钙离子活化十六烷基磺酸钠浮选锂云母的界面机制：DFT与实验联合解析

针对低品位锂云母(Li2O: 0.3-0.6%)与石英/钠长石表面性质相似导致的分离难题，研究人员创新性地开发了中性pH条件下Ca2+活化十六烷基磺酸钠(SCS)的绿色浮选体系。通过DFT计算与实验表征相结合，揭示了Ca-O桥接形成正电吸附位点、SCS通过O-Al配位选择性吸附的原子机制，使锂云母回收率达82.08%，Li2O品位从1.25%提升至5.44%，为难选锂资源开发提供了新策略。

　　

随着全球能源转型加速，锂作为"21世纪的白色石油"在动力电池领域需求激增。然而我国江西等地的花岗岩型锂矿中，锂云母(Li₂O含量仅0.3-0.6%)常与石英、钠长石紧密共生，这些硅酸盐矿物表面性质相似，传统胺类捕收剂需在强酸(pH 3-5)条件下工作且泡沫过多，混合捕收剂回收率仅75%左右。更棘手的是，矿石中普遍存在的Ca²⁺、Fe²⁺等金属离子进一步增加了分离难度。如何实现中性环境中锂云母的高效绿色分选，成为制约低品位锂资源开发的关键瓶颈。

针对这一挑战，来自中国的科研团队在《Applied Surface Science》发表创新成果，首次将阴离子型十六烷基磺酸钠(SCS)与Ca²⁺活化剂联用，通过密度泛函理论(DFT)计算与多尺度实验相结合，系统阐明了原子级吸附机制。研究采用单矿物浮选、接触角测量、Zeta电位分析等宏观表征手段，结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)等表面分析技术，并基于第一性原理计算了矿物(001)晶面的表面能和水化特性。

【Materials and reagents】部分显示，实验选用云南产出的高纯度锂云母、石英和钠长石样品，经X射线衍射(XRD)验证无杂质峰。粒径分级为38-74 μm用于浮选实验，-38 μm用于表征测试，确保数据可比性。

【Micro-flotation results】揭示关键现象：在pH=6.2的中性环境中，Ca²⁺活化使SCS对锂云母的回收率提升至82.08%，而石英和钠长石回收率分别低于15%和20%。接触角测试显示锂云母表面疏水性增加65.2°，显著高于伴生矿物。Zeta电位分析发现Ca²⁺吸附使锂云母等电点向高pH偏移，形成正电位吸附位点。

通过【结论】部分的原子尺度机制解析，研究取得三项突破：(1)表面电荷调控：XPS在348.30 eV处检测到O-Ca特征峰，证实Ca²⁺通过Ca-O桥接优先锚定在锂云母表面，为SCS的-SO₃^-基团提供静电吸附位点；(2)化学选择性吸附：FTIR观察到SCS羧酸根振动峰位移，XPS显示Al 2p结合能变化，证实SCS通过O-Al配位化学吸附于锂云母的铝活性位点；(3)DFT计算表明锂云母(001)面表面能比钠长石低5倍且水化作用弱，这种本征特性使SCS能选择性吸附。

这项研究由Lijuan Chen等学者完成，其理论价值在于首次阐明Ca²⁺活化阴离子捕收剂的"桥接-配位"双机制：金属离子既通过静电作用改变表面电位，又通过特定原子配位增强吸附选择性。实践层面，开发的SCS/Ca²⁺体系在江西混合矿试验中将Li₂O品位从1.25%提升至5.44%，且无需强酸环境，为绿色开发我国大量低品位锂云母资源提供了新方案。该成果对其它硅酸盐矿物的界面工程研究也具有重要借鉴意义。