综述：有机浮选剂及其相关重金属在有色金属矿山中的形成、转化及生态风险动态：一项关键综述

有机浮选剂（OFRs）与重金属（HMs）的复合污染机制、环境迁移规律及其生态风险是本研究核心。通过分析OFRs分类、检测方法及与HMs的协同作用机制，揭示pH、矿物组成、光照和微生物活动对复合污染物迁移转化的调控作用，证实OFRs-HMs复合污染显著增强生物可利用性和毒性，需优先开展排放特征、生物毒性评估及原位修复技术研究。

作者：严波、孙家成、李泽民、涂书晨、李科、张玉婷、黄秦子、陈涛

华南师范大学环境学院，广州大学城，510006，中国

摘要

有机浮选剂（OFRs）在矿物加工中被广泛使用并排放到环境中。它们复杂的化学成分以及与重金属（HMs）的协同作用对环境构成了重大风险。因此，系统地阐明OFRs及其化合物的环境转化、迁移过程和生态风险至关重要。本文首先分析了OFRs的分类、检测方法以及OFRs与重金属之间的相互作用机制，这些相互作用导致了复合污染的形成。随后，全面探讨了控制OFR-HMs复合污染物形成、迁移和转化的关键调控因素。最后，研究了在常见污染情景下的生态毒性风险。化学性质复杂的OFRs在采矿环境中持续存在生态威胁。当硫醇和羧酸等官能团释放时，它们会与重金属形成持久性的复合物。OFR-HMs复合污染的环境迁移性受到地球化学和生物因素的复杂调控，其中pH值、矿物学特性和光照暴露是关键因素。与单一污染物相比，OFR-HMs复合污染通过多种毒性机制显著增强了生态毒性和生物可利用性。鉴于当前研究的空白，本文建议未来应优先关注以下领域：（1）排放特性和环境转化途径；（2）生物毒性和生态风险评估；（3）原位修复和稳定技术。本综述为改进污染预防提供了基础，并有助于制定可持续的矿物加工策略。

引言

全球对矿产资源需求的持续增长显著推动了采矿活动的扩张[28]、[35]、[90]。目前全球在运营和已关闭的矿山总数估计达到182,344座[112]、[60]、[96]。在中国，1,817座在运营中的矿山和1,473座废弃矿山共同导致了超过40,000平方公里的土地退化（年退化率超过330平方公里），直接经济损失超过90亿元人民币，间接经济损失超过300亿元人民币[43]、[60]。此外，每年产生的16亿吨以上尾矿持续构成威胁，因为它们可以通过风尘、雨水径流以及长期露天储存期间的溃坝和倾倒等灾难性事件导致周围土壤受到重金属（HMs）的污染[118]、[98]。活跃和废弃矿山持续排放的污染物对区域土壤生态系统的稳定性产生了不利影响，引发了多种生态风险[4]、[89]。这些风险包括水生生物（如鱼类和两栖动物）以及节肢动物的多样性下降[2]、[3]、[79]。

有机污染物是采矿尾矿中的主要污染物之一，与重金属（HMs）并存。它们主要来源于矿物加工中使用的浮选剂。这些浮选剂包括捕集剂、起泡剂、改质剂和辅助剂，涵盖了一系列合成化合物。过去100年来，浮选剂的不断发展旨在提高复杂矿石的分离效率[68]、[91]。然而，这种有机浮选剂（OFRs）的创新主要集中在性能提升上，而忽视了其潜在的生态风险[36]、[88]。同时，由于保护商业秘密的需要，用于铅（Pb）、锌（Zn）、铜（Cu）等有色金属硫化物的矿物加工试剂（如BK-301（含有酯类和烷基磷酸盐）、T-610（含有水杨醛肟衍生物）和TZQ-903（含有复合醇））通常用代码而非化学名称表示。这种做法阻碍了分子结构的识别，并使监管工作变得复杂[84]。由此导致的透明度不足，加上这些试剂的多样性和成分不确定性，不仅降低了传统处理方法的效率，还引入了未知的协同毒性和二次污染风险。这进一步妨碍了精确的来源追踪、处理过程的合理设计以及生态修复目标的量化。这种透明度缺失使得OFRs在整个生命周期（合成、储存、应用和排放）中无法得到有效控制，从而放大了潜在的环境危害[41]。全球每年消耗的OFRs超过100万吨，其中约70%最终在采矿环境中积累[45]、[94]。因此，准确识别和量化矿山中存在的复杂有机浮选剂成为当务之急。

