碱腐蚀预处理增强锂云母阴离子捕收剂浮选

《Minerals》：Alkali Corrosion Pretreatment for Enhanced Lepidolite Flotation with Anionic Collector

　　

锂云母(Lepidolite)作为一种富含锂的矿物，在锂资源回收中起着至关重要的作用。本研究采用碱腐蚀(alkali corrosion)作为锂云母的表面预处理技术，以提高其浮选回收率，并研究其在锂云母表面的作用机制。浮选结果表明，以油酸钠(NaOl)为捕收剂，在碱腐蚀与钙离子(Ca²⁺)的协同活化作用下，锂云母的最大回收率可达92.61%。采用接触角测量、高速摄像机、扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)观察表面润湿性、絮凝、形貌和药剂吸附的变化。研究结果表明，碱腐蚀预处理与Ca²⁺活化相结合，可改变锂云母表面性质，并增强捕收剂在其表面的吸附。

锂是21世纪关键能源金属，广泛应用于电池、玻璃、陶瓷等领域，在全球清洁能源转型和先进制造中作用日益突出。锂云母(Lepidolite，一种富锂层状硅酸盐矿物)是重要的商业锂源，常伴生铷、铯等有价副产物。然而，锂云母与长石、石英等脉石矿物物理化学性质相似，浮选分离困难。目前锂云母浮选捕收剂体系主要包括胺类阳离子捕收剂和阴-阳离子混合捕收剂，前者需在酸性环境下使用，易腐蚀设备；后者药剂成本较高。此外，天然锂云母表面常覆盖风化层和细泥，阻碍捕收剂吸附，导致浮选回收率低。因此，研究人员提出碱腐蚀预处理，结合钙离子(Ca²⁺)活化和油酸钠(NaOl)阴离子捕收剂，以提高锂云母浮选性能。该研究发表于《Minerals》，为低品位锂云母低成本浮选回收提供了技术参考。

研究人员选取巴西锂云母矿石，经手选、破碎、陶瓷球磨和筛分获得38–74 μm粒级样品。通过微浮选试验考察了碱腐蚀时间、NaOH浓度、Ca²⁺浓度、NaOl浓度和矿浆pH对浮选回收率的影响。在优化条件（1500 mg/L NaOH碱腐蚀5 min，pH 8，Ca²⁺浓度10 mg/L，NaOl浓度8×10^?5 mol/L）下，锂云母浮选回收率达到92.61%，而未经碱腐蚀处理时回收率不足30%。采用接触角测量、高速摄像、扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段，系统研究了碱腐蚀对锂云母表面润湿性、絮凝行为、形貌和药剂吸附的影响。

主要技术方法包括：微浮选试验在XFG浮选机中进行，转速1902 r/min，矿浆浓度40 g/L；接触角测量采用JY-82C接触角仪；高速摄像采用EoSens cube7 Mikrotron相机，以494帧/秒观测絮凝；SEM-EDS分析表面形貌与元素组成；AFM在敲击模式下获得表面粗糙度；XPS分析表面化学状态。样本来源为巴西锂云母。

研究结果如下：

**微浮选试验结果**：通过改变碱腐蚀时间和NaOH浓度，发现碱腐蚀显著提高浮选回收率。未碱腐蚀时回收率<30%，碱腐蚀5 min后升至92.61%；NaOH浓度从250 mg/L增至1000 mg/L，回收率从35.14%升至92.13%，继续增加无明显提升。Ca²⁺浓度试验显示，无Ca²⁺时回收率仅21.64%，加入10 mg/L后达92.16%。NaOl浓度试验显示，8×10^?5 mol/L时回收率90.97%。pH试验表明，碱腐蚀+Ca²⁺在pH 8时回收率92.15%，远高于未预处理。

**接触角测试结果**：接触角测量表明，未处理锂云母接触角仅7.64°，高度亲水。碱腐蚀和Ca²⁺单独处理几乎不改变接触角；但碱腐蚀+Ca²⁺+NaOl联合处理后，接触角增至54.98°，显著增强表面疏水性。

**高速摄像结果**：高速摄像显示，未处理锂云母即使加入Ca²⁺和NaOl仍保持分散；而碱腐蚀后添加Ca²⁺和NaOl，颗粒发生明显絮凝，表明油酸根在表面化学吸附形成桥接，促进疏水团聚。

**SEM-EDS结果**：SEM观察发现，碱腐蚀后锂云母表面更清洁，出现微小孔隙和腐蚀痕迹，表面氧含量从51.27%降至44.46%，Al和Si相对比例增加，表明碱腐蚀发生选择性溶解，改变了表面元素组成。

**AFM分析结果**：AFM图像显示，未处理表面光滑；单独捕收剂处理后仅有少量斑块；碱腐蚀后表面出现大量凹坑和裂纹，粗糙度显著增加；碱腐蚀后加捕收剂则形成密集均匀的吸附层，证实碱腐蚀增强了捕收剂吸附。

**XPS分析结果**：XPS O 1s谱显示，未处理锂云母经Ca²⁺和NaOl处理后出现Ca-O峰，但无羧酸根峰，说明NaOl未有效化学吸附；碱腐蚀处理后出现羧酸根(–COO^?)峰，证实油酸钠化学吸附。Al 2p谱无明显变化，表明吸附主要发生在表面氧位点。

讨论部分总结了碱腐蚀增强浮选机理：碱腐蚀重构锂云母表面，去除杂质，产生孔隙和活性位点，同时Ca²⁺作为桥接离子，连接带负电的锂云母表面和阴离子油酸根，促进NaOl化学吸附，增强疏水性和絮凝，从而提高浮选回收率。该策略使用低浓度NaOl和Ca²⁺，成本低于传统阳离子体系，但研究基于纯矿物，实际矿石中脉石矿物可能受碱腐蚀和Ca²⁺活化影响，需进一步研究选择性。

研究结论翻译如下：本研究提出了碱腐蚀预处理联合Ca²⁺活化以增强阴离子捕收剂NaOl浮选锂云母的方法。浮选结果表明，未处理锂云母在NaOl体系中浮选性差，而碱腐蚀预处理显著提高了其回收率。在优化条件下，回收率达92.61%。表面表征显示，碱腐蚀重构了锂云母表面，去除了弱附着细颗粒，产生了孔隙、裂纹和粗糙结构。接触角和高速摄像表明，碱腐蚀、Ca²⁺活化和NaOl添加的联合处理显著增强了表面疏水性并促进疏水絮凝。XPS证实Ca²⁺能有效吸附于锂云母表面，碱腐蚀后NaOl吸附显著增强。因此，碱腐蚀提高了锂云母表面反应活性，Ca²⁺作为