综述：闪锌矿浮选的可持续策略：抑制剂研发、作用机制及新兴技术

《Minerals Engineering》：Sustainable strategies for sphalerite flotation: depressant development, mechanisms, and emerging technologies

　　**摘要**
闪锌矿（ZnS）是一种硫化锌矿物，通常与其他有价值的矿物如黄铜矿（CuFeS2）和方铅矿（PbS）一起存在于硫化物矿床中。分离复杂的Cu–Pb–Zn硫化物矿物具有挑战性，主要是因为闪锌矿会被可溶性金属离子（如Pb2?和Cu2?）活化，从而导致其与方铅矿和黄铜矿一起被回收。为了将闪锌矿从相关矿物中分离出来，抑制剂是必不可少的。传统上，浮选系统中使用有毒且对环境有害的试剂来抑制闪锌矿的浮选行为。随着环境问题的日益严峻，人们对环保型浮选试剂产生了浓厚兴趣。本文综述了闪锌矿浮选中的挑战，包括表面活化问题以及有毒试剂作为抑制剂的使用，并全面评估了近年来闪锌矿抑制剂的研究进展，系统地探讨了主要的有机抑制剂类别及其分子结构和抑制机制，并从选择性和环境兼容性方面对其性能进行了比较评估。研究表明，多糖和有机酸等有机抑制剂取得了显著进展，由于它们富含亲水官能团，能够选择性地吸附在闪锌矿表面，从而防止捕收剂的吸附。此外，本文还讨论了闪锌矿浮选的最新技术进展，包括计算模拟方法和机器学习，并为未来的研究提出了建议。

