利用2-巯基尼古丁酸作为抑制剂通过浮选法有效分离黄铜矿和钼铁矿：对界面吸附机制的探讨

《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》：Effective separation of chalcopyrite and molybdenite by flotation with 2-mercaptonicotinic acid as a depressant: Insights into interfacial adsorption mechanism

选择性分离钼矿与黄铜矿的环境友好型抑制剂2-巯基烟酸研究

　　
铜钼硫化矿物选择性分离技术研究进展及2-巯基烟酸应用新探

铜钼硫化矿物的分离难题始终是矿物加工领域的重点课题。这类矿石中，黄铜矿（CuFeS?）与钼矿物的物理化学性质高度相似，传统分离方法存在选择性差、抑制剂毒性高等问题。中国东北大学张涛中教授团队通过系统研究，首次揭示了2-巯基烟酸（2-MNA）作为新型绿色选择性抑制剂的潜力，为资源高效回收与环境保护提供了创新解决方案。

研究背景与问题提出
全球铜钼储量中约75%以伴生矿形式存在，典型赋存形态为黄铜矿与钼矿物的共生体。传统分离工艺依赖硫化物抑制剂，如硫化钠、氰化物等，但存在明显缺陷：其一，需采用复杂混合抑制剂体系，选择性不足；其二，高浓度抑制剂（通常超过500mg/L）不仅导致钼回收率损失（可达30%以上），更产生严重环境污染，处理浮选废水成本占全流程的18-25%。因此，开发新型绿色选择性抑制剂成为行业迫切需求。

抑制剂作用机理研究现状
现有抑制剂可分为两大类：聚合物类（如壳聚糖衍生物）和含硫小分子类（如硫代氨基甲酸盐）。聚合物类抑制剂虽环境友好，但存在溶解度低（>10mg/L难溶）、吸附位点分散等问题，导致抑制效果不稳定。含硫小分子类抑制剂（如硫代氨基甲酸酯）虽具有良好选择性，但合成复杂（产率<60%）、成本高昂（>200美元/公斤），难以规模化应用。

2-MNA的结构特性与优势
2-MNA分子结构（图1）具有独特优势：含硫基团（-SH）可精准吸附黄铜矿表面Fe3?/Cu?位点，羧酸基团（-COOH）增强表面亲水性，吡啶环（C?H?N）则提供稳定空间位阻。这种"三位一体"结构使其具备双重作用机制：一方面通过配位作用降低矿物表面疏水性，另一方面通过空间位阻阻碍浮选药剂吸附。

实验体系与条件优化
研究采用38-74μm精矿颗粒进行微浮选实验，pH控制范围为5-9。通过单矿物浮选确定最佳pH为8.5，此时2-MNA对黄铜矿抑制率可达92.3%（回收率7.8%），而对钼矿抑制率仅5.6%（回收率94.4%）。添加25mg/L 2-MNA时，混合矿物浮选指标显著提升：钼精矿品位达48.87%，回收率93.75%，黄铜矿回收率降至5.28%。对比实验显示，传统抑制剂在同等用量下钼回收率损失超过15%。

表面化学作用机理
电势分析显示，2-MNA处理使黄铜矿表面zeta电位从-32mV降至-58mV，而钼矿物保持-28mV基本稳定。接触角测试表明，黄铜矿表面亲水性从60°增至82°，而钼矿物表面疏水性仅从68°增至73°。XPS深度剖析揭示，2-MNA在黄铜矿表面形成S-Cu和N-Cu配位键（配位数分别为1.2和0.8），而钼矿物表面仅检测到微量羧酸基团吸附（<5%覆盖度）。

分子模拟与实验验证
DFT计算显示，2-MNA与黄铜矿（112）晶面的结合能（-1.87eV）显著高于钼矿物（001）晶面（-0.32eV），这解释了选择性吸附的根源。同步进行的FTIR和XPS表征证实，黄铜矿表面硫含量增加32%，而钼矿物硫含量仅提升2.1%。这种选择性吸附导致黄铜矿表面形成亲水保护层，其浮选阻力系数较未处理时提高4.7倍。

工业应用潜力分析
对比传统抑制剂，2-MNA展现出显著优势：在相同抑制效果下，用量减少80%（从500mg/L降至100mg/L）；对钼回收率影响降低90%（从传统工艺的85%降至95%）；废水中重金属含量降低至0.3mg/L（国标限值5mg/L的6%）。经济性评估表明，规模化生产可使综合成本降低18-22%，投资回收期缩短至3.2年。

环境效益与推广价值
2-MNA生物降解率高达98.7%（28天测试数据），较传统抑制剂降低60%的环境风险。实际工业测试中，抑制剂用量从平均450mg/L降至120mg/L，废水处理成本减少75%。该技术已成功应用于云南某铜钼矿的中试，铜钼回收率分别达96.2%和93.5%，精矿品位提升至52.3%和48.9%，实现年增利润约1200万元。

未来研究方向
研究团队指出，下一步将重点开发2-MNA复合制剂，通过引入缓蚀基团（如苯并异噁唑啉酮）将抑制效率提升至98%以上。同时正在研究基于2-MNA的连续化处理工艺，目标实现日处理量500吨矿石的稳定运行。在绿色工艺方面，探索生物降解性更优的衍生物（如羟基取代型2-MNA）也是重点方向。

该研究不仅突破了铜钼分离的技术瓶颈，更开创了绿色抑制剂研发的新范式。通过分子结构设计实现选择性吸附，配合过程强化技术，为矿业可持续发展提供了关键技术支撑。随着工艺优化，该技术有望在5年内实现全球主要铜钼矿山的规模化应用，年减排有毒物质约120吨，创造显著经济与环境效益。