基于表面溶解组分调控的稀土矿强化浮选分离研究

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氟碳铈矿型稀土矿物属于盐类矿物,溶解度较大,浮选过程中溶解出大量矿物组分,在矿物表面发生吸附、沉淀、迁移和转化等反应,使矿物界面性质趋于相同,难以调控,致使浮选分离十分困难,本论文系统研究了氟碳铈矿型稀土矿中三种典型的脉石矿物(方解石、萤石和重晶石)溶解组分对氟碳铈矿浮选行为的影响机制;探明了脉石矿物溶解组分在矿物表面的选择性吸附、沉淀、迁移和转化机制;基于迁移转化机制,筛选出对氟碳铈矿型稀土矿物具有选择性浮选分离效果的绿色高效抑制剂,并研究了抑制剂对矿物选择性作用机理。本研究对解决我国稀土矿物的浮选分离技术难题,进一步提高我国稀土资源的战略保障和综合利用率,具有重要的理论参考价值。论文研究结果如下:
  (1)在以油酸钠(NaOL)为捕收剂的浮选体系下,方解石、萤石和重晶石的溶解组分在强酸强碱性条件下明显抑制了氟碳铈矿可浮性。在pH=11附近的方解石,萤石和重晶石三种脉石矿物上清液中,氟碳铈矿的浮选回收率分别下降了约83%、80%和40%;另外,方解石和萤石上清液在pH8-9区间内对氟碳铈矿可浮性的抑制较强,而重晶石上清液和单一的溶解离子这个pH区间内对氟碳铈矿几乎没有抑制作用。
  (2)通过Zeta电位、FTIR、原位ATR-FTIR、XPS测试,结合矿物晶体化学分析及DFT理论模拟计算,进一步从分子原子层面揭示了脉石矿物溶解组分在氟碳铈矿表面的选择性吸附、沉淀、迁移和转化机理。脉石矿物溶解出的金属阳离子和阴离子基团在溶液中转化生成羟基化合物和各种金属盐,吸附在氟碳铈矿表面,阻碍捕收剂吸附。其中,方解石溶解组分对油酸二聚体的物理吸附和油酸离子的化学吸附有明显抑制作用,但对油酸单体分子物理吸附作用的抑制相对较弱;萤石和重晶石溶解组分对各种形式油酸分子的物理吸附作用没有明显影响,但对油酸离子化学吸附作用的抑制明显。
  (3)基于已探明的脉石矿物溶解组分迁移转化机制,基于抑制剂与溶解组分的反应活性差异,主要针对金属羟基化合物和金属盐类的吸附进行抑制,筛选出黄原胶、海藻酸钠和木质素磺酸钠作为对氟碳铈型稀土矿物具有浮选分离效果的绿色抑制剂。并通过原位微量热和FTIR测试对抑制剂选择性作用机理进行了研究。研究结果表明黄原胶和海藻酸钠结构中的自由羧基与矿物表面Ca质点发生选择性化学吸附反应,暴露的活性质点减少,捕收剂吸附减弱,是其具有浮选分离效果的重要原因,而木质素磺酸钠主要与矿物表面发生物理吸附。
  
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