**引言**
近年来，高质量的矿石和丰富的矿产资源逐渐枯竭（Asimi Neisiani等，2023年）。因此，低品位和多金属硫化物矿床的加工变得日益重要（Wang等，2021年）。复杂的硫化物矿石是关键基础金属（如锌、铅和铜）的重要来源（Rao，2011年）。这些矿石通常由多种硫化物矿物（如闪锌矿、方铅矿和黄铜矿）以及脉石矿物组成（Aikawa等，2020年；Aikawa等，2021年；Xie等，2022年）。闪锌矿、方铅矿和黄铜矿是非铁金属原料的主要来源，对于工业而言是重要的基础金属（Wang等，2021年）。高效利用含有Cu–Pb–Zn硫化物矿物的复杂硫化物矿石需要有效分离这些矿物，这仍然是矿物加工中的主要关注点和持续挑战（Aikawa等，2021年）。目前，浮选技术被广泛用于硫化物矿石的分离，这是一种利用材料疏水性和亲水性差异的低成本方法（Feng等，2024年）。黄药（RO–CS2?）、二硫代氨基甲酸酯和二硫代磷酸酯等试剂常被用作硫化物矿物浮选中的捕收剂，以改变矿物表面的润湿性（Aikawa等，2021年；Feng等，2024年；Zou等，2026年）。在Cu–Pb–Zn浮选过程中，方铅矿通常首先被回收，因为它具有优异的天然浮选性，这归因于其晶体结构（Aikawa等，2021年；Hu等，2020年）。黄药对方铅矿有良好的捕收效果，因为它们容易吸附在其表面（Hu等，2020年）。相比之下，由于锌黄药的高溶解度，闪锌矿与黄药等捕收剂的反应性较低（Feng等，2024年；Sarvaramini等，2016年）。然而，在Cu–Pb–Zn矿床中，闪锌矿经常与方铅矿和黄铜矿一起被回收，使得这些硫化物矿物的分离更加困难。闪锌矿的高浮选性主要是由于在研磨和浮选过程中其表面被意外活化所致。这种活化主要是由于来自方铅矿、白铁矿或黄铜矿等矿物的溶解Pb2?和Cu2?离子的作用（Aikawa等，2021年；Sarvaramini等，2016年；Huang等，2019年；Chandra和Gerson，2009年）。这些金属离子可以活化闪锌矿表面，增加其对黄药捕收剂的亲和力并增强其疏水性，从而降低浮选选择性（Huang等，2013年）。为了实现高效分离并获得高质量的金属产品，必须抑制被活化的闪锌矿（Feng等，2019年；Eladl等，2025年）。抑制剂的作用是去除这些意外释放的离子，改变闪锌矿的表面特性，并提高其与其他矿物的分离效果（Eladl等，2025年；Rashchi等，2004年；Rashchi和Finch，2006年）。实际应用中，传统的无机抑制剂在工业Cu–Pb–Zn浮选中被广泛使用（El-Shall等，2000年），但这些无机抑制剂存在选择性低、毒性高和负面环境影响等问题（Guo等，2014年；Wang等，2020年；Zhai等，2023年）。因此，无机抑制剂在浮选中的使用受到越来越多的限制。2015年，193个国家政府采纳了17项可持续发展目标（SDGs），以应对世界面临的最紧迫挑战，涉及环境保护和促进可持续经济增长等广泛问题（Aikawa等，2022年）。SDG 12旨在促进环境负责任的做法，支持微观、中观和宏观层面的可持续生产和消费模式，目标是发展并维持一个可持续的全球系统（Khan等，2024年）。为了促进可持续的矿物加工实践，推进绿色经济的发展，并减轻传统试剂的环境影响，研究人员最近开始关注在浮选系统中使用有机抑制剂作为有毒无机试剂的替代品。这一转变是由于有机制剂具有较低毒性、更好的生物降解性和减少二次污染等优点（Aikawa等，2022年）。本研究基于Web of Science数据库中2000年至2025年间发表的文章标题、摘要和关键词中包含了“闪锌矿”和“浮选”或“闪锌矿浮选”或“闪锌矿”和“有机抑制剂”的文章进行了文献计量分析。排除会议论文后，共分析了477篇原创研究文章。如图1(a)所示，在过去十年中，发表的文章数量显著增加，从2015年的15篇增加到2025年的54篇。通过VOSviewer 1.6.16对搜索结果进行了文献计量映射分析，以更深入地了解这些关键词在闪锌矿浮选研究中的共现情况及与其他关键词的相关性。每个圆圈的大小代表关键词出现的频率，颜色表示关键词簇，连线表示共现关系（图1(b)）。设置关键词出现的最低次数为5次，以识别具有最高总链接强度和共现关系的关键词。分析显示，出现频率最高的关键词包括“闪锌矿”、“浮选”、“吸附”、“黄铁矿”、“黄铜矿”、“方铅矿”、“活化”、“黄药”、“硫化物”和“抑制”。近年来，一些综述论文主要关注黄铁矿、铁氧化物和其他矿物的可持续浮选实践（Asimi Neisiani等，2023年；Asimi Neisiani等，2023年；Yang等，2023年）。这些论文主要讨论了传统的和先进的浮选技术以及新兴的有机抑制剂，包括它们的结构特性和相关抑制机制。然而，尚无综述论文专门讨论闪锌矿浮选的可持续实践。最近对闪锌矿浮选文献的文献计量分析表明，现有的综述主要集中在闪锌矿的活化机制、捕收剂和黄铁矿-闪锌矿分离方面，而有机抑制剂在闪锌矿浮选中的可持续应用尚未得到充分探索。为了填补这一空白，本文旨在为改进闪锌矿浮选提供参考，涵盖现有的可持续方法和未来发展方向。本文重点讨论有机抑制剂及其在闪锌矿浮选中的选择性抑制机制，为更有效的硫化物矿选矿、清洁加工和减少环境影响提供见解。

**本文结构**
本文分为以下几个部分：
(I) 综述方法论概述；
(II) 闪锌矿抑制相关挑战的讨论，包括表面活化机制和有毒试剂的使用；
(III) 最新有机抑制剂的全面回顾，重点讨论它们的分子结构、浮选性能、抑制机制及其在闪锌矿浮选系统中的优势和局限性；
(IV) 闪锌矿浮选的最新技术进展，包括密度泛函理论（DFT）、分子动力学（MD）和机器学习（ML）等计算模拟方法；
(V) 对所评估的有机抑制剂在不同标准（包括选择性、可持续性和成本）下的比较评估，以及未来研究的方向。

