尽管焙烧技术已成功应用于矿物的活化预处理,但针对铌铁矿浮选体系中的温度效应规律及药剂适应性仍缺乏系统研究。本文以铌铁矿为研究对象,基于密度泛函理论(DFT)对铌铁矿晶体结构及表面特性进行微观解析,通过氧化焙烧实验结合热力学分析、TG、XRD、SEM-EDS和接触角测试,揭示了不同焙烧温度下铌铁矿的物相演变规律与表面性质演变特征。进一步利用DFT计算阐明了氧气在矿物表面的氧化作用机理,并通过十二烷基磺酸钠(SDS)和辛基羟肟酸(OHA)及其组合捕收剂的浮选试验结合溶液化学计算、Zeta电位和FTIR光谱分析,研究了焙烧温度对矿物可浮性的影响规律及机理。 (1)DFT计算表明,铌铁矿属导体,结构中O具有最强活性,Fe次之,Nb最弱,O-Fe键呈离子性特征,Nb-O键具有极性共价特征。(110)面为铌铁矿最易暴露的解理面,在解理的过程中会暴露Fe和Nb金属位点,且Fe的活性强于Nb。 (2)铌铁矿在氧化焙烧过程中可生成磁铁矿(Fe₃O₄)和赤铁矿(Fe₂O₃),其氧化动力学过程缓慢,且随温度变化呈现阶段性物相重构和表观特征。氧化焙烧初始阶段因水分挥发和杂质分解导致质量损失,680℃后铁氧化物的生成使质量回升。在600~1000℃焙烧温度范围,铌铁矿为主要物相成分,但其特征峰强持续衰减,Fe₃O₄的衍射峰强于800℃达最高后随Fe₂O₃的形成而减弱,至1000℃时Fe₂O₃衍射峰强最高。随温度升高,铌铁矿表面氧含量增加且裂隙逐步扩展。600°C和700°C焙烧时,裂隙增多使表面粗糙化,接触角由30.7°变为14.1°和18.3°,亲水性增强。800~1000°C高温下氧化作用促使表面平滑,接触角提升至32.2°~41.4°。O₂分子可自发吸附于铌铁矿(110)面的Fe和Nb双活性位点,促使铌铁矿表面氧浓度逐渐累积。当O₂在Fe位点发生桥式吸附后解离,形成同时包含Fe-O离子键与Nb-O共价键的双顶位稳定构型,导致Fe和Nb位点分别呈现Fe³⁺和Nb⁵⁺的价态特征。 (3)经浮选实验可知,在最优药剂用量2×10^-4 mol/L和p H值为3的条件下,使用SDS/OHA组合捕收剂(SDS:OHA=4:1),铌铁矿回收率为90%,相对于单一捕收剂SDS,提高25个百分点。相对于焙烧前的浮选指标,800℃焙烧样品在SDS体系中回收率由65%提高至78%,1000℃焙烧样品在OHA体系中回收率由13%升至42.1%。组合捕收剂对焙烧矿效果更优,800℃和1000℃焙烧矿的回收率分别达到93%和93.2%,较原矿分别提升3个百分点和3.2个百分点。经溶液化学计算、Zeta电位和FTIR光谱分析可知,当溶液p H值为3时,SDS和OHA主要以物理吸附作用于氧化焙烧前后的铌铁矿表面,OHA可通过削弱SDS间的静电斥力,使组合捕收剂SDS/OHA协同吸附在铌铁矿表面,经800℃和1000℃氧化焙烧,进一步强化了组合药剂在矿物表面的物理吸附效果。 本论文的研究成果对内蒙古白云鄂博铌资源开发和利用实践具有一定的实际意义和理论价值。