本发明涉及选矿技术领域，尤其涉及一种快速确定金属硫化矿典型晶面的方法。
背景技术：
在金属硫化矿浮选流程中，利用第一性原理或分子动力学模拟计算可以很好地揭示矿物表面与药剂的作用机理，有利于更好地理解金属硫化矿的浮选过程，提高目的矿物的选矿指标。其中，第一性原理或分子动力学模拟计算都是对矿物晶面性质的计算，而矿物的表面性质是其各晶面性质的综合体现，因此如何选择适当的晶面进行计算至关重要。
虽然已有研究者对单一或多个晶面性质及其与药剂的作用机理进行了研究，但并未给出明确的晶面选择依据。矿物在破碎过程中各晶面并非均匀解理，而是会沿某些晶面优先解理，破碎后的细颗粒矿物中这些晶面出现的概率会越大，这些出现概率大、或者说占据更多表面积的晶面自然也就越具代表性，即这些晶面就是典型晶面。由于这些典型晶面占据了矿物颗粒更多的表面积，研究这些典型晶面可以帮助我们更清楚地解理矿物的表面性质。因此，只有将矿物的各晶面性质与其解理顺序结合起来，才能较好地体现矿物表面与药剂的作用机理。
通常，矿物各晶面的解理顺序可根据表面能计算结果进行排序，矿物更容易沿表面能小的晶面解理，即表面能小的晶面暴露面积更大，更具有代表性。但是，计算矿物各晶面表面能的流程过于复杂，通常需要经过建立矿物晶胞、几何优化晶胞、切割晶面、几何优化晶面、能量计算等步骤，才能计算出各晶面的表面能，耗费大量的计算时间。
矿物破碎解理过程的实质是矿物内部各种键的断裂，进而暴露出不同晶面。因此，可以根据单位面积上键断裂的数量，即断键密度，确定矿物各晶面的解理顺序。虽然有研究表明晶面的断键密度与其表面能成正比，可以使用断键密度代替表面能考察矿物晶面性质，但并未给出这些晶面的选择依据，即这些晶面是否为典型晶面并不清楚。在模拟领域，需要选取晶面去计算其与溶液之间的反应。现有论文或专利中并未提及如何选择晶面，大多是基于最基本的(001)、(100)等基础晶面指数的晶面去执行计算的。因此，如何选择最具代表性/典型晶面至关重要。
技术实现要素：
有鉴于此，有必要提供一种快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，用以解决现有技术中金属硫化物典型晶面的确定过程较为繁琐的技术问题。
本发明提供一种快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，包括如下步骤：
s1：根据矿物xrd标准图谱和实际样品xrd图谱确定矿物可能存在的晶面；
s2：通过建模软件建立矿物晶胞模型，再基于未优化的晶胞模型建立所有可能存在的晶面模型；
s3：统计各晶面面积与断裂键数量，计算各晶面的断键密度；
s4：根据断键密度大小确定矿物各晶面的解理顺序。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过采用矿物各晶面断键密度取代表面能计算确定矿物各晶面解理顺序，将繁琐的软件模拟计算过程转变成简单的数学计算过程，操作简单，省时省力，可靠性高；
本发明基于xrd图谱提供的晶面信息，通过计算断键密度为典型晶面的选择提供理论依据；
本发明方法无需使用软件进行模拟计算，节省大量人力物力，提高计算效率。
附图说明
图1是本发明提供的快速确定金属硫化矿典型晶面的方法一实施方式的工艺流程图；
图2是本发明实施例1中黄铜矿的实际xrd图谱和对应的标准xrd图谱；
图3是本发明实施例1中黄铜矿各晶面断键密度与表面能的关系图；
图4是本发明实施例2中辉钼矿的实际xrd图谱和对应的标准xrd图谱；
图5是本发明实施例2中辉钼矿各晶面断键密度与表面能的关系图；
图6是本发明实施例3中黄铁矿的实际xrd图谱和对应的标准xrd图谱；
图7是本发明实施例3中黄铁矿各晶面断键密度与表面能的关系图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明提供一种快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，包括如下步骤：
s1：根据矿物xrd标准图谱和实际样品xrd图谱确定矿物可能存在的晶面；
s2：通过建模软件建立矿物晶胞模型，再基于未优化的晶胞模型建立所有可能存在的晶面模型；
s3：统计各晶面面积与断裂键数量，计算各晶面的断键密度；
s4：根据断键密度大小确定矿物各晶面的解理顺序。
本发明中，步骤s1具体为：将矿物样品的xrd图谱和xrd标准图谱进行比对，标注出xrd衍射峰对应的晶面指数，根据这些晶面指数定性确定矿物可能存在的晶面。
