由于我国在稀土资源开发利用过程中存在的种种问题,导致我国稀土资源消耗较快,战略资源优势及其可持续利用现状堪忧,因此作为主要稀土矿物的氟碳铈矿的高效浮选意义重大。但由于对氟碳铈矿浮选的复杂离子环境、氟碳铈矿固液界面的物理化学性质、矿浆中金属离子在矿物表面的作用机理及其对浮选的影响缺乏深入研究,在一定程度上制约了浮选理论与工艺的进一步发展。首先,本论文结合氟碳铈矿浮选环境中金属离子组分的测定和矿物体系中主要矿物的离子释放行为,分析了氟碳铈矿浮选环境中主要金属离子的组成,并进一步通过浮选试验探究了金属离子对氟碳铈矿以及天青石和萤石两种脉石矿物浮选的影响。从氟碳铈矿、天青石和萤石的晶体化学特性入手,分析了矿物的解理特性与常见解理面,并进一步探讨了矿物解理面的性质尤其是固液界面的性质如表面官能团等。在此基础上,通过现代分析测试手段和吸附数据拟合研究了金属离子在矿物固液界面的作用机理。基于上述研究,较为系统地阐明了金属离子对氟碳铈矿浮选体系的影响及其机理。最后,对实际矿石开展浮选试验并获得了较为理想的指标。离子组成分析与矿物的离子释放试验表明,氟碳铈矿矿物体系中常见的方解石、白云石和萤石具有较强的释放Ca²⁺的能力;白云石能向矿浆中释放一定的Mg²⁺;天青石溶解性较强,能向矿浆中释放大量的Sr²⁺;氟碳铈矿与铁矿共生时,铁矿物也能向矿浆中释放一定的Fe³⁺;氟碳铈矿难以向矿浆中释放稀土离子。选厂所用的新鲜水中也能向矿浆中引入金属离子。以水杨羟肟酸为捕收剂时,各个金属离子均能对三种矿物起到不同程度的抑制作用,Fe³⁺抑制作用最强,其次为Al³⁺,二价碱金属离子对浮选的影响相对较弱。天青石对浮选的危害作用主要来自其向溶液中释放的Sr²⁺,而萤石不但能向矿浆中释放不利于氟碳铈矿浮选的Ca²⁺,还具有较强的可浮性不利于与氟碳铈矿的浮选分离。矿浆中存在金属离子的情况下,以氟硅酸钠为抑制剂在较低的用量下即可有效抑制天青石和萤石,而对氟碳铈矿可浮性的影响相对较小。根据矿物的晶体化学性质,以矿物晶面的断键密度和层间距为主要分析因素,结合矿物粉末的XRD测试探究了矿物的解理特性。氟碳铈矿在外力作用下最容易沿{110}面方向解理,其次为{100}面和{103}面,在细磨条件下表面能较高的{001}面也可大量暴露。天青石的主要解理面是{001}和{210}面。萤石的主要解理面是{111}面,其次为{110}面。矿物解理面性质受由解理面结构、元素组成、未饱和键性质等多方面因素决定。在氟碳铈矿解理面上的主要断键为≡Ce³⁺、≡CO₃^2-和少量≡F^-未饱和键,在水溶液中,这些未饱和键分别转化为≡CeOH⁰、≡CO₃H⁰和≡FH⁰表面官能团;天青石表面的≡Sr²⁺和≡SO₄^2-未饱和键在水溶液中分别转化为≡SrOH⁰和≡SO₄H⁰官能团;萤石的解理面上的≡Ca²⁺和≡F^-断键在水溶液中分别转化为≡CaOH⁰和≡FH⁰官能团。通过XPS测试、Zeta电位测试等研究了金属离子作用下矿物表面元素浓度、元素化学环境的变化情况,并进一步通过吸附数据拟合分析了金属离子吸附的配位模式。研究发现≡CeOH⁰是金属离子在氟碳铈矿固液界面的吸附位点。其中Ca²⁺和Mg²⁺难以吸附在氟碳铈矿表面;而Sr²⁺主要通过与矿物表面的≡CeOH⁰基团络合形成≡Ce-O-Sr⁺络合物的方式吸附在氟碳铈矿表面;Al³⁺和Fe³⁺主要通过多配位的方式与矿物表面≡CeOH⁰基团中的氧原子络合,以氢氧化物沉淀的方式吸附于矿物表面。Ca²⁺和Mg²⁺难以吸在天青石表面吸附,Al³⁺在天青石表面吸附微弱,吸附机理可能是表面氢氧化物沉淀;Fe³⁺在天青石表面发生了明显的化学吸附,以氢氧化物沉淀为主要形式。Mg²⁺和Sr²⁺难以吸附在萤石表面;Al³⁺和Fe³⁺主要以物理作用吸附于萤石表面。二价的碱金属离子主要通过消耗溶液中的捕收剂而抑制矿物浮选,但Sr²⁺同时也可以吸附在氟碳铈矿表面从而阻碍捕收剂在矿物表面的吸附;Al³⁺和Fe³⁺在矿物表面的吸附和对溶液中捕收剂的消耗均能抑制矿物浮选。金属离子与氟硅酸钠之间的相互作用改变了溶液中的组分,影响了其在矿物表面的吸附,从而对浮选造成影响。该论文有图81幅,表27个,参考文献239篇。