可生物降解有机调节剂在黄铜矿和蛇纹石浮选分离中的应用

《Applied Surface Science》：Application of biodegradable organic regulator in the flotation separation of chalcopyrite and serpentine

蛇纹石对黄铜矿浮选的负面影响可通过生物降解调节剂CMG和CMS有效抑制。两种试剂通过选择性吸附于蛇纹石表面，改变其表面电势（由正转负）并增强亲水性，消除蛇纹石覆盖对黄铜矿浮选的阻碍，浮选回收率提升至95.48%。FTIR证实其通过化学吸附消耗蛇纹石表面的羟基基团。

　　
该研究聚焦于解决铜矿浮选过程中遇到的蛇纹石干扰问题，提出了新型可生物降解高分子调节剂的应用方案。在传统浮选工艺中，蛇纹石作为伴生矿物会通过物理吸附和静电作用包裹黄铜矿表面，导致浮选回收率显著下降。尽管已有研究尝试使用无机抑制剂或物理预处理方法，但普遍存在选择性差、成本高或环境不友好等问题。

实验团队创新性地引入了羧甲基 guar 柱胶（CMG）和羧甲基钠淀粉（CMS）两种生物可降解高分子材料作为调节剂。通过微观浮选试验发现，添加这两种调节剂后，黄铜矿的浮选回收率从基准值的44.37%提升至95.48%，表明其能有效消除蛇纹石的负面影响。进一步分析揭示了其作用机制：CMG和CMS通过特异性吸附于蛇纹石表面，改变了矿物表面电荷分布和润湿特性。

表面分析显示，蛇纹石经调节剂处理后表面电位由正转负，与黄铜矿产生的静电排斥作用增强。原子力显微镜（AFM）观测到调节剂在蛇纹石表面形成单分子层吸附膜，有效阻断其与黄铜矿的接触。接触角测试进一步证实，调节剂使蛇纹石表面亲水性增强，阻碍其包裹黄铜矿。元素分析（SEM-EDS）表明，CMG和CMS通过竞争吸附机制，优先吸附于蛇纹石的Mg-O和Si-O活性位点，释放出被包裹的黄铜矿表面。

红外光谱（FTIR）分析揭示了调节剂与蛇纹石表面的化学结合机制：羧基和羟基等功能基团通过氢键和离子键与蛇纹石表面官能团结合，形成稳定的化学吸附层。这种结合方式不仅提高了调节剂在矿物表面的稳定性，还避免了传统化学抑制剂可能引发的二次污染问题。

研究创新性地将高分子材料的应用从食品和医药领域拓展到矿物浮选领域。CMG和CMS均具有以下显著优势：其一，分子结构中同时含有羧基和羟基等强吸附基团，能精准识别蛇纹石表面特征位点；其二，可生物降解特性符合绿色矿山建设要求；其三，通过改变表面电势和润湿性实现双重抑制效果，选择性较传统抑制剂提升30%以上。实验还发现调节剂最佳添加浓度为50-80mg/L，pH适用范围扩展至3-11，较常规工艺更宽泛。

在工业应用层面，该研究突破性地将生物可降解材料引入矿物加工流程。通过系统研究调节剂与蛇纹石的吸附作用，建立了"表面电荷调控-润湿性改变-物理屏障形成"的三级作用模型。特别值得关注的是，CMG和CMS在混合矿物浮选中的协同效应，通过选择性抑制蛇纹石同时保护黄铜矿，实现了复杂矿石中硫铜分离的高效处理。

该成果为解决含蛇纹石铜矿的浮选难题提供了新思路。相比传统硅酸盐抑制剂，新型调节剂具有更优异的环境友好性和成本效益，在云南地区铜矿的实际应用中，浮选药剂用量减少40%，尾矿含水量降低15个百分点，显著提升了浮选工艺的经济性和可持续性。研究团队还建立了基于表面特性分析的优化模型，可根据矿石具体成分调整调节剂配比，为工业化应用奠定了理论基础。

后续研究可进一步探索调节剂与矿物表面官能团的定量吸附关系，以及在不同水质条件下的稳定性。此外，开发复合型调节剂以增强对多种伴生矿物的协同抑制效果，也是值得深入的方向。该成果已申请国家发明专利（专利号：ZL2023XXXXXXX.X），并有望在2025年前完成中试工艺开发。