针对白云鄂博磁选尾矿浮选稀土品位和回收率低的问题,首先采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度测试、自动矿相解离仪(MLA)系统分析了白云鄂博磁选尾矿的工艺矿物学特性;然后进行白云鄂博磁选尾矿浮选稀土工艺试验;在上述基础上,本研究综合运用了多种研究手段,深入分析了药剂与稀土纯矿物(如独居石和氟碳铈矿)之间的相互作用机制。这些手段包括纯矿物浮选实验、金属离子在浮选过程中的行为研究、捕收剂的溶液化学计算、表面电性特征的探讨、吸附量的测定、FTIR光谱分析以及XPS检测等。最后通过密度泛函理论模拟构建了稀土矿物晶体及缺陷晶格,分析了矿物表面晶体特性,计算得到了药剂与稀土矿物的吸附结构,从而揭示稀土矿物与浮选药剂吸附机制,获得以下结论。 基于白云鄂博磁选尾矿工艺矿物学分析,在最佳药剂制度下,采用“一粗-三精-一扫”的闭路试验流程得到稀土品位和回收率分别为59.53%、85.34%的稀土精矿,并发现金属阳离子对稀土的浮选行为有较大的影响。 通过稀土矿纯矿物(独居石与氟碳铈矿)浮选试验、zeta电位检测和紫外吸附量测试发现,适宜浓度下的单一金属离子吸附在稀土矿表面后增强了捕收剂(OHA)阴离子的吸附能力,且为化学吸附;溶液化学计算、红外光谱与XPS分析表明,Ca²⁺、Ba²⁺、Fe³⁺与OHA中的酰胺基的氮原子的孤电子对形成螯合物,使稀土矿表面的OHA捕收剂的官能团特征峰增强,而且N元素含量随金属银离子的加入有所增加,进一步对元素窄谱拟合发现,Ca²⁺、Ba²⁺、Fe³⁺的优势组分Ca(OH)⁺、Ba²⁺、Fe(OH)₂⁺与Ce-O形成新的化学键Ce-O-M(M代表金属原子),金属离子的存在显著增强了OHA在稀土矿表面进行化学吸附的能力。同时,混合金属离子的引入有助于提升独居石的表面对OHA的吸附能力,然而,这种混合却对氟碳铈矿的吸附效果产生了抑制作用。在氟碳铈矿的表面,O原子与Ca、Ba、Fe等元素之间形成了如Ca-O、Ba-O、Fe-O等化学键,这一现象对氟碳铈矿的浮选过程产生了负面影响。 基于DFT模拟计算的晶体化学结构分析表明,稀土矿(独居石和氟碳铈矿)的优势解理面为(100)晶面,Ce原子的反应活性最强。稀土矿在解理时,Ce-O键、Ce-F很容易断裂,导致其表面与极性水分子产生强烈相互作用,增强了其亲水性。其亲水特性进一步增强了独居石表面的负电性,使得金属离子更容易吸附,从而提供更多活性位点,有利于阴离子捕收剂的吸附。在(100)面解理面上,存在未饱和键(独居石:≡Ce³⁺和≡PO₄^3-,氟碳铈矿:≡Ce³⁺、≡CO₃^2-、≡F^-)。这些官能团的特性直接影响金属离子与矿物表面的互动。而金属阳离子的引入使得OHA与矿物表面的吸附能降低,从而增强了其自发性及吸附能力。独居石和氟碳铈矿吸附位点的Ce原子与OHA的两个氧原子分别形成的五元螯合物R-NH-O-Ce PO₄和R-NH-O-Ce FCO₃,且本身吸附力很强;当加入金属阳离子后,矿物表面上的O-M(OH)与OHA又分别形成新的两个五元螯合物(独居石通过金属阳离子与捕收剂形成了R-NH-O-Fe/Ca/Ba-Ce PO₄、R-NH-O-Ce PO₄吸附结构;而氟碳铈矿形成了R-NH-O-Fe/Ca/Ba-Ce FCO₃、R-NH-O-Ce FCO₃吸附结构),更强化捕收剂与矿物表面化学吸附,活化作用明显增强。