氢基矿物相变技术协同提升氟碳铈矿与萤石磨浮分离效率的创新研究

针对氟碳铈矿与萤石共生分离难题，中国研究人员创新性引入氢基矿物相变（HMPT）技术，通过磨矿动力学模型、接触角测量及XPS等分析手段，证实HMPT可选择性提升氟碳铈矿磨矿效率（k值提高38.39%），并增强其表面亲水性与吸附能力，为稀土高效回收提供新理论支撑。

　　

论文解读

背景与挑战
稀土元素作为现代科技产业的“维生素”，在新能源、航空航天等领域不可或缺。然而，氟碳铈矿（bastnaesite）与萤石（fluorite）的紧密共生关系导致二者分离困难——两者密度相近、表面性质相似，传统选矿技术难以实现高效分选。以包头矿为代表的复杂多金属矿中，这一问题尤为突出。更棘手的是，现有分离工艺往往伴随高能耗与环境负担，亟需开发绿色高效的新技术。

创新研究
中国东北大学的研究团队独辟蹊径，将氢基矿物相变（Hydrogen-based Mineral Phase Transformation, HMPT）技术引入磨矿-浮选体系。该技术原本用于铁矿回收，通过“预氧化-蓄热还原-再氧化”三步法将赤铁矿转化为磁铁矿。团队发现，HMPT处理后的稀土尾矿中，氟碳铈矿的磨浮特性发生显著改变。为揭示机制，他们系统开展了磨矿动力学实验、接触角测量、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）等分析。

关键技术方法
研究采用激光粒度分析测定磨矿产物分布，建立一级磨矿动力学模型计算速率常数k；通过接触角仪量化矿物表面润湿性变化；结合FTIR和XPS解析表面化学基团与元素价态；扫描电镜（SEM）观察微观形貌。样本为广西萤石与海滨砂矿氟碳铈矿，经XRD验证纯度（REO含量89.67%）。

研究结果

1. 磨矿效率的差异化提升
HMPT处理后，氟碳铈矿的磨矿动力学参数k值提升38.39%，显著高于萤石的2.81%。SEM显示其表面形成裂纹与孔洞，而萤石结构保持完整。这表明HMPT选择性弱化了氟碳铈矿晶体结构。

2. 表面性质的定向调控
接触角测试表明，HMPT使氟碳铈矿表面亲水性增强（接触角降低12.3°），而萤石变化微弱。XPS证实氟碳铈矿表面Ce³⁺
氧化为Ce⁴⁺
，生成更多羟基活性位点，促进捕收剂吸附。

3. 浮选分离的协同增强
在油酸钠体系下，HMPT处理后的氟碳铈矿回收率提升21.5%，萤石回收率仅增加3.2%。FTIR证实氟碳铈矿表面-COO^-
特征峰强度增强，印证了选择性吸附机制。

结论与展望
该研究首次证实HMPT可通过“晶体结构弱化-表面化学修饰”双路径协同提升氟碳铈矿的磨浮性能，为复杂共生矿分选提供了“一石二鸟”的解决方案。未来需进一步优化HMPT参数以适配工业化生产，并探索该技术在独居石等其他稀土矿物中的应用潜力。

（论文发表于《Process Safety and Environmental Protection》，作者包括Jian Zhang、Peng Gao等，通讯作者为Zhidong Tang与Yanjun Li）