绿色表面活性剂 SLAS 助力金红石浮选：实验与 DFT 计算揭示高效分离新机制

为解决金红石浮选面临的难题，研究人员开展以 SLAS 为绿色表面活性剂用于金红石浮选的研究。结果表明，Pb2+改性结合 SLAS 处理，金红石浮选回收率在 pH 3 - 7 超 90.02%。该研究证明了 SLAS 在金红石浮选中的工业潜力。

　　在现代工业中，钛凭借其卓越的材料性能，在航空航天、海洋科技、化工等众多领域都有着广泛应用。金红石作为钛及其合金的重要矿物资源，因二氧化钛含量高（≥95% TiO₂），成为生产焊接电极和高纯度二氧化钛产品的优质原料，在宝石和半导体材料领域也有少量应用。然而，金红石的选矿过程困难重重。其矿物颗粒细分散，伴生矿物复杂，且低品位目标矿物居多，这使得金红石的物理分离难度极大，选矿成本高昂，严重制约了金红石的工业应用。

在金红石的浮选技术中，浮选捕收剂的选择至关重要。传统的捕收剂，如脂肪酸及其盐、磷酸、胂酸和羟肟酸类捕收剂，虽然各有成效，但也存在诸多问题。比如，油酸（sodium oleate）在特定 pH 范围内对金红石浮选有显著效果，但其活性成分与金红石表面反应的局限性，限制了它在更广泛条件下的应用；苯乙烯磷酸（SPA）虽能有效促进金红石浮选，但成本高、具有环境毒性且对设备有腐蚀性；苄基胂酸（BAA）因毒性大，逐渐被淘汰；羟肟酸类捕收剂虽然能与金属离子形成稳定螯合物，但单独使用时对金红石的捕收能力有限，通常需要与 Pb²⁺活化剂或其他捕收剂配合使用。即便采用组合试剂能在一定程度上减少有毒试剂的用量，但其应用依旧受限。因此，开发高效、环保的表面活性剂成为实现金红石高效浮选的关键研究方向。

为了解决这些问题，研究人员开展了以月桂酰肌氨酸钠（sodium lauroyl sarcosinate，SLAS）为绿色表面活性剂用于金红石浮选的研究。研究人员通过多种实验和计算方法，对金红石的浮选行为和吸附特性进行了详细研究，尤其是在 Pb²⁺离子改性条件下的情况。研究结果表明，在最佳条件（SLAS 浓度为 2.8×10^?4mol/L，pH 3）下，金红石回收率可达 81.49%，但随着 pH 升高，回收率呈下降趋势。而经过 Pb²⁺改性（8.0×10^?5mol/L）并结合 SLAS 处理（2.8×10^?4mol/L）后，金红石在较宽的 pH 范围（3 - 7）内浮选回收率始终超过 90.02%。该研究成果对于推动金红石的高效利用，降低选矿成本，减少环境污染具有重要意义，论文发表在《Applied Surface Science》。

研究人员开展研究用到的主要关键技术方法有：微浮选实验，用于探究不同条件下金红石的浮选回收率；表面电位分析，以了解表面电荷变化；吸附量化实验，确定 SLAS 的吸附量；傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，检测吸附过程中的化学键变化；扫描电子显微镜 - 能谱仪（SEM - EDS）表征，观察表面形貌和元素分布；X 射线光电子能谱（XPS）表面分析，确定表面原子的化学状态；密度泛函理论（DFT）计算模拟，从理论层面解释吸附过程和机理。

微浮选分析

研究人员通过微浮选实验，研究了以 SLAS 为捕收剂时，不同 pH 值下，有、无 Pb²⁺改性的金红石浮选回收率。实验结果显示，在 3 - 11 的 pH 范围内，Pb²⁺改性的金红石浮选回收率始终高于未改性的金红石。在无 Pb²⁺时，SLAS 在强酸性条件下捕收效率较高，如 SLAS 浓度为 2.8×10^?4mol/L、pH 为 3 时，金红石有较高回收率。这表明酸性条件有利于 SLAS 发挥捕收作用，但 Pb²⁺改性可显著提升金红石在更广泛 pH 范围内的浮选回收率。

吸附特性研究

吸附容量实验和 SEM - EDS 结果表明，SLAS 在金红石表面存在多层吸附现象，且 Pb²⁺改性提高了 SLAS 吸附的有利性。这意味着 Pb²⁺的存在增强了金红石表面对 SLAS 的吸附能力，使得更多的 SLAS 能够吸附在金红石表面，为后续提高浮选效率奠定了基础。

吸附机理探究

表面电位测量和红外光谱分析相结合，证实了 SLAS 在带正电的金红石表面原子上的化学吸附机制。XPS 表征进一步确认，SLAS 中的氧原子与金红石表面的 Ti/Pb 原子发生了化学键合。这一系列实验结果从不同角度揭示了 SLAS 在金红石表面的吸附方式，明确了化学吸附是其主要的吸附形式。

DFT 计算模拟

DFT 计算模拟结果显示，吸附过程是自发的，Pb²⁺和 SLAS 分别在金红石（110）表面形成 O?Pb 和 Ti?O 键。这一理论计算结果很好地解释了 Pb²⁺增强 SLAS 吸附能力以及提高金红石浮选效率的内在机制，为实验现象提供了理论支撑。

研究结论表明，SLAS 作为一种绿色表面活性剂，在金红石浮选中具有潜在的工业应用价值。Pb²⁺改性能够显著提升金红石在较宽 pH 范围内的浮选回收率，其作用机制是通过增强 SLAS 在金红石表面的吸附能力，以化学吸附的形式形成稳定的化学键。该研究为金红石浮选提供了新的思路和方法，为开发更高效、环保的浮选工艺奠定了基础，有助于推动金红石资源的合理开发和利用，在矿物加工领域具有重要的理论和实践意义。