中性pH条件下CPB反向浮选分离菱锌矿与石英的界面作用机制及工艺创新

为解决传统菱锌矿直接浮选工艺中强碱性条件、高药剂消耗和低选择性问题，研究人员创新性地采用十六烷基吡啶溴化物(CPB)作为捕收剂，在中性pH条件下实现了菱锌矿与石英的高效反向浮选分离。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%，石英脱除率达98.28%，分离效率(SE)达93.19。通过多尺度表面表征技术揭示了CPB通过静电作用与氢键选择性吸附石英的机制，为低品位锌资源开发提供了新思路。

　　

在全球锌资源需求持续增长与高品位硫化锌矿逐渐枯竭的背景下，碳酸盐型氧化锌矿——特别是菱锌矿（smithsonite）因其高达52.0%的理论锌含量成为重要替代资源。然而，传统直接浮选工艺面临严峻挑战：强碱性环境（pH≈10.0）导致设备腐蚀、药剂成本高昂，且Zn²⁺活化石英会严重干扰分选效果。现有抑制剂如IDS（亚氨基二琥珀酸）、HEDP（羟基乙叉二膦酸）等虽能抑制石英，但需配合大量pH调节剂，使得废水处理难度剧增。这种"高能耗、高污染、低效率"的现状，严重制约着菱锌矿资源的工业化开发。

针对这一行业痛点，来自中国的研究团队在《Applied Nursing Research》发表的研究中，开创性地提出"中性反向浮选"新策略。该研究采用阳离子型表面活性剂十六烷基吡啶溴化物（CPB）作为石英捕收剂，仅需10.0 mg/L用量即在pH 7.0条件下实现菱锌矿与石英的高效分离。关键技术手段包括：微浮选试验确定最佳工艺参数；zeta电位与接触角分析表面电性变化；FTIR（傅里叶变换红外光谱）和XPS（X射线光电子能谱）解析吸附基团；SEM-EDS（扫描电镜-能谱联用）与AFM（原子力显微镜）观测表面形貌；ToF-SIMS（飞行时间二次离子质谱）追踪分子吸附行为。

pH值对矿物可浮性的影响
通过系统测试pH 6.0-11.0范围内的浮选回收率，发现石英在CPB作用下始终保持98.00%的高可浮性，而菱锌矿回收率在pH 7.0时最低（5.80%），形成最佳分离窗口。这与传统直接浮选需pH>9.0形成鲜明对比。

界面作用机制解析
多尺度表征揭示：CPB的吡啶阳离子头（C₂₁H₃₈BrN⁺）通过静电作用结合石英表面去质子化硅羟基（≡Si–O^?），同时其长链烷基与中性硅羟基（≡Si–OH）形成氢键，这种"双锚定"吸附模式使石英疏水性显著增强。而菱锌矿表面Zn²⁺在近中性条件下难以与CPB有效作用，从而实现选择性抑制。

工艺经济性评估
与传统直接浮选相比，新工艺节省NaOH用量85%以上，药剂总成本降低76.3%。分离指数（SI）达30.46，精矿Zn品位提升至45.6%，尾矿SiO₂含量高达92.3%，各项指标均显著优于现有技术。

这项研究突破性地将CPB从抗菌、乳化等传统应用拓展至矿物加工领域，首次证实其在近中性环境中可实现氧化物矿物高效分选。所建立的"低pH-低药剂-高选择性"技术范式，不仅为复杂氧化锌矿开发提供新方案，其揭示的"静电-氢键协同吸附"机制更为设计新型选择性捕收剂提供理论框架。该成果已在中国云南兰坪等高铁锌矿区的工业试验中取得显著成效，展现出广阔的产业化前景。