进一步地，矿物样品为经破碎至0.1～100μm的样品。
本发明中，步骤s2具体为：根据目的矿物的晶格参数，在materialsstudio软件中建立目的矿物的晶胞模型，然后无需进行几何优化计算，利用cleavesurface功能直接在未优化的晶胞模型上切割出步骤s1所确定的晶面，再在c方向上设置
本发明中，步骤s3具体为：根据各晶面的晶格参数计算各晶面面积；根据晶胞中各原子与周围原子的成键数目以及某晶面上暴露出的各原子的残留键数目，统计出该晶面上的断裂键数量；根据各晶面面积与断裂键数量，计算各晶面的断键密度。
进一步地，晶面面积由该晶面的晶格参数a和b相乘得到。
进一步地，由于矿物破碎解理过程的实质是键的断裂，根据晶胞中各原子与周围原子的成键数目以及某晶面上暴露出的各原子的残留键数目，即可统计出该晶面上的断裂键数量。
具体地，断裂键数量的计算公式如下：
其中，n为某晶面上断裂键数量，n为该晶面最外层暴露出的原子数量，bi为晶面最外层暴露出的某原子在晶胞中与周围原子的成键数目，bi残留为该原子在晶面最外层上的残留键数目。
进一步地，断裂密度的计算公式如下：
其中，ρ为断键密度，s为某一晶面面积，n为该晶面上断裂键数量。
本发明中，步骤s4具体为：断键密度越小的晶面越容易解理，越具有代表性。
实施例1
以黄铜矿为例，一种基于xrd与断键密度快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，包括以下步骤：
(1)请参阅图2，根据黄铜矿xrd标准图谱(pdf：75-0507)和澳大利亚某黄铜矿样品xrd图谱，确定黄铜矿存在(112)、(204)、(312)和(004)等晶面；
(2)根据黄铜矿的晶格参数在materialsstudio中构建黄铜矿晶胞模型，然后无需进行几何优化计算，利用cleavesurface功能直接在未优化的黄铜矿晶胞模型上切割出(112)、(204)、(312)、(004)等晶面，再在c方向上设置
(3)根据黄铜矿各晶面的晶格参数计算各晶面面积，根据晶胞中各原子与周围原子的成键数目以及某晶面上暴露出的各原子的残留键数目，统计出各个晶面上的断裂键数量，根据各晶面面积与断裂键数量，计算出各晶面断键密度，结果见表1；
表1黄铜矿各晶面断键密度
(4)根据断键密度大小确定黄铜矿各晶面解理顺序，即(112)<(204)<(312)<(004)，说明(112)面为黄铜矿最典型晶面。
进一步对断键密度的可靠性进行分析。请参阅图3，黄铜矿各晶面断键密度与其表面能之间成线性关系，相关系数为0.8528，说明断键密度可以很好地替代繁琐的表面能计算。
实施例2
以辉钼矿为例，一种基于xrd与断键密度快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，包括以下步骤：
(1)请参阅图4，根据辉钼矿xrd标准图谱(pdf：75-0507)和广西某辉钼矿样品xrd图谱，确定辉钼矿存在(002)、(103)、(105)、(100)、(110)等晶面；
(2)根据辉钼矿的晶格参数，在materialsstudio中构建辉钼矿晶胞模型，然后无需进行几何优化计算，利用cleavesurface功能直接在未优化的辉钼矿晶胞模型上切割出(002)、(103)、(105)、(100)、(110)等晶面模型，再在c方向上设置
(3)根据辉钼矿各晶面的晶格参数计算各晶面面积，根据晶胞中各原子与周围原子的成键数目以及某晶面上暴露出的各原子的残留键数目，统计出各个晶面上的断裂键数量，根据各晶面面积与断裂键数量，计算各晶面断键密度，结果见表2；
表2辉钼矿各晶面断键密度
(4)根据断键密度大小确定辉钼矿各晶面解理顺序，即(002)<(103)<(105)<(100)<(110)，说明(002)面为辉钼矿最典型晶面。
进一步对断键密度的可靠性进行分析。请参阅图5，辉钼矿各晶面断键密度与其表面能之间成线性关系，相关系数为0.9841，说明断键密度可以很好地替代繁琐的表面能计算。
实施例3
以黄铁矿为例，一种基于xrd与断键密度快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，包括以下步骤：
(1)请参阅图6，根据黄铁矿xrd标准图谱(pdf：42-1340)和秘鲁某黄铁矿样品xrd图谱，确定黄铁矿存在(200)、(220)、(111)、(311)、(210)、(321)、(211)、(230)等晶面；
