含钙盐类矿物界面离子迁移与浮选分离基础研究

Because of the same cation presenting in crystal lattices, it is difficult to obtain collector directional adsorption in calcium minerals flotation system, which is the main case limits the efficient utilization of some resourses, such as phosphate, tungsten and fluorite. Combining the simulation of geochemical inversion process with various modern analysis technologies, this dissertation has done detailed and systematical researches in calcium minerals flotation system, including the mechanism and rule of ion migration on solid-liquid interface, the micro-paths of Ca2+ in the process of reagents adsorption, the coupling relationship between regulator and collector on changing the ion migration behavior, and the effect of ion migration on mineral floatability. All of above is to build up the theoretical framework of ion migration controlled separation of calcium minerals from each other. At the same time, novel flotation separation technologies are advantaged to improve the utilization level of difficult-to-float resources.

由于晶格中同质阳离子的存在，含钙盐类矿物浮选过程中药剂无选择性吸附现象严重，是制约磷、钨和萤石等矿产资源高效利用的主要技术瓶颈。本项目针对多元含钙盐类矿物，结合PHREEQC软件对地球化学反演过程的模拟与多种现代表面检测技术，细致系统地研究固液界面离子溶解/吸附的动态平衡过程、浮选剂作用过程中离子在多相间迁移的微观路径、调整剂与捕收剂在改变离子迁移行为上的耦合关系、离子迁移对矿物可浮性的影响，揭示固液界面离子迁移的发生机制与基本规律，明确离子在矿物-浮选剂作用产物-溶液三相中的迁移过程与矿物表面亲水/疏水平衡的内在关联，并提出通过离子选择性迁移调控实现浮选剂定向吸附的合理措施。在以上研究的基础上，形成基于固液界面离子迁移调控的含钙盐类矿物浮选分离原则与理论，开发硅-钙质磷矿、钨-萤石共生矿浮选分离技术原型，为提高我国难处理资源的利用水平提供借鉴。

磷、钨、萤石、镁资源均是我国优势矿产资源，随着高品质资源的日益消耗，硅钙质磷矿、钨萤石共生矿、高钙菱镁矿等难处理矿已成为上述资源的供应主体。上述难处理资源浮选分离的共性难题是有用矿物与脉石矿物均为钙镁盐类矿物，捕收剂无选择性吸附强烈，分离难度极大。本项目针对上述难处理资源构成的磷灰石-白云石、白钨矿-萤石-方解石、菱镁矿-白云石等钙镁盐类矿物浮选分离体系，将地球化学模拟软件 PHREEQC引入矿物表面溶解组分的计算，系统研究了组元矿物的晶体结构与表/界面溶解行为，并考察了调整剂作用下多元钙镁盐类矿物表面阳离子溶解、药剂吸附和可浮性的耦合关系，形成了基于界面离子迁移的钙镁盐类矿物可浮性差异调控原则，并针对上述三种难处理资源开发了浮选分离技术原型，其中高钙菱镁矿浮选分离技术实现了工业应用。主要得到以下结果：（1）由于矿物晶体结构的差异，不同矿物在矿浆环境中的溶解行为存在明显差异，为基于离子迁移实现浮选分离调控提供了余地；（2）钙镁盐类矿物在药剂作用下，阳离子溶解、调整剂吸附、矿物可浮性的关联存在一定规律，即阳离子溶出量越大，调整剂吸附越少，矿物可浮性越好。白钨矿—萤石—方解石、菱镁矿—白云石、磷灰石—白云石三种多元盐类矿物浮选体系中，分别在酸化水玻璃、六偏磷酸钠和硫酸等相应调整剂作用下，均体现出上述规律性；（3）以通过调整剂调控界面离子迁移差异来增大可浮性差异的思路为指导，开发了硅钙质磷矿、钨萤石共生矿、高钙菱镁矿浮选分离技术原型，其中高钙菱镁矿浮选分离技术实现工业应用，MgO回收率从30%提高到70%以上。通过本研究，拓展了传统浮选溶液化学计算方法，发现了调整剂作用下矿物表面的溶解与可浮性改变的内在规律并提出了调控原则，开发出的高效分离技术实现工业应用，对解决钙镁盐类矿物浮选分离难题具有良好的借鉴意义与实用价值。