锂辉石矿预处理体系中矿物表面选择性溶蚀行为及调控机理研究

Reasonable pulp pretreatment can strengthen the selective adsorption of flotation reagents on silicate mineral surface, and it is a key technology to achieve silicate minerals separation efficiently. In this project, a research idea is proposed to achieve selective corrosion of mineral surface by the controlling of solid-liquid interfacial mass transfer process, then enlarging mineral surface property differences and improving separation efficiency of spodumene ore. Using crystal structure calculation, solution chemistry of PHREEQC simulation, ANSYS fluid simulation, solution composition and mineral surface property detection technology, the intrinsic association between mineral crystal structure and selective corrosion behavior, thermodynamics and kinetics theory of corrosion process, the control factors of the solid-liquid interfacial mass transfer and regulation of selective corrosion in multi minerals system will be studied systematically, in order to clarify the regulation mechanism among the process control of solid-liquid interface mass transfer, selective corrosion of mineral surface and flotation efficiency. Using the reasonable control methods of solid-liquid interfacial mass transfer to strengthen the selective corrosion of mineral surface, and to achieve the formation of the control principle of the selective corrosion of mineral surface and surface properties of minerals based on the control of solid-liquid interfacial mass transfer process in the pretreatment process of spodumene ore. The completion of this project can provide new theory and the implementation scheme for the efficient separation of spodumene ore. It can also provide reference for the efficient separation of the complex and refractory silicate mineral resources.

合理的矿浆预处理可强化浮选药剂在硅酸盐矿物表面的选择性吸附，是实现硅酸盐矿物高效分选的关键技术。本项目以锂辉石矿预处理体系为对象，提出通过固液界面传质过程控制实现矿物表面选择性溶蚀，增大矿物表面性质差异，提高锂辉石矿分选效率的研究思路。采用晶体结构计算、PHREEQC溶液化学模拟、Ansys流体仿真、溶液组分与矿物表面性质检测技术，系统研究锂辉石等矿物晶体结构与选择性溶蚀行为内在关联、溶蚀过程热力学和动力学理论基础、固液界面传质过程控制因素及多元矿物体系中选择性溶蚀行为。明晰固液界面传质过程控制—矿物表面选择性溶蚀—提高浮选效率的调控机理。采用合理固液传质过程控制措施强化锂辉石矿预处理过程中矿物表面选择性溶蚀，形成基于固液界面传质过程控制实现矿物表面选择性溶蚀与表面性质调控的原理。本项目的完成可为锂辉石矿高效分选提供新的基础理论和实施方案，也可为复杂难处理硅酸盐类矿产资源高效分选提供借鉴。

锂辉石是重要的提锂矿石资源，锂辉石与长石、石英、云母等伴生脉石矿物均属铝硅酸盐矿物，表面理化性质相近。采用脂肪酸类捕收剂浮选时，需要辅助多价金属阳离子做活化剂，矿物之间分离的选择性较差，严重影响了锂辉石矿资源的分离利用效率。本项目提出了基于矿物表面组分选择性溶蚀，进一步扩大锂辉石与脉石矿物表面性质差异的技术路线。以晶体化学、量子化学、胶体化学和浮选化学等基础理论为依据，借助XPS、AFM、XRD、红外光谱及、频振动光谱及分子动力学模拟等现代研究手段，首先开展了锂辉石及伴生矿物晶体结构与选择性溶蚀行为的内在关联的研究。发现因锂辉石、长石、石英矿物的晶体结构不同，解理面上Si-O和Al-O键的强度存在差异。在酸性或碱性介质中，表面原子与H+及OH-结合的难易程度不同，导致矿物表面Si和Al组分的溶出行为存在差异。其次，开展了不同化学和物理环境下，矿物表面溶蚀行为、表面性质和浮选行为的研究。酸性条件下，锂辉石表面Al组分优先溶出，活性位点减少。碱性介质中，锂辉石表面Si组分优先溶出，表面Al等活性位点增加。不同溶液体系下，矿物表面组分存在选择性溶蚀行为，溶蚀后矿物表面形貌、组分分布和表面性质的差异性进一步扩大。再次，开展了预处理溶蚀过程的热力学和动力学研究。提出了碱性介质中锂辉石表面组分可能的溶蚀模型，以及矿物表面组分溶蚀可能的化学反应。常温常压条件下，氢氧化钠等药剂用量是主要影响因素，其次是搅拌处理时间和搅拌强度。最后，基于矿物表面组分选择性溶蚀关键影响因素调控，开展了锂辉石实际矿石分选试验，与现场条件的试验结果对比，Li2O回收率提高了5.18%，初步形成了基于矿物表面组分选择性溶蚀的锂辉石矿浮选技术原型。项目研究成果进一步完善了硅酸盐类矿物浮选的理论体系，也为锂辉石矿浮选实践提供了新的技术途径和理论支撑。