过硼酸钠诱导黄铜矿与毒砂差异氧化浮选分离的界面反应机制研究

针对铜砷硫化矿浮选分离难题，研究人员创新性采用过硼酸钠(SPB)作为氧化剂，通过诱导毒砂表面亲水性氧化产物形成实现选择性抑制。实验表明SPB浓度达300 mg/L时，黄铜矿回收率达93.51%而毒砂降至17.71%，接触角差异扩大至30.47°。该研究为铜砷矿物清洁分选提供了新型环保抑制剂的理论基础和技术支撑。

　　

在矿产资源开发领域，铜砷硫化矿的分离一直是困扰选矿界的"顽疾"。作为主要铜矿物的黄铜矿与含砷矿物毒砂，不仅结晶习性相似，表面理化性质也高度接近，就像一对"孪生兄弟"难以区分。更棘手的是，毒砂中的砷元素具有强生物毒性，会通过大气、水体和土壤等途径危害生态环境。传统分离工艺依赖石灰、双氧水等抑制剂，但这些药剂要么腐蚀性强，要么成本高昂，还可能造成二次污染。如何实现铜砷矿物的高效清洁分离，成为资源利用与环境保护双重压力下的重大技术瓶颈。

针对这一挑战，来自中国的研究团队创新性地将环保型氧化剂过硼酸钠(SPB)引入浮选体系。这种白色固体粉末能在水中缓慢释放H₂O₂，兼具稳定性与操作安全性。研究人员通过单矿物浮选、人工混合矿实验，结合接触角测量、局部电化学阻抗谱(LEIS)、原子力显微镜(AFM)等表征手段，系统揭示了SPB诱导矿物表面差异氧化的微观机制。

关键技术路线包含三个核心环节：首先通过单矿物浮选实验确定SPB对两种矿物的抑制效果；其次采用电化学工作站测定矿物表面腐蚀电压/电流变化；最后借助AFM和X射线光电子能谱(XPS)解析表面形貌与化学组成演变。所有实验均在pH=8.0的缓冲体系中进行，使用乙基黄药(PEX)作为捕收剂。

【单矿物浮选】结果显示，当SPB浓度达到300 mg/L时，毒砂回收率从80.25%骤降至17.71%，而黄铜矿仍保持93.51%的高回收率。这种"选择性抑制"效应在pH4-11范围内均稳定存在，展现出优异的工艺适应性。

【电化学分析】揭示SPB使毒砂表面阻抗从202787.9Ω增至228663.1Ω，腐蚀电流显著提升，表明氧化反应剧烈进行。相比之下，黄铜矿的电化学参数变化幅度不足毒砂的1/3，证实SPB对两种矿物的氧化程度存在数量级差异。

【表面表征】发现毒砂经SPB处理后接触角减小21.3°，表面粗糙度增加约5倍。XPS检测到大量As-O和Fe-O键生成，形成厚度达50nm的亲水氧化层。这些致密氧化物像"防护罩"般阻隔PEX吸附，使毒砂表面由疏水转为亲水。

研究结论指出，SPB通过选择性氧化在毒砂表面构建亲水屏障，同时保持黄铜矿可浮性，实现"铜上砷下"的完美分离。这种绿色分离技术为复杂铜砷资源开发提供了新思路，其揭示的界面反应规律对其它硫化矿分选也具有借鉴价值。论文发表于《Applied Physiology Nutrition and Metabolism》，相关成果已获得国家自然科学基金(52364028)等项目的持续支持。