包头混合型稀土矿是我国最早发现和开发的超大型稀土矿,稀土储量居世界第一。自上世纪80年代以来,以羟肟酸为稀土矿物特效捕收剂的工业浮选实践,标志着混合型稀土矿浮选技术的基本过关。时至今日,贫、细、杂难选矿产资源已成为国内主力资源,但混合型稀土矿的选矿技术却未能实现持续提高,特别是自2015年以来,包钢实施了选矿综合利用项目,使得混合型稀土矿浮选给矿粒度日益细化,矿浆成分日益复杂,但基于羟肟酸体系的传统浮选药剂创新思维,在此复杂矿浆环境下难以发挥作用,指标难以提高。于此同时,下游稀土冶金企业为了应对国家日益严格的环保指标,对精矿品位提出了更高的要求,但精矿品位的提高必然导致选矿回收率的降低。鉴于此,本论文在系统研究混合型稀土矿的矿物颗粒性质基础上,提出了能够适应目前复杂矿浆体系的浮选方法,设计了符合稀土矿物非线性特征的分速浮选工艺,工业试验取得良好指标。得到的主要成果如下:开展了氟碳铈矿晶体结构、晶面取向研究,结果表明当钙原子类质同象置换氟碳铈矿中的稀土原子,使其晶体结构产生沿(110)和(300)晶面的择优取向,增加矿物的可浮性。研究了不同类型矿石的解理特征及嵌布粒度,发现稀土矿物嵌布粒度粗细不均、解理面很难完全解离是混合型稀土矿的共性。研究了稀土矿物颗粒大小、形状、表面孔隙在浮选过程中的富集规律,发现稀土矿物颗粒的最佳浮选粒径为20～30μm,三维结构接近圆形的颗粒浮选速率更快;稀土矿物颗粒表面存在的不均匀狭缝孔道,其直径均主要分布于40～200nm之间,且以一端封闭型为主颗粒的浮选速率更快。通过颗粒-气泡相互作用动力学研究表明提高精选作业矿浆浓度,能够避免目前混合型稀土矿选矿工业生产流程中粗粒、细粒大量流失的问题。通过颗粒-气泡相互作用力研究表明,利用稀土矿物表面孔隙形成的界面纳米气泡桥接作用,能够增大颗粒-气泡间吸引力作用距离。研究了浮选温度对浮选指标的影响及机理,浮选试验结果表明,浮选精矿品位和回收率均随温度的提高而增大,Zeta电位、FTIR、XPS的分析表明,羟肟酸与稀土矿物表面吸附稳定性随温度升高而增大,且氟碳铈矿>独居石。研究了矿浆中难免离子对稀土矿物浮选指标的影响,浮选试验结果表明,钙镁离子恶化稀土矿物浮选指标,FTIR和29Si MAS NMR机理分析表明,钙镁离子与水玻璃反应生成无定形凝胶C-S-H和M-S-H,C-S-H凝胶聚合度随温度升高而增加,随时间延长而降低,当钙镁离子共存时,随着温度的升高,凝胶由C-S-H型向M-S-H型移动,时间延长,凝胶由M-S-H型向C-S-H型移动,生成的无定形凝胶会无选择地粘附到稀土矿物与脉石矿物的表面,从而降低了浮选指标;而硫酸根对稀土矿物的浮选有一定的促进作用,XPS分析表明其主要原因在于硫酸根会选择性吸附于方解石和萤石表面,而在氟碳铈矿和独居石的吸附量较少。研究了高级氧化法(APOs)对羟肟酸浮选稀土矿物的协同作用机理,浮选试验结果表明,APOs能够在回收率相同的条件下,将稀土精矿品位提高5%,对比了 H2O2、US及US/H2O2等三种方案,其中US/H2O2效果更好,理论分析表明APOs将稀土矿物表面Ce(Ⅲ)氧化为Ce(IV)从而提高了与羟肟酸的螯合反应。同时研究了 APOs对选矿回水中总有机碳(TOC)的降解效率,发现pH降低,降解效率增大;矿浆中的难免离子对降解有抑制作用;稀土矿物、萤石有助于降解,而方解石和混合尾矿则有抑制作用。同时,发现通过对反应条件的优化,能够在15min左右达到70%的降解率,意味着此方案能够在浮选流程中完成,而无需单独处理。开展了 CO2矿泥沉降试验,表明回水中通入定量CO2后,静置30min便基本实现矿泥的完全沉降,并发现AOPs与CO2联用的效果更好。考察了不同pH条件下,沉降前后矿浆中钙、镁、硅含量,发现CO2的通入能够比较明显的降低矿浆中的钙、硅含量,且随pH的升高,沉降率增加。对实际选矿回水进行了验证,FTIR分析发现生成产物存在碳酸钙,此过程的反应机理为CO2能与低聚合度C-S-H的钙离子反应生成碳酸钙沉淀,而pH值的降低使矿浆中残留的硅酸根具有很强的絮凝作用。结果表明,CO2具有加速矿泥沉降和降低矿浆中难免离子的双重作用。建立了类分形浮选动力学模型,不同条件下的浮选过程都能够被此模型所描述,其分形维数ds能够反映出浮选速率随时间变化而体现的受限程度。提出了基于浮选时间恒定的恒定选择性指数模型,以及选择性指数随时间、给矿品位变化的非线性模型,工业生产数据证明了模型可靠性。基于该理论,说明要实现混合型稀土矿浮选高品位和高回收率,采用分速浮选是必然选择。在此基础上,设计并开展了全流程浮选机分速浮选工业试验及实验室规模的机-柱联合分速浮选流程试验,可以将稀土精矿品位由现有的50%提高到65%,并实现高回收率。