海藻酸钠作为环保抑制剂在细粒级钛铁矿与钛辉石浮选分离中的选择性抑制机制研究

本研究针对细粒级钛铁矿与钛辉石因表面特性相似导致的浮选分离难题，创新性采用环保型抑制剂海藻酸钠(SA)，通过单矿物/混合矿物浮选实验结合AFM、Zeta电位、FTIR、XPS及DFT计算等多技术手段，揭示SA通过羧基与钛辉石表面Ca/Mg位点形成稳定桥联吸附构型的选择性抑制机制，最终实现TiO2品位37.52%、回收率65.15%的优异分离效果，为细粒钛资源绿色高效利用提供新策略。

　　

钛金属因其高强度重量比和卓越耐腐蚀性，在航空航天、医疗器械等领域具有不可替代性，而全球90%以上的钛资源依赖钛铁矿提炼。中国攀枝花地区虽坐拥世界最大钛铁矿储量，但随着开采深度增加，矿石嵌布粒度日益细微化，传统浮选工艺面临细粒级钛铁矿与伴生钛辉石表面活性位点（Ti、Fe、Mg、Ca）相似、选择性差、药剂消耗高等严峻挑战。尤其当矿物粒度小于38μm时，颗粒质量小、比表面积大导致气泡粘附效率骤降，现有无机抑制剂如硅酸钠又存在污染环境、恶化滤饼等问题。如何实现细粒钛资源的高效绿色分离，成为制约我国钛产业发展的"卡脖子"难题。

昆明理工大学研究团队在《Applied Surface Science》发表的研究中，首次将天然多糖类化合物海藻酸钠(SA)引入细粒钛矿浮选体系。通过单矿物浮选证实SA在pH 6.0-10.0范围内对钛辉石抑制率高达80%以上，而对钛铁矿抑制不足15%；混合矿浮选实验获得TiO₂品位37.52%、回收率65.15%的优质精矿。借助原子力显微镜(AFM)观察到SA在钛辉石表面形成致密吸附层，有效阻隔捕收剂油酸钠(NaOL)的吸附。Zeta电位与傅里叶红外光谱(FTIR)分析揭示SA通过羧基(-COO^-)与钛辉石表面Ca²⁺/Mg²⁺发生特异性化学吸附，而与钛铁矿Fe位点作用微弱。X射线光电子能谱(XPS)与密度泛函理论(DFT)计算进一步证实，SA羧基与钛辉石Ca-O键形成能量更低的桥式吸附构型(-8.92 eV)，显著强于其与钛铁矿Fe位点的相互作用(-3.41 eV)。

Materials and reagents
研究选用攀枝花钛选厂提供的-74+38μm常规粒级和-38μm细粒级钛铁矿/钛辉石，通过X射线衍射(XRD)验证矿物纯度，采用微浮选仪完成浮选实验。

Flotation of conventional granularity ilmenite and titanaugite
常规粒级实验显示，在pH 5.0-7.0范围内两种矿物回收率均超93%，证实传统粒度下难以实现选择性分离。而细粒级矿物在pH 6.0时回收率差异仅3.6%，凸显细粒分选困境。

Conclusions
该研究创新性证明SA可通过"羧基-Ca/Mg"特异性识别机制实现细粒钛矿高效分离：①SA优先化学吸附钛辉石表面Ca/Mg位点，形成能量稳定的五元环螯合物；②吸附层空间位阻效应阻碍NaOL接触；③钛铁矿Fe位点因电子云密度差异与SA亲和力弱，维持良好可浮性。这种基于生物高分子识别金属活性位点的策略，为复杂细粒矿物分选提供了绿色解决方案，同时拓展了天然多糖在矿物加工中的应用边界。研究建立的"分子结构-表面吸附-浮选行为"关联模型，对其它相似表面特性矿物的分离具有重要借鉴意义。