[发明专利]选冶过程中固体物料颗粒表面化学性质的在线检测方法

说明书

本发明公开了一种选冶过程中固体物料颗粒表面化学性质的在线检测方法，属于选矿与冶金工程应用领域。基于壳孤立纳米粒子增强拉曼光谱分析，原位解析矿物或矿渣等选冶过程中固体入料的表面化学性质，包括氧化与还原、沉淀与溶解、药剂分子的吸附，为浮选、浸出等过程的智能控制与工艺优化提供精准描述。由于界面物质结构受环境干扰很大，以及工艺参数的多变性，非原位的测量方法不能真实反映入料的性质，也不能作为工艺调控依据进行及时反馈。本发明对纳米粒子修饰矿物标本在矿浆流中进行植入、检测与再生，基于信号孪生实现对真实物料表面化学信息的原位高灵敏快速测试与定量描述。

技术领域

本发明属于选矿与冶金工程应用技术领域，具体涉及一种选冶过程中固体物料颗粒表面化学性质的在线检测方法。

背景技术

选冶矿浆中固体物料与水溶液的界面反应是物料加工性质的关键因素，例如捕收剂的吸附决定了矿物的可浮性，钝化层的形成决定了浸出的动力学。由于界面物质结构受环境干扰很大，以及工艺参数的多变性，非原位的测量方法不能真实反映入料的性质，也不能作为工艺调控依据进行及时反馈。传统的表面化学测试方法如X射线光电子能谱由于真空测量条件的限制不能作为一种原位检测技术，傅里叶变化红外光谱分析时需要制作盐片，耗时过长也不能实现原位测试。这些检测技术在选冶基础理论研究中起到一定的作用，但并不适合于生产现场的检测。一般生产现场对矿浆入料的检测仅限于细度、浓度和品位，以及溶液的pH、溶解氧、压力和温度等环境技术参数，这些技术参数不足以提供完善的物料加工性质的预测依据。也有针对浮选泡沫的图像分析，或者对产品中金属品位的分析，获取实时工艺指标，进而对物料的加工性质进行建模与优化调控。然而这种根据产品性质对物料加工性质的判断明显带有滞后性，也会影响调控模型的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种选冶过程中固体物料颗粒表面化学性质的在线检测方法，基于壳孤立纳米粒子增强拉曼光谱分析，利用信号孪生实现对实际物料表面化学信息的原位高灵敏快速测试与定量描述。本发明解决了现有技术对矿浆物料表面性质检测困难的问题，完善了过程工程中的在线检测体系，为浮选、浸出等过程的智能控制与工艺优化提供精准描述。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种选冶过程中固体物料颗粒表面化学性质的在线检测方法：先合成壳孤立纳米粒子SHINs，然后利用纳米粒子修饰矿物标本，再将修饰矿物在矿浆流中进行植入、检测与再生，基于拉曼光谱信号孪生实现对固体物料颗粒表面化学信息的原位高灵敏快速测试与定量描述。

包括以下步骤：

（1）合成壳孤立纳米粒子SHINs：将200mL 0.01 wt.%HAuCl₄溶液搅拌煮沸，快速加入1.4 mL 1wt.%柠檬酸钠溶液，持续搅拌沸腾0.5h，冷却至室温，得到金溶胶溶液；在30mL金溶胶溶液中加入0.4 mL 1 mM 3-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂溶液，搅拌15 min，加入3.2mL 0.54 wt.%偏硅酸钠溶液，搅拌 3min，加热至90℃，继续搅拌60min后在冰水中冷却至室温，离心三次，用超纯水清洗，得到SHINs悬浮液；

（2）纳米粒子修饰矿物的制备：从选冶车间的皮带入料上，拣选单体解离度高、纯度高的各种类型的矿物标本，标本的块体尺寸在1~5毫米之间，将这些待检测矿物标本镶嵌在耐高温树脂中，加工成短杆状，短杆的一端暴露矿物标本的一个表面，另一端粘贴磁铁；用2000目碳化硅砂纸打磨矿物端面，滴涂20微升SHINs悬浮液，得到纳米粒子修饰矿物；

（3）纳米粒子修饰矿物在矿浆流中进行植入、检测与再生：固体物料以矿浆的形式加入搅拌桶中，再加入选矿药剂，搅拌；将纳米粒子修饰矿物用磁性悬杆固定，放入搅拌的矿浆中，此时纳米粒子修饰矿物与矿浆溶液的界面处发生同等效力的化学反应；抽取矿浆，过滤，将清液倒入测试容器中，放入纳米粒子修饰矿物，开始拉曼光谱测试；使用便携式拉曼光谱仪进行光谱信号采集，测试参数为：激光波长785nm，激光能量25mW，累积曝光时间10s，扫描波数200~3500cm^-1。

本发明的有益效果在于：