、rgyandChemistryEngineering,b.SchoolofConstructandResourcesEngineering,c.TheInstituteofEngineeringResearch,1.JiangxiUniversityofScienceandTechnology,Ganzhou341000,Jiangxi,China;2.JinlongCopperCo.Ltd.,Tongling244021,Anhui,China)Abstract：Toaddressanalysistimelagandinaccurateonlinejudgeforphaseco

4、mpositionsofcopperconcentrate,basedonGeochemistryandmetallogenicdynamicstheory,theassumptionthatcopperconcentratehadbeenbasicallyunderorclosetoequilibriumstateafteralongprocessofmineralizationwasputforwardwithcopperconcentrateregardedasamixtureofseveralcompound.Linearprogrammingmodelforcalcul

5、atingphasecompositionsofcopperconcentratewasconstructedbasedonminimizationofGibbsFreeEnergyofcopperconcentrateundermetallogenicequilibriumstate.Examplesofseveraltypicalcopperconcentratesshowthatthemodelcanbeusedtoaccuratelycalculatephasecompositionsofcopperconcentrate.Keywords：minimizationofG

6、ibbsFreeEnergy;copperconcentrate;phasecomposition;calculationmodel铜是一种典型的亲硫元素，在自然界中主要形成硫化矿，且该矿种具有易于富集、热效应好等特点，适宜采用火法冶炼工艺处理[1]。硫化铜精矿主要元素组成为Cu、S、Fe、Si、O等，其中，Cu、S、Fe三种元素总含量约占60%~80%，这三个元素的物相组成准确分析检测或判断对铜火法冶炼生产炉内热效应及工艺参数控制至关重要。因此，铜精矿进入冶炼系统前往往需进行成分分析和物相组成分析或假定。目前实验室研究人员多采用XRF[2-4]、XRD[5-7]、矿相显微镜[8

7、-10]、SEM[11-12]等仪器对铜精矿的元素和物相组成进行工艺矿物学对比分析[13-14]。在铜火法冶炼生产中，生产技术人员一般根据各批次铜精矿的元素组成XRF分析结果和人为设定的混合铜精矿S/Cu比控制目标，通过控制各批次铜精矿的下料比例（即配料），达到调控冶炼炉内反应热的目的。前者仪器分析方法用于生产存在滞后、成本高等问题；后者方法也因铜精矿中硫化合物存在形式多样且热效应不同，存在人为判断误差问题。在铜闪速熔炼生产智能控制中，在线数模多采用文献[15]所报道的推定算法对