碳酸盐矿物晶体化学特性与可浮性关系研究

碳酸盐矿物广泛分布于地壳中，是非金属材料和矿物材料的主要原料，也是提取Fe、Mg、Mn、Pb、Zn、Cu等金属及放射性元素Th、U和稀土元素的重要矿物来源。由于碳酸盐矿物是重要的造岩矿物，在矿物浮选时常常作为脉石影响分离的选择性，研究碳酸盐的浮选行为，对盐类矿物和非盐类矿物的浮选理论和工业实践均有十分重要的意义。碳酸盐矿物的晶体化学特性与其可浮性之间具有密切的关系，本研究以方解石、白云石、菱镁矿、菱锌矿等典型碳酸盐矿物为研究对象，从其晶体化学特征研究出发，借助现在表面测试技术和理论计算，通过对几种碳酸盐矿物表面特性的测试，和在不同捕收剂体系中几种碳酸盐矿物的浮选特性的系统研究，寻找碳酸盐矿物浮选特性与其晶体化学特性的联系与内在规律，并利用分子力学模拟软件对碳酸盐矿物与浮选药剂的作用过程进行模拟计算。在此研究基础上，可以得出碳酸盐矿物可浮性的判断方法，并对某些碳酸盐矿物浮选实践提供指导。

本课题对碳酸盐矿物浮选行为和晶体结构进行研究,通过研究建立了不同碳酸盐矿物浮选行为差异与其矿物晶体化学特性之间的联系，可为碳酸盐矿物浮选理论研究与生产实践提供依据。本课题以方解石、菱镁矿、菱锌矿和孔雀石为研究对象，系统研究了四种碳酸盐矿物在十二胺和油酸钠两种捕收剂体系中的浮选行为及其差异，考察了pH值、捕收剂用量、金属阳离子种类和用量以及磨矿方式对其浮选回收率的影响，并在单矿物浮选研究的基础上考察了不同pH值及铁离子对人工混合矿物浮选分离的影响。通过晶体结构计算、表面XPS检测和透射电镜等对四种碳酸盐矿物的晶体化学特性及破裂后的表面性质进行了详细研究，通过动电位检测及碳酸盐矿物晶体结构分析探讨了四种碳酸盐矿物间浮选行为差异的机理。研究结果表明：油酸钠浮选体系中，方解石的Ca—O键更易断裂，使方解石表面暴露的钙离子更多，因此阴离子捕收剂油酸钠更易在方解石表面产生化学吸附，具有较好的浮游性；而在十二胺浮选体系中，碳酸盐矿物浮游性主要由其表面电位大小决定；碳酸盐干湿磨浮选回收率差异是由溶解初态与溶解平衡态的表面性质差异所引起的。利用Materials Studio软件中的Forcite模块和DMol³模块对药剂与碳酸盐矿物晶体的作用能进行分子动力学模拟计算，模拟计算结果与浮选试验结果吻合。