基于晶体表面各向异性的伟晶岩铝硅酸盐矿物强化浮选分离基础研究

Lithium, beryllium and other important strategic rare metals are mainly stored in pegmatite in the form of aluminosilicate minerals. However, as the kind of minerals are characterized by complex mineral crystal structure, similar surface chemical and physical properties and poor selectivity with flotation reagents, the flotation separation of them is rather difficult and basic research is inadequate. The pegmatite aluminosilicate minerals, such as spodumene, beryl, feldspar and mica etc. are taken as the object of this study. Firstly, the anisotropy of physical and chemical properties (cleavability, broken bond properties, wettability, surface polarity, acid-base properties etc.) of mineral crystal surface at a molecule and atom level are investigated to establish the intrinsic relationship between the anisotropy of mineral crystal and mineral flotation behavior. Secondly, the influences of the grinding condition (the medium, the way etc.), flotation reagent and flotation chemical environment on selective grinding and floatability of the minerals are researched to develop the interface chemical regulation mechanism for strengthening flotation separation of pegmatite aluminosilicate minerals. Lastly, the interfacial chemistry principle of flotation reagent on mineral/water is systematically studied by combining the method of molecular dynamics simulation and in situ analysis and testing technology, in order to establish the theoretical model of strengthening flotation separation of pegmatite aluminum silicate minerals. This study will have a significant theoretical significance and practical guiding value not only on solving technical problems of complex lithium beryllium pegmatite rare metal ore flotation separation but also on improving guarantee extent and comprehensive utilization rate of lithium, beryllium and other rare metals resources.

锂、铍等重要战略稀有金属主要以铝硅酸盐矿物形式存于伟晶岩中。而这类矿物晶体结构复杂、表面物理化学性质相似、与药剂作用选择性差，浮选分离困难，基础研究薄弱。本项目以锂辉石、绿柱石、长石和云母等伟晶岩铝硅酸盐矿物为研究对象，从分子/原子微观尺度开展矿物晶体表面物理化学性质（解理性、断裂键性质、润湿性、表面极性、酸碱性等）的各向异性研究，建立矿物晶体的各向异性与矿物浮选行为的内在关系；研究磨矿条件（介质、方式等）、浮选剂和浮选化学环境等的改变分别对矿物选择性磨矿和可浮性的影响，形成伟晶岩铝硅酸盐矿物强化浮选分离的界面化学调控机制；采用分子动力学模拟与原位分析测试技术相结合的方法，揭示浮选剂与矿物/水界面化学作用原理，建立伟晶岩铝硅酸盐矿物强化浮选分离的理论模型。本研究对解决复杂伟晶岩锂铍稀有金属矿的浮选分离技术难题，提高锂、铍等稀有金属资源的保障程度和综合利用率，有重要的理论意义和实际指导意义。

本项目针对伟晶岩型铝硅酸盐矿物晶体结构复杂、表面化学性质相似、与药剂作用选择性差的特点，以矿物晶体结构特征为切入点，从分子−原子微观尺度开展了伟晶岩铝硅酸盐矿物晶体表面物理化学性质的各向异性、伟晶岩铝硅酸盐矿物强化浮选分离的界面化学调控机制、组合捕收剂与伟晶岩铝硅酸盐矿物/水界面化学作用原理三方面的系统研究工作。建立了伟晶岩铝硅酸盐矿物晶体物理化学性质的各向异性与强化浮选分离的内在关系；基于伟晶岩铝硅酸盐矿物晶体物理化学性质的各向异性，设计和筛选出选择性浮选剂，确定了最优的选择性磨矿和强化浮选分离的方案，建立了伟晶岩铝硅酸盐矿物浮选体系强化浮选分离的界面化学调控机制；查明了浮选剂与伟晶岩铝硅酸盐矿物/水界面化学作用原理，初步建立了伟晶岩铝硅酸盐矿物强化浮选分离的理论模型；开发出了复杂伟晶岩锂辉石矿强化浮选分离的技术原型。本研究成果对解决我国复杂伟晶岩型锂辉石矿的浮选分离技术难题，进一步提高我国锂等稀有金属资源的保障程度和综合利用率，都有重要的理论意义和实际指导价值。同时在一定程度上可以丰富浮选化学理论，为其他难选硅酸盐矿物的浮选分离提供理论参考和借鉴。.本项目研究工作的主要成果如下：.1）在该项目执行期间，出版相关的学术专著1部；发表有本基金号标注的学术论文45篇，其中SCI收录论文37篇（第一标注20篇，第二标注8篇，其他标注9篇），中文EI收录论文1篇（第一标注1篇），其他中文期刊论文7篇（第一标注7篇），论文清单见附件。.2）开发出一种伟晶岩锂辉石矿高效浮选组合捕收剂和高效浮选的方法，并授权了相关的国家发明专利2项。.3）参加国内/国际学术会议10余次，其中国际会议3次，作大会报告9次。.4）培养硕士研究生3名，其中毕业2名。.已超额完成申请书中要求“在国内外重要学术刊物上发表学术论文8~10篇，其中被 SCI检索 5~7篇的任务。培养硕士研究生2~3名。”