新型抑制剂CMCS在锡石/方解石浮选系统中的选择性吸附机制：实验与计算模拟研究

时间：2026年1月28日

来源：Powder Technology

编辑推荐：

浮选分离锡石与方解石过程中，羧甲基壳聚糖（CMCS）作为绿色高效抑制剂，通过吸附机制选择性抑制方解石。实验表明CMCS在方解石表面吸附强度显著高于锡石，其分子结构中的羧基与方解石表面钙离子形成配位键，分子动力学模拟和密度泛函理论计算进一步揭示了CMCS在方解石表面的吸附特性及作用机理。最终获得锡石回收率83.11%、纯度73.21%的精矿，证实CMCS在锡石-方解石浮选分离中的优异性能及环境友好优势。

赵国亮|刘健|王晔|黄荣|郝佳梅|高慧琳

中国昆明理工大学国土资源工程学院，复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室，战略矿产资源绿色分离与富集云南省重点实验室，昆明650093

摘要

锡石是锡工业的核心原料，其分离和提纯至关重要，而去除方解石等杂质成为锡石浮选的关键。本研究探讨了羧甲基壳聚糖（CMCS）对锡石与方解石浮选分离的抑制作用，并详细分析了其抑制机制。人工混合矿样获得了品位为73.21%、回收率为83.11%的锡石精矿。SEM-EDS结果显示CMCS在锡石表面的吸附较弱，但在方解石表面的吸附显著。FTIR和XPS分析进一步证实方解石表面的钙离子对CMCS的亲和力高于锡石。分子动力学（MD）模拟通过展示水分子的空间分布，为CMCS在方解石表面的吸附提供了微观证据。密度泛函理论（DFT）计算表明CMCS与方解石形成了Ca-O键。本研究为锡石与方解石的浮选分离提供了理论基础和有前景的新策略。

引言

锡作为一种重要的战略金属，由于其独特的物理和化学性质、广泛的应用范围以及不可替代的功能，在国家发展中发挥着不可或缺的作用。它被广泛应用于焊接、化工、食品包装等多个领域。锡石是金属锡的主要来源[1]、[2]、[3]、[4]。传统上，粗粒锡石主要通过基于矿物密度差异的重力分离法进行回收，该方法操作简单、成本低[5]、[6]、[7]。然而，随着高质量矿产资源的枯竭，锡石和脉石矿物的粒度分布变得越来越细，使得锡石的回收变得更加困难。因此，浮选已成为回收细粒锡石的主要方法[8]、[9]、[10]、[11]、[12]。此外，锡石（SnO₂）通常与含钙矿物（如方解石CaCO₃）共生[13]、[14]、[15]、[16]。而且，方解石的浮选性类似于锡石[17]。因此，寻找一种无毒、环保、经济高效且选择性强的抑制剂对于实现细粒锡石与方解石的浮选分离至关重要。

用于锡石与方解石浮选分离的抑制剂主要分为两类：无机抑制剂和有机抑制剂[18]、[19]、[20]。无机抑制剂如氟硅酸钠、硅酸钠、焦磷酸钠和六氟磷酸钠因其高效的抑制作用而在工业浮选过程中得到广泛应用[21]。然而，它们强烈的抑制作用导致锡石与方解石之间的选择性较低，使得精确分离变得困难。此外，这些抑制剂在废水中的残留物不易降解，可能对土壤和水环境造成潜在风险。有机抑制剂包括柠檬酸、木质素和淀粉，它们对锡石的选择性优异，成本低且环保，主要抑制方解石的浮选性，同时对锡石的浮选影响较小[22]。然而，它们的抑制效率相对较低，在大规模工业应用中，常常受到试剂消耗高和锡石回收率不足的限制[23]。因此，本研究旨在进一步探索环保、无毒抑制剂的应用，以改善锡石与方解石的浮选分离效果。

CMCS是一种水溶性壳聚糖衍生物，其分子结构中含有-COOH和-NH₂基团。由于其高效性、环保性和低成本，它在化工等行业得到广泛应用[18]。本研究旨在探讨CMCS作为锡石浮选抑制剂的性能和机制。通过多种表征技术全面阐明了其界面作用机制。具体而言，利用接触角测量分析了CMCS对方解石和锡石表面亲水性/疏水性的影响；FTIR和XPS用于表征CMCS的吸附行为；扫描电子显微镜结合能谱（SEM-EDS）用于研究其形态和元素分布；分子动力学模拟和密度泛函理论（DFT）用于分析CMCS的吸附机制。这些分析共同揭示了CMCS对方解石的选择性抑制机制。本研究为CMCS在锡石与方解石浮选分离中的微观吸附机制提供了宝贵的见解，对这两种矿物的工业浮选具有参考价值。

材料与试剂

本实验中使用的锡石和方解石来自中国云南省的高纯度矿物样品。手动选取具有明显层状的矿物块，并切片以制备用于接触角测量的样品。剩余材料经过手动破碎、分选后，使用玛瑙研钵研磨成颗粒。研磨后的产品通过标准筛网筛选，得到粒径范围为-74 μm至+38 μm的颗粒。

浮选结果

通过微浮选实验系统研究了不同条件对锡石和方解石浮选行为的影响。结果如图2(a)所示。该图展示了NaOL用量对两种矿物浮选回收率的影响。可以看出，随着NaOL用量的增加，锡石和方解石的回收率显著提高，当NaOL用量达到100 mg/L时，锡石的回收率稳定在90%以上。

结论

CMCS是一种高效且环保的浮选抑制剂，来源于天然壳聚糖，具有良好的生物降解性和优异的水溶性。由于其丰富的羧基官能团，CMCS能与金属离子形成强协调作用，从而实现有效的抑制效果，同时避免了传统抑制剂带来的高毒性和环境污染。在锡石与方解石的浮选分离中，CMCS表现出良好的效果。

CRediT作者贡献声明

赵国亮：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，软件使用，方法学设计，数据管理，概念构思。刘健：撰写 – 审稿与编辑，资源获取，资金筹集。王晔：实验研究。黄荣：数据验证，实验监督，软件使用，数据分析。郝佳梅：项目管理，方法学设计，实验研究。高慧琳：数据验证，实验监督。