新型螯合捕收剂Cupferron（CP）在独居石与重晶石浮选分离中的选择性作用机理研究

本文推荐了一种新型螯合捕收剂——N-亚硝基-N-苯基羟胺铵（Cupferron, CP），用于独居石（Monazite）与重晶石（Barite）的高选择性浮选分离。研究通过微浮选实验证实，CP在无需额外抑制剂条件下即可实现高效分离（回收率差异达84.86%），其性能优于苯甲羟肟酸（BHA）。结合zeta电位、接触角、FT-IR、SEM-EDS、XPS及密度泛函理论（DFT）计算，揭示了CP与独居石表面Ce原子通过形成Ce–O键及稳定的五元螯合环结构实现特异性吸附，为稀土矿物高效富集提供了新策略。

　　

亮点

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  在自然pH条件下，Cupferron（CP）对独居石表现出卓越的选择性。
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  CP在独居石上的吸附能力强于苯甲羟肟酸（BHA）。
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  CP通过其两个氧原子与独居石表面的铈（Ce）原子键合。
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  在独居石表面形成了稳定的五元螯合环结构。
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  密度泛函理论（DFT）计算证实了CP在独居石上的吸附能更低。

材料

本工作所用的独居石和重晶石分别来自莫桑比克和中国贵州省。通过重选和磁选反复去除杂质获得高纯度独居石。将提纯后的独居石研磨并筛分成两个粒度级：38–74 μm和<38 μm。块状重晶石经过人工手选、破碎和陶瓷球磨，然后分级成相同的38–74 μm和<38 μm范围。较粗的样品用于浮选实验，而较细的样品用于机理研究。

微浮选实验

为了研究捕收剂浓度对独居石和重晶石浮选行为的影响，分别使用纯矿物进行了微浮选试验。图3(a)显示了在自然矿浆pH条件下使用CP作为捕收剂时，独居石和重晶石的浮选回收率。结果表明，独居石的浮选回收率随着CP浓度的增加先升高后趋于稳定。具体而言，当CP浓度从0.53 × 10^?4 mol/L增加到5.37 × 10^?4 mol/L时，独居石的回收率从56.84%急剧增加到93.21%。然而，当CP浓度进一步增加到10.74 × 10^?4 mol/L时，回收率仅略微增加到94.37%。相比之下，重晶石的回收率在整个CP浓度范围内都保持在较低水平（低于10%）。在最佳CP浓度5.37 × 10^?4 mol/L下，独居石和重晶石之间的回收率差异达到84.86%，表明CP对独居石具有优异的选择性。

结论

在本研究中，研究了CP作为捕收剂用于独居石和重晶石浮选分离的性能。CP表现出强大的捕收性能和高的选择性。单矿物浮选结果表明，CP对独居石具有强大的捕收能力和优异的选择性。在自然矿浆pH条件下，CP浓度为5.37 × 10^?4 mol·L^?1时，独居石和重晶石之间的回收率差异达到84.86%。混合矿物浮选试验表明，通过一次粗选可以获得REO（稀土氧化物）品位为68.35%，回收率为85.26%的独居石精矿。机理研究表明，CP通过其两个氧原子与独居石表面的Ce原子发生化学键合，形成稳定的Ce–O键。这种相互作用促进了亚硝基团的稳定吸附，并与独居石表面的Ce原子形成了螯合五元环结构。密度泛函理论（DFT）计算表明，CP在独居石表面的吸附能显著低于在重晶石表面的吸附能。独居石表面Ce原子周围较高的电子密度证实了Ce-O键和螯合五元环结构的形成。这项研究不仅为开发新型独居石浮选捕收剂提供了见解和理论指导，而且有助于稀土矿产资源的高效利用。