白钨矿浮选过程中,白钨矿与含钙脉石矿物(如萤石和方解石)的分离一直是选矿领域的难题。白钨矿、萤石和方解石相似的表面性质和浮选过程中难免钙离子的活化作用,都是导致传统浮选方法难以实现高效分离的原因。本文针对这一难题,通过浮选试验、量子化学计算模拟等方法系统研究了浮选矿浆中油酸钠(NaOL)/苯甲羟肟酸(BHA)体系中三种矿物的浮选行为与界面交互作用机制,采用紫外分光光度计、透射电子显微镜、动电位测试、红外光谱等分析手段明确了温度与加药顺序效应对白钨矿与萤石脱药调控浮选分离的作用机理,提出了“粗选抑制方解石-精选反浮选萤石”的浮选方案,并在常温条件下实现了实际矿石中白钨矿与萤石、方解石的高效分离。主要研究内容和结论如下: (1)单矿物浮选试验结果显示,NaOL捕收剂体系中,白钨矿、萤石与方解石均表现出相近的浮选活性,而BHA体系下方解石可浮性显著低于白钨矿与萤石;但混合矿BHA浮选体系下,方解石可浮性出现反常的显著性提升。矿物表面离子溶出量测定和密度泛函计算结果从微观角度揭示了三种矿物的界面交互作用机制,表明矿浆中白钨矿与萤石自发性溶出钙离子通过桥连作用在方解石表面吸附,显著增强方解石表面与BHA结合作用,导致其活化效应不可规避,确定了粗选阶段优先抑制方解石的工艺必要性。考察了四种抑制剂对三种矿物的选择性抑制规律,最终确定腐殖酸钠(SH)是抑制方解石浮选白钨矿和萤石的最佳选择。 (2)浮选试验和吸附量测试结果显示,温度提升虽能显著降低萤石表面捕收剂吸附量,但对白钨矿界面作用影响微弱。透射电子显微镜检测和计算模拟结果证实,硅酸钠对NaOL胶束的包覆效率随温度升高呈热力学增强特征,但并未改变药剂在溶液环境中的物质迁移路径,说明温度调控缺乏组分选择特异性。在常温体系中采用与加温浮选相同的“捕收剂预吸附-抑制剂后置”流程,成功复现了与加温浮选相同的萤石回收率显著降低(45%)而白钨矿降低幅度较小(18%)的差异化分选效果。对比实验表明,常规“先加抑制剂”加药流程即使配合温度调控,仍无法实现使白钨矿与萤石回收率差异达到分离的要求,证实了药剂添加顺序才是使捕收剂选择性脱附的本质调控因素,而温度仅作为影响动力学进程的辅助参数存在。 (3)NaOL/BHA两种捕收剂体系下,白钨矿与萤石常温脱药浮选分离试验结果表明,单宁酸(TA)、SH和六偏磷酸钠(SHMP)三种抑制剂中,SHMP对白钨矿表面NaOL的选择性脱附能力最强。使用SHMP作为抑制剂,可从人工混合矿反浮选试验中获得WO3品位74.49%,回收率93.88%的高质量白钨精矿产品。通过吸附量测试与矿物表面动电位分析发现,白钨矿表面NaOL脱附量(>50%)高于萤石(20%),且SHMP在矿物表面吸附量极低。红外光谱分析和XPS检测结果进一步证实,SHMP基本不吸附于白钨矿表面,其不以竞争吸附的形式使矿物表面NaOL脱附。而白钨矿脱药后再浮选试验表明,白钨矿表面NaOL残留层仍维持部分疏水特性。结合分子动力学模拟发现SHMP通过空间位阻效应包覆白钨矿颗粒,阻断捕收剂疏水区域协同作用,由此证实其抑制机制源于物理包覆而非化学竞争吸附。浮选试验结果与表面捕收剂吸/脱附量的定量分析结果表明SHMP脱药效果与其用量呈正相关,与NaOL在矿物表面吸附密度呈负相关。NaOL分子在萤石表面的饱和吸附的NaOL分子吸附密度(4.60× 1018个/m2)远大于白钨矿(3.33 ×1018个/m2),结合量子化学计算表面吸附能的差异性,说明NaOL与萤石表面的作用强度大于白钨矿,使SHMP在白钨和萤石浮选分离中表现出优异的选择性。 (4)将“粗选抑制方解石-精选反浮选萤石”的浮选方案应用于白钨实际矿石中。在最佳条件下,采用二粗二扫一精的常温开路实验流程,从WO3品位为0.203%的原矿中获得WO3含量为42.37%,WO3回收率为75.14%的白钨精矿;在白钨矿常温闭路实验中所获得的指标为白钨精矿中WO3含量为41.22%,WO 3回收率为85.28%,试验结果表明,该浮选方案在白钨实际矿石选别中具有较高的可行性和应用价值。