硼及其化合物因其独特的物理化学性质,在国民经济生产中占有重要地位。我国硼矿资源储量丰富,目前已探明储量3200万t(以B203计),其中大多数为硼铁矿资源储量。由于硼铁矿石中主要矿物共生关系复杂、嵌布粒度细、脉石矿物含量大等诸多因素的影响,致使其开发利用技术难度较大、经济效益差。随着我国工业化进程快速推进,硼的用途不断拓展,我国的硼需求量持续增长。然而经过多年开发利用,优质硼镁石矿资源已经近乎枯竭,原料短缺的问题严重制约着我国硼工业的健康发展。因此,加强我国复杂难选硼铁矿资源的高效利用,对于保障我硼工业可持续发展意义重大。面对着硼铁矿资源开发利用过程中的诸多难题,加强硼铁矿资源分选的基础研究工作,对于指导硼铁矿石高效分离,推动我国硼铁矿选矿技术进步具有重要的理论和实际意义。本文以硼铁矿中主要矿物硼镁石、蛇纹石、磁铁矿为研究对象,利用Zeta电位分析、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)等检测技术,采用分析检测、理论计算和试验研究相结合的方法,开展了较为系统的基础研究工作,取得了一些具有科学意义的研究成果。矿物表面及晶体化学特性研究表明,蛇纹石、硼镁石、磁铁矿零电点分别为pH=9.2、pH=7.8、pH=5.6,蛇纹石、硼镁石易在水溶液中发生溶解,造成溶液中Mg,B元素含量均明显增加,并且使溶液pH值迅速升高,其零电点也随之发生了改变。蛇纹石、硼镁石结构中均含有大量的羟基结构,矿物表面的羟基转移进入液相是造成矿浆pH值升高的主要原因。在矿浆中加入HCl后,可以加速蛇纹石、硼镁石的溶解,使得溶液中Mg,B元素含量显著升高,同时矿物表面溶解的羟基也更多,从而使得矿浆对HCl表现出较强的缓冲能力。矿物表面荷电机理研究表明,蛇纹石、硼镁石表面离子的不等量溶解现象,是矿物表面荷电的重要原因。蛇纹石、硼镁石在水溶液中溶解后,矿物表面Mg、B元素相对含量明显降低,表明大量离子由矿物表面转移进入溶液之中。由于在水溶液中蛇纹石、硼镁石表面阳离子的溶解量明显大于阴离子的溶解量,因此溶解后矿物表面负电荷增多,表现为矿物的等电点降低。单矿物浮选试验结果表明,硼镁石、磁铁矿在十二胺、油酸钠浮选体系下均有较好的可浮性,而蛇纹石在十二胺浮选体系下具有一定可浮性,最高浮选回收率为42%,在油酸钠浮选体系下则基本不浮。六偏磷酸钠(SHMP)、羧甲基纤维素钠(CMC)、木质素磺酸钙、水玻璃等抑制剂均可对硼镁石、蛇纹石、磁铁矿产生抑制效果,使得其浮游性质发生变化。通过人工混合矿浮选试验探究了硼镁石—蛇纹石、硼镁石—磁铁矿、硼镁石—蛇纹石—磁铁矿等不同体系下矿物分离特性及规律。结果表明采用十二胺作为捕收剂时,蛇纹石、磁铁矿易大量进入精矿中,不利于提升精矿B2O3品位。采用油酸钠作为捕收剂时,pH为9.3时硼镁石与蛇纹石、磁铁矿分离效果较好。相较于十二胺,采用油酸钠作为捕收剂更为适宜。研究结果还表明,蛇纹石粒度及含量是其影响硼镁石回收率的两大因素,随着蛇纹石粒度及含量增加,硼镁石回收率逐渐降低,但前者是主要影响因素,而磁铁矿对硼镁石回收率影响不大。十二胺浮选体系下,采用SHMP来降低蛇纹石对硼镁石的不利影响。结果表明,SHMP主要对-38μm蛇纹石起抑制作用,对+38μm蛇纹石的抑制作用并不明显。油酸钠浮选体系下,考察了通过“异相凝聚”作用,采用石英抑制蛇纹石的可能性。结果表明,适量添加石英有利于硼镁石浮选,此时蛇纹石对硼镁石的抑制作用被明显削弱,精矿中硼镁石回收率得到明显提高,但是过量添加石英会对硼镁石回收产生不利影响。DLVO理论计算结果表明,在pH值为9.0时,蛇纹石与硼镁石颗粒间作用能为负值,表明蛇纹石易黏附于硼镁石表面。pH值为11.0时,蛇纹石与硼镁石颗粒间作用能为正值,表明二者间呈分散状态。pH值为9.0时,蛇纹石与石英颗粒件作用能为负值,表明蛇纹石易与石英发生黏附;石英与硼镁石颗粒间作用能为正,表明石英与硼镁石颗粒间呈分散状态。矿物颗粒表面荷电性质的差异,是影响矿物颗粒间作用状态的根本原因。矿物表面电荷符号的转变,能够引起矿物颗粒间作用能符号的转变,从而改变矿物颗粒间团聚、分散状态。AFM检测结果表明,pH值为9.0时,蛇纹石与硼镁石、石英颗粒间作用力为引力,而硼镁石与石英颗粒间为斥力;pH值为11.0时,蛇纹石与硼镁石颗粒间引力明显减弱。AFM检测结果与DLVO理论计算结果基本一致,并且通过扫描电子显微镜对矿物颗粒间黏附状态进行了观测,结果与理论计算结果相吻合。药剂与矿物表面作用机理分析表明,十二胺以物理吸附的形式作用于蛇纹石和硼镁石表面,油酸钠通过化学吸附作用于硼镁石表面,而油酸钠通过化学吸附和氢键共同作用于蛇纹石表面。SHMP通过与蛇纹石表面Mg2+作用,生成亲水性较强的络合物,从而对蛇纹石起抑制作用;CMC通过化学吸附作用于蛇纹石表面Mg原子,从而抑制蛇纹石;木质素磺酸钙通过化学吸附与蛇纹石表面作用,从而起到抑制蛇纹石的作用;水玻璃也通过化学吸附与蛇纹石表面作用,从而对蛇纹石产生抑制作用。本文的研究成果丰富了硼铁矿浮选分离基础理论体系,对于硼铁矿石分选具有一定的指导意义,为硼铁矿资源高效利用提供了理论支撑,并为其他相关理论研究工作提供了借鉴。