铌是战略性关键金属资源,在特种冶金、高端材料、航空航天、国防军工等高科技领域广泛应用。白云鄂博矿中铌资源储量丰富,其中铌元素主要赋存于易解石、铌铁矿、烧绿石等多种含铌矿物中,其中,白云鄂博西矿含铌矿物主要以铌铁矿为主。然而,白云鄂博铌铁矿的浮选面临可浮性较差、传统苯甲羟肟酸捕收剂体系对铌铁矿浮选效果不佳的技术瓶颈。此外,铌铁矿与含铁脉石矿物的表面物理化学性质相似,导致两者可浮性接近且浮选分离难度大。因此,基于矿物浮选行为差异,研发高效选择性浮选药剂体系并优化分离工艺方案,是实现白云鄂博铌铁矿资源富集回收的关键路径。 论文以铌铁矿和铁白云石、赤铁矿、黑云母三种典型含铁脉石矿物为研究对象,针对铌铁矿可浮性差的关键问题,系统考察脂肪酸类、羟肟酸类、膦酸类等不同类型捕收剂以及金属离子活化对铌铁矿浮选行为的影响规律,筛选并设计铌铁矿强化捕收体系,提高铌铁矿的浮选回收效率;根据筛选出的捕收剂体系,系统考察有机小分子和有机大分子抑制剂对矿物表面性质及浮选行为的影响规律,通过对比试验筛选出高效的选择性抑制剂体系,并采用人工混合矿浮选试验验证铌铁矿/铁白云石、铌铁矿/黑云母、铌铁矿/赤铁矿等矿物体系的分离效果,得到铌铁矿与含铁脉石矿物高效分离工艺方案,并在实际矿中应用,得出主要结论如下: 揭示了铌铁矿与含铁脉石矿物晶体化学及表面特性。铌铁矿表面主要暴露Nb特征活性位点,铁白云石表面以Mg、Ca特征活性位点为主,黑云母表面则主要暴露Al特征活性位点,铌铁矿与铁白云石、赤铁矿、黑云母的表面均含有Fe共同活性位点。铌铁矿与含铁脉石矿物表面性质相似导致其浮选分离困难,矿物表面特性则直接决定浮选药剂与矿物的选择性作用,为筛选铌铁矿浮选高效捕收剂和抑制剂体系提供了理论依据。 构建了铌铁矿浮选新型捕收体系,并阐明新型捕收剂体系对铌铁矿的强化捕收作用机理。相较于传统苯甲羟肟酸BHA浮选体系,BHA/OHA、OHA/SDS组合捕收剂体系及Pb²⁺活化体系可显著提高铌铁矿回收率,降低捕收剂用量。新型捕收体系强化铌铁矿浮选作用机理为:BHA/OHA组合捕收剂通过氢键缔合作用形成致密的协同吸附层,增强捕收剂在铌铁矿表面吸附密度;OHA/SDS组合捕收剂通过形成混合胶束结构,减弱SDS阴离子间静电排斥效应,在矿物表面产生共吸附,两种组合捕收剂均增强了在铌铁矿表面的吸附能力,强化铌铁矿表面疏水。 建立了铌铁矿浮选含铁脉石矿物选择性抑制体系,明确了其对含铁脉石矿物选择性抑制作用机制。羧甲基纤维素CMC、羧化壳聚糖CTS、聚天冬氨酸PASP和水解马来酸酐HPMA等有机大分子抑制剂均可强烈抑制铁白云石和黑云母,而对铌铁矿抑制作用弱,其中以CMC选择性抑制作用最佳,CMC通过羧基与铁白云石表面的Ca²⁺形成钙羧酸盐实现稳定吸附、与黑云母表面的Fe³⁺通过Fe-O配位键结合吸附,增强矿物亲水性,而在铌铁矿表面仅发生微弱的物理吸附。乙二胺四乙酸EDTA通过羧基和氨基官能团与铌铁矿表面的Nb⁵⁺形成强化学螯合,显著增强铌铁矿表面亲水性,而对赤铁矿吸附作用较弱,从而对铌铁矿产生强烈选择性抑制作用。 开发了铌铁矿与含铁脉石矿物“正-反浮选”分离思路,即:正浮选过程中采用CMC选择性抑制铁白云石和黑云母,浮选铌铁矿;反浮选过程中采用EDTA选择性抑制铌铁矿,实现铌铁矿与赤铁矿分离。铌铁矿与铁白云石、黑云母浮选分离研究表明,BHA/OHA体系较单一BHA体系,获得的铌精矿Nb₂O₅品位与回收率均有所提升。铌铁矿与赤铁矿反浮选分离结果表明,单一BHA体系下,获得铌精矿Nb₂O₅品位和回收率分别达到63.09%和84.22%,高于BHA/OHA、OHA/SDS及Pb²⁺活化体系。 将铌铁矿“正-反浮选”分离工艺技术应用于白云鄂博铌矿实际矿浮选。结果表明,采用“一粗三精”闭路正浮选工艺流程,实现了对黑云母、铁白云石选择性抑制,获得铌精矿Nb₂O₅品位为5.33%、回收率为34.93%,赤铁矿同步富集;进一步采用反浮选脱除赤铁矿,获得铌精矿Nb₂O₅品位为7.42%,回收率为22.21%。本文研究结论可为白云鄂博铌铁矿资源高效回收利用提供理论指导,对保障我国战略性矿产资源安全供给具有重要的科学意义和实际价值。