针对萤石和方解石因表面钙位点相似导致的浮选分离难题,本文采用油酸钠为捕收剂,淀粉为抑制剂,进行纯矿物浮选试验。通过接触角测试仪、表面张力仪、Zeta电位仪、红外光谱分析仪等检测手段,揭示浮选过程中淀粉对两种矿物的选择性抑制作用机理;结合密度泛函理论分析矿物晶体特性以及淀粉对矿物的吸附作用。为萤石与方解石浮选分离工艺提供理论参考。 纯矿物浮选试验表明:中性条件下,采用油酸钠(15 mg/L)为捕收剂,萤石与方解石的回收率分别为86.92%和83.89%,无法有效分离两种矿物;在“油酸钠15mg/L+淀粉40 mg/L”的中性条件下,用普通淀粉作抑制剂,萤石和方解石的回收率分别为85.19%和39.18%,而采用酯化淀粉时萤石和方解石的回收率分别为84.16%和23.62%,表明酯化淀粉比普通淀粉更利于萤石与方解石的分离。人工混合矿(萤石:方解石=1:1)浮选试验结果表明,酯化淀粉做抑制剂,萤石品位从68.54%提高到80.90%,回收率从44.16%提高到79.85%,萤石回收效果良好。 通过多尺度分析测试手段揭示了萤石和方解石浮选分离的抑制作用机理。酯化淀粉对方解石的抑制的作用强于普通淀粉,其在方解石表面的红外吸收峰有4.26cm^-1的波数蓝移,形成化学吸附,使方解石接触角在油酸钠溶液中降得更低(降低12.05°),方解石Zeta电位变得更负(-16.59 m V),不利于油酸钠在方解石表面吸附(吸附量仅为5.47×10^-2 mg/g),也导致油酸钠溶液的表面张力和颗粒间的相互作用能变大,增加方解石颗粒与气泡的脱附率,所以方解石被抑制在水中;而其在萤石表面的红外吸收峰没有峰移现象,仅发生物理吸附,对萤石的接触角影响较小,萤石的Zeta电位保持正值(3.95 m V),油酸钠可在矿物表面吸附(吸附量为10.55×10^-2 mg/g),故萤石可以被捕收。 基于密度泛函理论,从晶体结构及表面吸附特性层面阐明了萤石和方解石浮选分离的抑制机理。萤石(111)表面和方解石(104)表面是最稳定解理面,表面能分别为-3.749 J/m²和-7.498 J/m²。酯化淀粉的能级差(4.16 e V)低于普通淀粉的能级差(5.95 e V),所以酯化淀粉的全局反应活性更高。酯化淀粉与方解石(104)表面的能级差(-4.62 e V)小于酯化淀粉与萤石(111)表面的能级差(-2.3 e V),故酯化淀粉更易于在方解石表面吸附。普通淀粉和酯化淀粉到萤石(111)表面的键长距离分别为2.984(?)和2.816(?),吸附能较小,分别为-5.79 k J/mol和-18.09 k J/mol,即两种淀粉在萤石(111)表面吸附强度低。普通淀粉和酯化淀粉到方解石(104)表面的键长距离分别为2.430(?)和2.236(?),吸附能较大,分别为-117.71 k J/mol和-363.75 k J/mol,两种淀粉在方解石表面吸附强度更高,且酯化淀粉的比普通淀粉的吸附作用更强。因此在浮选过程中酯化淀粉能更好的抑制方解石,实现油酸钠对萤石的捕收,进而实现萤石和方解石的有效分离。