白钨矿-萤石-方解石浮选体系中矿物/抑制剂交互作用研究

Scheelite, fluorite and calcite are calcium minerals. The lattice of those minerals contain homogeneous cation ,which has similar reaction activity with conventional collector. Therefore, the research and development of depressor with high selectivity is important to the separation of these minerals. In this project, density functional theory has been used to calculate the adsorption energy between organic reagent containing carboxyl group and minerals. Through this way, depressor with selective inhibition effect on fluorite and calcite is screened. The relationship between the structure of reagent and its flotation property has been studied by single mineral and mixed minerals flotation experiment,so does the interactions of minerals/depressor. Besides, XPS,SIMS/TOF-SIMS, AFM,UV spectrophotometry and solution chemistry calculation are used to study the interactions and transformation on the interface of minerals/depressor, as well as the study of adsorption amount of reagents and reaction product in mineral surface. With the built of the relative index model of surface hydrophobic/hydrophilic, the flotation separation essence relevant to the interactions of minerals/carboxyl depressor in the scheelite-fluorite-calcite flotation system is further revealed, and then the theoretical basis for the flotation separation of scheelite, fluorite and calcite efficiently is provided.

白钨矿、萤石和方解石均为含钙矿物，其晶格中含有同质阳离子，与常规捕收剂间有相近的反应活性，高效选择性抑制剂是分离这三种含钙矿物的关键技术之一。本项目以白钨矿、萤石和方解石三种矿物为研究对象，采用密度泛函理论研究羧基类有机药剂与矿物间的吸附能，筛选出对萤石和方解石具有选择性抑制效果的羧基类有机抑制剂，通过一元和多元浮选试验考察药剂的结构与性能关系及矿物/抑制剂的交互影响，结合XPS、SIMS/TOF-SIMS、AFM、紫外分光光度分析等检测技术及溶液化学计算，系统地研究矿物/抑制剂间界面相互作用及表面转化机理、药剂在矿物表面的吸附量及作用产物，并建立表面疏水/亲水相对指数模型，进一步揭示在白钨矿-萤石-方解石浮选体系中矿物/羧基类有机抑制剂的交互作用影响三种矿物浮选分离的本质，为白钨矿、萤石和方解石的高效分离提供理论依据。

在白钨矿浮选体系中，白钨矿与部分脉石矿物均为含钙矿物，晶格中存在同质阳离子，与常规浮选药剂间均有很高的反应活性，是制约白钨矿与含钙脉石矿物间高效分离的本质原因。本项目以白钨矿、萤石和方解石为研究对象，结合浮选试验、Material Studio模拟软件及、多种现代化表面检测技术分析，系统研究了该浮选体系中矿物与抑制剂间的交互作用。当油酸钠为捕收剂时，聚丙烯酸钠对萤石、方解石的选择性抑制作用强于对白钨矿的抑制作用，其选择性抑制作用优于栲胶、淀粉、柠檬酸、聚丙烯酸钠（PA-Na）、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺等有机抑制剂，磷酸盐（六偏磷酸钠）有助于进一步增强PA-Na的选择性抑制作用。.Material Studio模拟最优函数为LDA-CA-PZ，截断能分别为346eV、365eV和480eV，相似的表面特性及Ca的态密度组成决定矿物表面物化性质的相似性，三种矿物在水体系中与PA-Na或PA-Na+磷酸盐发生反应的吸附能也为负值，其绝对值大小顺序为萤石>方解石>白钨矿。.聚丙烯酸钠对白钨矿、萤石和方解石具有选择性抑制作用，可以改变矿物表面的润湿性、动电位以及影响油酸钠在矿物表面的吸附，相比PA-Na, 混合抑制剂PA-Na+磷酸盐更大程度上降低了萤石和方解石的接触角，而对白钨矿的接触角影响较小，说明PA-Na+磷酸盐优于PA-Na。相比PA-Na, 混合抑制剂PA-Na+磷酸盐的添加使得三种含钙矿物的表面电位负移更为明显，其偏移程度的强弱顺序为：萤石＞方解石＞白钨矿。与抑制剂PA-Na相比，PA-Na+磷酸盐明显降低了油酸钠在萤石和方解石表面的吸附，而白钨矿表面油酸钠的吸附量降幅较小。红外光谱图测试表明很可能是磷酸盐作为链转移剂添加到PA-Na中，通过可逆加成-断裂链转移聚合反应 (RAFT) 有效地缩短聚合物中链的长度，改变聚合物的分子量分布，进而增强了PA-Na对白钨矿、萤石和方解石的选择性。揭示了高分子抑制剂聚丙烯酸钠及磷酸盐与矿物表面的作用机理，对于解决我国白钨矿-含钙脉石矿物型矿石的高效分离和提高其矿产资源综合利用率等问题，具有重要的理论意义。