(2)根据黄铁矿的晶格参数，在materialsstudio中构建黄铁矿晶胞模型，然后无需进行几何优化计算，利用cleavesurface功能直接在未优化的黄铁矿晶胞模型上切割出(200)、(220)、(111)、(311)、(210)、(321)、(211)、(230)等晶面，再在c方向上设置
(3)根据黄铁矿各晶面的晶格参数计算各晶面面积，根据晶胞中各原子与周围原子的成键数目以及某晶面上暴露出的各原子的残留键数目，统计出各个晶面上的断裂键数量，根据各晶面面积与断裂键数量，计算出各晶面断键密度，结果见表3；
表3黄铁矿各晶面断键密度
(4)根据断键密度大小确定黄铁矿各晶面解理顺序，即(200)<(220)<(111)<(311)<(210)<(321)<(211)<(230)，说明(100)面为黄铁矿最典型晶面。
此外，对断键密度可靠性进行分析。请参阅图7，黄铁矿各晶面断键密度与其表面能之间成线性关系，相关系数为0.9622，说明断键密度可以很好地替代繁琐的表面能计算。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
1.一种快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，其特征在于，包括如下步骤：
s1：根据矿物xrd标准图谱和实际样品xrd图谱确定矿物可能存在的晶面；
s2：通过建模软件建立矿物晶胞模型，再基于未优化的晶胞模型建立所有可能存在的晶面模型；
s3：统计各晶面面积与断裂键数量，计算各晶面的断键密度；
s4：根据断键密度大小确定矿物各晶面的解理顺序。
2.根据权利要求1所述快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，其特征在于，步骤s1具体为：将矿物样品的xrd图谱和xrd标准图谱进行比对，标注出xrd衍射峰对应的晶面指数，根据这些晶面指数定性确定矿物可能存在的晶面。
3.根据权利要求2所述快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，其特征在于，所述矿物样品为经破碎至0.1～100μm的样品。
4.根据权利要求1所述快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，其特征在于，步骤s2具体为：根据目的矿物的晶格参数，在materialsstudio软件中建立目的矿物的晶胞模型，然后无需进行几何优化计算，利用cleavesurface功能直接在未优化的晶胞模型上切割出步骤s1所确定的晶面，再在c方向上设置
5.根据权利要求1所述快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，其特征在于，步骤s3具体为：根据各晶面的晶格参数计算各晶面面积；根据晶胞中各原子与周围原子的成键数目以及某晶面上暴露出的各原子的残留键数目，统计出该晶面上的断裂键数量；根据各晶面面积与断裂键数量，计算各晶面的断键密度。
6.根据权利要求1所述快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，其特征在于，所述晶面面积由该晶面的晶格参数a和b相乘得到。
7.根据权利要求1所述快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，其特征在于，所述各晶面上的断裂键数量根据晶胞中各原子与周围原子的成键数目以及某晶面上暴露出的各原子的残留键数目计算得到。
8.根据权利要求7所述快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，其特征在于，所述断裂键数量的计算公式如下：
其中，n为某晶面上断裂键数量，n为该晶面最外层暴露出的原子数量，bi为晶面最外层暴露出的某原子在晶胞中与周围原子的成键数目，bi残留为该原子在晶面最外层上的残留键数目。
9.根据权利要求1所述快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，其特征在于，所述断裂密度的计算公式如下：
其中，ρ为断键密度，s为某一晶面面积，n为该晶面上断裂键数量。
10.根据权利要求1所述快速确定金属硫化矿典型晶面的方法，其特征在于，步骤s4中，断键密度越小的晶面越容易解理，越具有代表性。
技术总结