钙镁碳酸盐矿物表面浮选靶点的选择性掩蔽与促活研究

The surface targets of minerals refer to the microcosmic target area that interact with flotation reagents actually, which centered on some positions of exposed surface like atoms, ions or ion clusters. This study will focus on the main surface targets of magnesite, dolomite and calcite, including calcium ion, magnesium ion and carbonate ion. Methods, such as the induced activation, selectively masking, surface erosion, surface conversion and new depressant, that help to selectively masking and activating of flotation targets will be explored further, and then activity differences of various targets could be magnified or reduced, so as to achieve the selective activation or depression of flotation. Based on modern advanced analysis and test technologies, along with the molecular simulation software, the relationship between properties (e.g. position and strength) of surface targets and the genetic characteristics of minerals will be systematically studied at the atomic-molecular scale. Afterwards, the precision control methods and mechanism of flotation separation of calcium magnesium carbonate minerals will be proposed. In view of the regulation method of the targets activity on mineral surface, the flotation investigation on the complex low grade magnesite ore will be carried out to invent an efficient separation process for removing calcium impurities, and the project will provide theoretical and technical support to efficiently produce and utilize the low grade resources.

矿物表面靶点是指以矿物暴露面某些位置如原子、离子或离子团为中心的实际浮选药剂与之发生作用的微观靶向区域。项目将重点研究菱镁矿、白云石和方解石等钙镁碳酸盐矿物表面与药剂作用的主要靶点，如表面钙离子、镁离子、碳酸根离子团等，系统探究对这些矿物表面靶点进行选择性掩蔽和促活的方法或药剂，如诱导活化促活、选择性掩蔽去活、表面溶蚀去活、表面转化调控等，进而放大或缩小矿物表面不同浮选靶点的活性差异，从而实现对矿物浮选的选择性活化或抑制。利用现代先进测试技术和分子模拟软件，从原子-分子尺度系统研究浮选药剂作用于矿物表面靶点的位置和强度等与矿物基因特性的关系，形成钙镁碳酸盐矿物间浮选分离的精准调控方法和机理。基于矿物表面靶点活性调控的方法或理论，针对复杂低品级菱镁矿石进行浮选提纯试验研究，寻求高钙型低品位菱镁矿石脱钙除杂高效分选方法，为低品级菱镁矿资源的开发利用提供理论和技术支撑。

本项目针对菱镁矿、白云石和方解石三种钙镁碳酸盐矿物，首先采用相关检测及计算方法研究得出三种钙镁碳酸盐矿物晶体结构和表面特性的相似性与差异性，结果表明：三种矿物具有较好的亲水性且表面氧的相对含量近似约为48%；对于零电点、矿物表面多价金属阳离子对于阴离子的相对密度（∑Mn+/∑O2-）和矿物表面溶解性，三种矿物差异性较大。其次，通过浮选试验，考察粒级和药剂条件对矿物可浮性的影响，并根据药剂作用前后矿物表面特性差异、矿物与药剂的吸附力变化规律、矿物各晶面的未饱和键密度和表面能和各暴露面靶点与不同药剂基团的作用差异等情况，总结出矿物表面靶点与矿物浮游特性关系，结果表明：由于Ca的3d轨道得电子能力强于Mg，常规阴离子捕收剂对三种矿物捕收能力的存在一定的差异，而随着药剂浓度的增大，这种差距会迅速减小，同时，结构中O原子的电负性大，与阳离子捕收剂静电力较大，因此在常规胺类捕收剂体系中可浮性也较好。第三，通过调节矿浆温度、组合高选择性低温菱镁矿正浮选捕收剂和选取与钙镁结合能力差异明显的调整剂等方法对多元矿物表面靶点性质进行调控，实现矿物表面靶点的选择性掩蔽或促活，结果表明：在矿浆温度15℃时，能实现白云石表面溶蚀去活；新型捕收剂十六烷基磷酸酯对菱镁矿作用最强且具有较高的选择性，可作为菱镁矿与含钙脉石矿物浮选分离的新型捕收剂；新型抑制剂BAPTA能选择性抑制白云石上浮对菱镁矿作用均较小，能实现菱镁矿和白云石的有效分离。最后，分析了不同药剂基团与矿物表面特定区域作用强度和空间分布规律，建立钙镁碳酸盐矿物浮选表面靶点的精准调控理论。本项目通过研究，共发表了标注基金资助的学术论文 47 篇，其中被 SCI 收录39篇，EI收录1篇，主编出版教材1部，参编教材1部，授权国家发明专利10项，国际PCT公开专利4项，获得了辽宁省自然科学三等奖1项。本项目研究为低品级菱镁矿资源的开发利用提供理论和技术支撑。