中性pH条件下溴化十六烷基吡啶(CPB)高效反浮选分离菱锌矿与石英的机理研究及工业应用前景

本研究针对传统菱锌矿正浮选工艺存在的强碱性环境、药剂用量大、选择性差等问题，创新性地采用溴化十六烷基吡啶(CPB)作为捕收剂，在中性pH条件下实现菱锌矿与石英的高效反浮选分离。实验表明，当pH=7.0、CPB用量10.0 mg/L时，菱锌矿回收率达94.20%，石英脱除率98.28%，分离效率(SE)达93.19。该技术显著降低药剂成本，为高硅型锌矿资源开发提供新思路。

　　

随着全球锌资源需求持续增长，传统硫化锌矿储量日益枯竭，碳酸盐型氧化锌矿（如菱锌矿）因其高达52%的理论锌含量成为重要替代资源。然而，菱锌矿与脉石矿物石英的高效分离始终是选矿领域的重大挑战。传统正浮选工艺依赖强碱性环境(pH≈10.0)和大量抑制剂，不仅导致Zn²⁺活化石英的问题，还带来设备腐蚀、废水处理困难等瓶颈。

针对这一难题，研究人员创新性地提出中性介质反浮选技术路线。通过系统研究溴化十六烷基吡啶(CPB)的界面作用机制，发现这种阳离子表面活性剂能选择性吸附于石英表面：其带正电荷的吡啶环头基与去质子化硅烷醇基团(Si–O^?)产生静电作用，同时疏水长链烷基通过氢键与中性硅烷醇基团(Si–OH)结合。这种双重作用机制使石英表面疏水性显著增强，而菱锌矿表面几乎不吸附CPB，从而实现高效分离。

研究采用多尺度表征技术体系：通过zeta电位分析揭示矿物表面电性变化，接触角测试量化润湿性差异，傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)鉴定特征官能团，结合扫描电镜-能谱联用(SEM-EDS)、原子力显微镜(AFM)和飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)实现纳米级吸附形貌观测。

关键实验结果包括：

1. pH值影响：在pH 7.0中性条件下，石英回收率稳定在98%以上，而菱锌矿回收率低于5%，展现出最佳选择性窗口。
2. 药剂用量优化：CPB浓度10.0 mg/L时即达到饱和吸附，远低于传统捕收剂用量。
3. 界面作用验证：XPS检测到石英表面Br元素特征峰，证实CPB的特异性吸附；AFM图像显示石英表面形成致密分子层，接触角从20°增至85°。

该技术相比传统工艺具有三大突破：一是将工作pH从强碱性降至中性，节省石灰用量80%以上；二是CPB用量仅为常规捕收剂的1/5，吨矿药剂成本降低60%；三是分离效率(SE)提升至93.19，精矿锌品位提高12个百分点。研究不仅为高硅型锌矿开发提供经济高效的解决方案，其揭示的"静电-氢键协同吸附"机制更为其他氧化物矿物分选提供理论借鉴。

这项发表于《Applied Nursing Research》的成果，标志着中性介质浮选技术在矿物加工领域取得重要进展。未来通过扩大中试规模验证，有望推动锌资源加工向绿色化、低成本化方向转型，对保障战略金属供应链安全具有重要现实意义。