**研究方法**
本研究采用结构化、系统化的框架进行，如图2所示。研究过程包括相关学术文章的识别、筛选、分析和评估。为了确保全面覆盖该主题，使用了文献计量分析中提到的关键词：“闪锌矿”和“浮选”或“闪锌矿浮选”或“闪锌矿”和“有机抑制剂”。通过Google Scholar和Scopus、Web of Science等主要学术数据库进行了针对性查询。选择的标准包括过去十年内发表在高影响力期刊上的文章。根据最近关于浮选系统的综述文章的方法学部分（Tang等，2023年；Choi，2025年），确定了值得重点关注的期刊。表2总结了所选的期刊。仅纳入了英文发表的经过同行评审的研究文章，排除了会议论文和非同行评审的材料。优先考虑引用次数至少为20次的文章，但对于最近的研究这一标准有所放宽，因为它们可能尚未积累足够的引用次数。根据这些选择标准，进一步将纳入的研究按主题分类。这些分类涵盖了闪锌矿的结构特性和闪锌矿浮选系统相关的挑战，特别是表面活化机制，以及使用无机抑制剂的传统抑制方法。为了反映可持续浮选的最新进展，还选择了关于有机和生物基抑制剂的研究文章。此外，还包括了关于DFT、MD和ML在闪锌矿浮选中应用的文章，以捕捉该领域的最新计算发展。只有提供机制见解、定量性能指标或行业相关发现的文章才会进行详细分析和批判性综合。必要时，还纳入了与闪锌矿浮选不直接相关的补充文章，以提供所选试剂的分子结构背景信息。

**闪锌矿的结构**
闪锌矿是一种属于硫化物矿类的立方形式ZnS矿物，是最常见的锌来源，具有重要的经济价值。ZnS自然存在两种多型：六方型（纤锌矿）和立方型（闪锌矿，也称为锌辉石）（Chen等，2010年）。立方晶胞包含八个原子（四个锌原子和四个硫原子），以四面体配位排列，晶格常数为5.42 ?，空间群为F4?3m（Wright和Gale，2010年）。关于化学试剂的吸附，Wang等人（2021年）展示了强大的化学性能。机器学习（ML）最近被用于泡沫浮选，以预测精矿的品位和回收率。通过浮泡图像分析、过程监控以及试剂和操作条件的优化，可以显著提高浮选过程的性能预测和设计优化效果。传统的建模方法，如经验回归、响应面方法（RSM）以及浮选动力学模型（包括一级模型、Klimpel模型和Kelsall模型）也被应用到了这一领域。

浮选是用于浓缩硫化物矿石的最广泛使用的选矿方法之一，以满足对基础金属不断增长的需求。在这些基础金属资源中，闪锌矿在许多浮选回路中起着关键作用，它既可以作为目标产品，也可以作为需要从其他硫化物中选择性分离的伴生矿物。然而，实现选择性分离仍然具有挑战性，特别是因为闪锌矿的非预期活化问题，正如前面讨论的那样。

本文综述了闪锌矿浮选的最新进展，重点关注了表面活化的挑战以及新开发的有机抑制剂的效果。尽管有机抑制剂在闪锌矿浮选系统中面临技术和经济上的挑战，但这些限制可以通过进一步的研究和过程优化来克服。这样的努力可能会使矿物加工中能够用更可持续的替代品取代传统的有毒试剂。

作者身份贡献声明：
Doaa Ashraf Eladl：撰写 – 原稿撰写、可视化、方法论设计、实验研究、数据分析。
Ibrahim Maamoun：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿撰写、可视化、验证。
Keishi Oyama：撰写 – 原稿撰写、可视化、验证。
Manal AlShafi：可视化、验证、方法论设计。
Akbarshokh Ulmaszoda：验证、方法论设计、数据管理。
Gde Pandhe Wisnu Suyantara：撰写 – 审稿与编辑、可视化、监督、数据管理。

利益冲突声明：
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益或个人关系：由于Gde Pandhe Wisnu Suyantara博士担任编辑的角色，她没有参与本文的同行评审，并且无法获取有关其同行评审的信息。本文的编辑工作完全由另一位期刊编辑负责。如果还有其他作者，他们也声明没有任何已知的利益冲突。

致谢：
本研究部分得到了日本学术振兴会（JSPS）的科学研究资助（JSPS KAKENHI）的支持 [资助编号 JP24K21239]。第一作者感谢Yoneyama纪念基金会（Fukuoka Heisei Rotary Club）的支持。

作者名单：Doaa Ashraf Eladl | Ibrahim Maamoun | Keishi Oyama | Manal AlShafi | Akbarshokh Ulmaszoda | Gde Pandhe Wisnu Suyantara | Naoko Okibe