通过使用油酸钠作为捕收剂,并通过Fe2+/PMS体系激活该过程,实现了对锂云母和钠长石的强化浮选分离

时间:2026年5月24日
来源:Advanced Powder Technology

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林丽|杨凯云|丁湛|刘畅 山东科技大学能源与矿业工程学院,中国山东省青岛市266590 摘要 透锂长石通常与钠长石共生,由于它们相似的物理化学性质,传统的浮选剂无法实现选择性分离。本研究引入了一种Fe2+/PMS类芬顿体系,以增强NaOL在透锂长石表面的吸附作用,从而增大这两

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林丽|杨凯云|丁湛|刘畅
山东科技大学能源与矿业工程学院,中国山东省青岛市266590

摘要

透锂长石通常与钠长石共生,由于它们相似的物理化学性质,传统的浮选剂无法实现选择性分离。本研究引入了一种Fe2+/PMS类芬顿体系,以增强NaOL在透锂长石表面的吸附作用,从而增大这两种矿物的可浮性差异,实现其分离。单矿物浮选实验表明,在最佳条件下(pH 9,NaOL用量8 × 10-4 mol/L,Fe2+/PMS用量2 × 10-4 mol/L,Fe2+:PMS摩尔比为1:3),透锂长石和钠长石的回收率分别为92.37%和8.64%。在人工混合矿物样品(透锂长石:钠长石 = 1:3)上的浮选实验中,得到透锂长石精矿的Li2O品位为6.73%,回收率为88.17%。通过接触角测量、原子力显微镜(AFM)、泽塔电位分析、电子顺磁共振(EPR)和X射线光电子能谱(XPS)研究了分离机制。结果表明,Fe2+/PMS体系在透锂长石表面选择性地生成了活性氧物种(SO4和•OH),这些物种将Fe2+氧化为Fe3+,使得更多的Fe3+吸附在透锂长石表面,进而成为油酸根阴离子吸附的活性位点。相比之下,该体系对钠长石表面的影响较小。本研究为透锂长石与钠长石的分离提供了一种新的试剂方法和理论基础。

引言

锂是一种关键的战略性金属,在当代社会转型和可持续发展中发挥着不可或缺的作用。它广泛应用于电池、制药、航空航天、核能、陶瓷等领域[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。随着新能源产业的快速发展,全球对锂资源的需求呈爆炸性增长,锂因此被称为“白色石油”[6]、[7]。锂资源的稳定供应直接关系到国家能源战略安全和新产业的竞争力。然而,世界上大约60%的锂资源存在于固体矿石中,由于透锂长石含有较高的锂含量且生产稳定,它是提取锂的主要原料[8]。目前,有效利用锂资源的主要技术瓶颈是如何经济高效地从复杂的伴生矿物中分离和富集透锂长石。
锂富集的主要方法包括重力分离、磁选和浮选[9],其中浮选是一种相对关键且高效的技术。传统的直接浮选通常在碱性矿浆环境中使用脂肪酸捕集剂进行,选择性地将透锂长石浮选出来,而将伴生矿物留在矿浆中[10]。这一过程的核心在于捕集剂在透锂长石表面的选择性吸附,使其变得疏水,从而能够被气泡带到矿浆表面进行分离。该过程较为成熟,但主要挑战在于透锂长石经常与钠长石等伴生矿物共生。它们相似的物理化学性质导致传统捕集剂的选择性较差,分离效率有限,同时优化精矿品位和回收率也很困难[11]、[12]、[13]。
为了提高捕集剂的选择性吸附效果并增大透锂长石与伴生矿物之间的可浮性差异,引入活化剂是浮选分离的关键策略。活化剂通过化学或物理吸附改变透锂长石表面的物理化学状态,使其更容易被捕集剂结合。在浮选过程中,金属离子与捕集剂之间的相互作用显著影响矿物的可浮性[14]、[15]。常见的金属阳离子如Ca2+、Fe2+和Pb2+可以在矿物表面生成金属-羟基复合物或沉淀膜,为后续捕集剂的吸附提供活性位点,从而显著提高浮选效果。例如,Fei等人[16]发现Mg2+可以增强NaOL在透锂长石表面的吸附,有效提高其可浮性;Han等人[17]使用Pb2+增强了苯羟基酸(BHA)在钨矿物表面的吸附,提高了其可浮性;Gao等人[18]发现Ca2+和NaOL可以在溶液中形成胶体复合物,吸附在透锂长石表面,使其变得疏水并浮选出来。然而,许多传统活化剂仍然存在选择性不足、环境敏感性和效率低的问题,亟需开发具有更高选择性和效能的新型活化体系。
基于芬顿类反应的先进氧化技术(AOPs)为解决上述问题提供了新的方法。AOPs可以以相对环境友好的方式生成活性氧物种(如SO4和•OH)。这些物种具有反应速度快、氧化能力强、受环境影响小等特点,通常用于处理难处理污染物[19]、[20]。近年来,它们的表面活化能力在矿物加工领域受到了关注。Ding等人[21]利用H2O2和Fe2+进行了异相芬顿催化,实现了黄铁矿的浮选分离;Yuan等人[22]同样使用H2O2/Fe2+体系实现了钛铁矿与钛铁矿的分离。基于此,本研究提出应用硫酸亚铁(FeSO4)和过一硫酸盐(PMS)组成的芬顿类活化体系,以提高钠油酸(NaOL)在透锂长石与钠长石浮选分离中的选择性。
该体系在矿物表面的活化过程涉及Fe2+/Fe3+的循环、自由基生成及其与矿物表面的界面反应。为了验证其活化效果并深入探索其机制,本研究将结合各种界面表征技术(包括接触角测量、AFM、泽塔电位、FTIR、EPR和XPS)进行浮选实验。该方法旨在建立“Fe2+/PMS-NaOL”体系在透锂长石-钠长石浮选分离中的应用框架,为开发高效且选择性的浮选试剂提供理论依据和技术支持。

章节片段

材料与试剂

本研究中使用的单矿物样品为透锂长石和钠长石。高纯度的透锂长石来自中国四川的一个典型矿床,钠长石样品来自中国河北的一个高纯度矿场。原始矿石块经过手工分选、破碎和研磨,然后通过干筛获得-74 + 38 μm粒径范围内的颗粒,用于浮选实验。图1(a)和(b)显示了累积粒径分布曲线和特征

单矿物浮选

为了确定透锂长石与钠长石分离的最佳条件,进行了系统的单矿物浮选实验。图4展示了在先后用Fe2+/PMS(4 × 10-4 mol/L)和NaOL(4 × 10-4 mol/L处理后,矿浆pH对透锂长石和钠长石浮选回收率的影响。如图所示,随着pH值的增加,透锂长石的回收率先增加后降低。如图5所示,在强酸性条件下(pH < 4),NaOL的吸附效果显著

结论

本研究成功验证了一种基于Fe2+/PMS类芬顿活化的新型浮选体系,能够高效且选择性地分离透锂长石和钠长石。主要结论如下:
(1) Fe2+/PMS体系对透锂长石具有很强的活化能力,有效促进了NaOL的吸附;而对钠长石的影响较小。单矿物浮选实验表明,在最佳条件(pH 9,NaOL 8 × 10-4 mol/L,Fe2+:PMS = 1:3)下

作者贡献声明

林丽:指导与方法学研究。杨凯云:撰写、审阅与编辑、数据管理。丁湛:数据可视化与分析。刘畅:结果可视化与调查。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文研究工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金(项目编号52574319)和山东省自然科学基金(项目编号ZR2024ME001)的支持。

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