聚丙烯酰胺-烯丙基硫脲共聚物（PAM-ATU）对黄铜矿与毒砂浮选分离的选择性抑制机制及环境友好应用

针对铜砷矿物浮选分离难、传统无机抑制剂环境污染大的问题，研究人员开发了聚丙烯酰胺-烯丙基硫脲共聚物（PAM-ATU）作为毒砂选择性抑制剂。通过微浮选、循环伏安法、XPS和DFT模拟证实，PAM121-ATU（12,100 g/mol）在pH 8-12下可抑制毒砂浮选（75.26-93.5%），同时保持黄铜矿回收率，其选择性吸附机制涉及S-Fe键和As-O键作用。该研究为绿色矿物加工提供了新策略。

　　

砷污染是全球矿产资源开发中的顽疾，尤其当毒砂（FeAsS）与高经济价值的黄铜矿（CuFeS₂
）共生时，传统浮选工艺难以实现高效分离。更棘手的是，现行无机抑制剂如重铬酸钾和氰化钠虽有效却易造成二次污染。随着中国高品位铜矿资源枯竭，含砷低品位铜矿的开发迫在眉睫，开发绿色高效的分离技术成为行业刚需。

针对这一挑战，中国的研究团队创新性地将高分子化学引入矿物加工领域，设计出聚丙烯酰胺-烯丙基硫脲共聚物（PAM-ATU）。这项发表于《Applied Surface Science》的研究，通过多尺度实验与理论计算相结合，揭示了该聚合物对毒砂的选择性抑制机制。研究人员采用微浮选评价抑制剂性能，结合循环伏安法分析电化学行为，利用X射线光电子能谱（XPS）解析表面化学键合，并借助密度泛函理论（DFT）模拟分子吸附构型，系统阐明了PAM-ATU的作用规律。

微浮选结果
在pH 8-12的碱性范围内，分子量12,100 g/mol的PAM121-ATU表现出最佳选择性：毒砂回收率骤降至6.5-24.74%，而黄铜矿回收率仍保持80%以上。这种pH依赖性源于碱性条件下毒砂表面更易形成Fe-OH活性位点，为聚合物吸附创造有利条件。

电化学分析
循环伏安曲线显示，PAM-ATU能显著抑制乙黄药（SEX）在毒砂表面的氧化吸附，其作用强度随分子量降低而增强。这印证了低分子量聚合物更易扩散至矿物活性位点的假设。

吸附热力学
微热量测定揭示PAM-ATU在毒砂上的吸附为强放热过程（ΔH_ads
=-142.29 kJ/mol），远高于黄铜矿，这种能量差异构成了选择性抑制的热力学基础。

表面化学表征
XPS谱图中S 2p和As 3d轨道的化学位移证实，聚合物通过硫脲基团与毒砂表面铁原子形成Fe-S配位键（键长2.26 ?），同时酰胺基团与砷氧化物产生As-O相互作用，形成致密吸附层。

理论模拟
DFT计算显示PAM-ATU在毒砂(001)面的吸附能比黄铜矿(012)面高35%，且Fe-S键长更短（2.26 ? vs 2.41 ?），从电子结构层面解释了选择性吸附的根源。

这项研究不仅为铜砷分离提供了新型环境友好抑制剂，更开创了通过分子设计调控矿物表面性质的新思路。其意义体现在三方面：技术层面，PAM-ATU可替代剧毒无机抑制剂；理论层面，建立了高分子-矿物相互作用的多尺度研究方法；应用层面，为处理复杂难选矿石提供了范例。该成果对推动绿色矿山建设和实现"双碳"目标具有重要实践价值。