基于空间匹配效应的膦酸抑制剂实现氟碳铈矿与萤石高效浮选分离

针对共生矿中氟碳铈矿(CeFCO3)与萤石(CaF2)因表面结构相似导致的分离难题，研究人员通过多技术联用揭示了氮川三甲基膦酸(ATMP)的选择性抑制机制。该研究证实ATMP通过Ce3+位点空间匹配(0.7512 nm vs 0.7186 nm)和化学吸附(-294.624 kJ/mol)实现氟碳铈矿特异性抑制，使萤石回收率>70%而氟碳铈矿回收率<12%，为稀土/萤石工业分选提供了新策略。

　　

在战略矿产资源高效利用的背景下，氟碳铈矿与萤石的共生分离一直是矿物加工领域的重大挑战。作为稀土元素(REEs)主要载体的氟碳铈矿(CeFCO₃)，与作为氟化工核心原料的萤石(CaF₂)，在中国白云鄂博等特大型矿床中紧密共生。传统浮选工艺因两者表面Ca²⁺/Ce³⁺活性位点相似性，导致萤石精矿中稀土残留超标(<5%)，无法满足工业级纯度(>95% CaF₂)要求。针对这一世界性难题，内蒙古的研究团队在《Journal of Rare Earths》发表研究，创新性地提出基于空间匹配效应的膦酸抑制剂设计策略。

研究采用微浮选试验、zeta电位、接触角、吸附实验、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和量子化学计算等多技术联用方法，以内蒙古白云鄂博矿床的高纯度矿物样本(氟碳铈矿>90%，萤石>98%)为研究对象，系统解析了氮川三甲基膦酸(ATMP)的选择性抑制机制。

Flotation experiment results
单矿物浮选实验显示，在最佳pH 8.5和ATMP剂量40 g/t条件下，萤石回收率突破70%而氟碳铈矿回收率被抑制至12%以下。接触角分析表明ATMP使氟碳铈矿表面疏水性降低42.78%(65.23°→22.45°)，而萤石表面NaOL主导的疏水化不受影响。

Materials characterization
XPS分析证实ATMP通过Ce-PO(OH)₂键合在氟碳铈矿表面形成稳定配合物，Ce 3d_5/2结合能位移达1.7 eV。FTIR检测到P=O(1158 cm^-1)和P-O-Ce(983 cm^-1)特征峰，证实化学吸附发生。

Quantum chemical calculations
量子化学计算揭示ATMP的三膦酸基团呈三角构型(间距0.7512 nm)，与氟碳铈矿表面Ce位点(间距0.7186 nm)形成空间匹配。每个ATMP分子通过三齿配位与三个Ce位点结合，吸附能达-294.624 kJ/mol，远高于Ca²⁺位点的-152.8 kJ/mol。

该研究开创性地提出"配体-受体空间互补"的抑制剂设计原理，不仅解决了稀土/萤石分离的工业难题，更建立了矿物表面活性位点三维构型匹配的理论框架。研究揭示的Ce³⁺特异性识别机制，为战略性矿产资源的高效分选提供了新范式，推动矿物加工从经验导向向分子设计转型。ATMP在低温环境下的稳定性和经济性(1-20 mg/L有效剂量)，使其在工业应用中具有显著优势，对实现共生资源综合回收具有重要实践意义。