絮凝剂辅助浮选优化微细铜锌颗粒回收：基于Box-Behnken设计的工艺强化与机理研究

本研究针对微细矿物颗粒(<50 μm)浮选回收率低、药剂消耗高等行业难题，创新性地采用聚丙烯酰胺(PAM)和聚丙烯酸钠(PAS)作为絮凝剂，通过Box-Behnken设计(BBD)优化了药剂用量、搅拌速度等关键参数。研究发现PAM在最佳条件(20 g/t PAM、150 g/m3起泡剂、330 g/t捕收剂)下可实现67.0%的铜回收率和34.3%的分离效率，而PAS(29 g/t)则显著提升锌回收率至46.7%。动力学模型揭示PAM符合全混反应器模型，PAS遵循经典模型。该研究为矿物加工领域提供了高效环保的微细颗粒分选新策略，对实现资源高效利用和降低环境风险具有重要意义。

　　

在矿产资源开发领域，微细颗粒(<50 μm)的浮选回收一直是制约矿物加工效率的"卡脖子"难题。这些细小颗粒由于质量轻、比表面积大，在传统浮选过程中存在碰撞效率低、药剂消耗高等问题，不仅造成宝贵金属资源的浪费，还带来严重的环境压力。据统计，全球每年因微细颗粒浮选效率低下导致的铜锌金属损失高达数百万吨，同时产生大量含重金属尾矿，给生态环境带来持久威胁。

针对这一行业痛点，国内某研究机构的Mohammad Hossein Ghasemi Flavarjani、Bahram Rezai等研究人员在《Results in Engineering》发表了创新性研究成果。研究团队创造性地将高分子絮凝剂引入浮选体系，通过多学科交叉方法系统探究了聚丙烯酰胺(PAM)和聚丙烯酸钠(PAS)对微细铜锌颗粒的强化回收机制。这项研究不仅解决了微细颗粒浮选的技术瓶颈，还为开发绿色高效的矿物加工工艺提供了理论依据和实践指导。

研究人员采用Box-Behnken实验设计(BBD)优化工艺参数，结合X射线荧光光谱(XRF)、扫描电镜(SEM)等表征手段分析矿物特性，通过动力学建模揭示不同絮凝剂的作用机制。研究选取工业尾矿为原料，系统考察了絮凝剂种类、用量、搅拌强度等变量对浮选指标的影响，建立了完整的工艺优化与评价体系。

在材料表征部分，XRD分析证实原料主要含闪锌矿、黄铁矿等矿物，SEM显示66.33%颗粒粒径>30 μm。EDX图谱确认了铜锌的赋存状态，为后续浮选提供了基础数据。通过系统的条件优化实验，研究发现PAM在20 g/t用量、150 g/m³起泡剂和330 g/t捕收剂条件下表现最优，铜回收率达67.0%，分离效率34.3%。相比之下，PAS在29 g/t时锌回收率提升至46.7%，但对铜的选择性较差。

在机理探究部分，研究揭示了两种絮凝剂的差异化作用机制：PAM主要通过桥联作用形成稳固絮团，增大颗粒表观尺寸；PAS则依靠静电作用实现选择性团聚。搅拌速度实验发现1200-1500 rpm为最佳范围，既能保证絮团强度又可避免过度剪切破坏。动力学分析表明PAM体系符合全混反应器模型(R2=0.94)，而PAS体系遵循经典动力学模型(R2=0.90)，这种差异反映了二者在颗粒-气泡相互作用本质上的不同。

在工艺优化方面，研究证实絮凝剂可显著降低药剂消耗，其中PAM使捕收剂用量减少45%。通过响应面分析建立的数学模型能准确预测浮选指标(Adj R2>0.91)，为工业应用提供了可靠工具。分离效率随时间变化曲线显示，PAM体系在18分钟内即可达到最大回收率，较传统工艺效率提升30%以上。

这项研究的重要意义在于：首次系统比较了PAM和PAS在铜锌共生体系中的性能差异，建立了基于BBD的微细颗粒浮选优化方法；提出的絮凝剂辅助浮选工艺可降低药剂消耗20-45%，减少尾矿排放15%以上；开发的动力学模型为不同矿石性质的工艺设计提供了理论指导。研究成果已在多家矿山获得应用验证，为实现矿产资源绿色高效开发提供了创新解决方案。

从行业发展角度看，该研究突破了微细颗粒分选的技术瓶颈，为复杂难处理资源的高效回收开辟了新途径。特别是在当前矿产资源日益贫细化、环保要求日趋严格的背景下，这种低耗高效的浮选强化技术具有广阔的应用前景。未来研究可进一步探索絮凝剂的分子设计，开发更具选择性的功能高分子，推动矿物加工技术向精准化、绿色化方向发展。