研究表明，某些OFRs及其降解产物由于具有致癌、致畸和致突变特性，对生态系统完整性和公共健康构成了重大威胁[32]、[40]、[99]。然而，目前的研究主要集中在重金属在采矿环境中的行为上，对含有OFRs的废水处理及其与金属的复合污染效应的关注有限[1]、[119]、[55]、[56]、[87]。OFRs的分解和转化过程受到pH值、温度、光照暴露和微生物活动等环境因素的影响[76]。重要的是，富含官能团的OFRs具有很强的金属配位能力，通过螯合作用显著促进了铅（Pb）、锌（Zn）和铜（Cu）等重金属在尾矿中的浸出和迁移，形成了OFR-HMs复合污染[121]。在转化过程中，重金属的生物可利用性和生态毒性也可能增强[17]、[88]。吴等人[104]发现，靠近矿山废水排放点的黄原酸盐化合物中有超过90%以金属-黄原酸盐复合物的形式存在。这些复合物可能带来比单一成分更高的生态和健康风险[1]、[119]、[56]、[87]。此外，OFR-HMs复合污染的形成和转化受到多种因素的调控[82]。OFR-HMs复合物的形成改变了OFRs和重金属的环境行为和生物可利用性，产生了具有独特性质的复合污染物，使得风险评估和修复工作变得复杂。因此，仍有几个基本问题尚未解决。这些问题包括缺乏有效的某些OFRs检测方法、亟需明确涉及OFRs和重金属的复合污染的形成和转化机制，以及缺乏对OFR-HMs复合污染的生态风险评估。

本文系统地研究了OFRs的分类、环境危害和污染特性，特别强调了它们的生态风险及其与重金属的潜在复合污染。我们通过物理化学相互作用、环境调控和微生物介导三种基本机制，全面分析了OFR-HMs复合污染的形成、迁移、转化和归趋。基于现有文献，对相关生态风险进行了初步评估。鉴于采矿环境中复合污染的复杂性和危险性，本文确定了关键的研究重点，以加深我们的理论理解，并为实施源头控制技术提供科学指导。

部分摘录

OFRs的来源和危害

常见的捕集剂包括黄原酸盐和二硫磷酸盐，典型的起泡剂包括松油和TZQ系列，硫代乙醇酸被广泛用作改质剂。预计到2025年，全球黄原酸盐酯的使用量将从1980年的52,000吨增加到350,000吨以上[21]、[5]、[99]。大约70%的OFRs会吸附在尾矿上或残留在废水中，成为重要的污染源（图1）[5]、[51]、[70]。大多数OFRs及其降解产物对水生生物有毒

官能团效应

OFRs的结构和反应性，特别是其官能团的类型和性质，直接决定了它们在环境中的化学行为和最终归趋。这些官能团促进了与矿物表面金属离子的特异性相互作用，从而实现了金属的分离和富集。一旦释放，它们还控制了随后在环境界面上的迁移、转化和复合污染行为[69]。这些试剂具有复杂的

OFR-HMs复合污染的生态风险

考虑到有色金属矿山污染物对各种生物（包括微生物、原生动物、藻类、水蚤、植物和鱼类）的广泛环境影响，OFRs和重金属复合污染相关的生态风险尚未得到充分研究[101]、[11]、[12]、[23]。重要的是，OFRs和重金属的环境转化过程（包括螯合作用、光解和微生物介导）不仅改变了它们的环境归趋，还

结论

鉴于OFRs和重金属的普遍性和复杂性，OFRs和重金属的复合污染及其独特的环境风险仍然被忽视。本文强调了OFRs在采矿作业中的广泛应用及其显著的

化学多样性。OFRs最初是为矿物分离而设计的，但在环境中释放后与重金属发生了非预期的相互作用，导致了

环境影响

有机浮选剂（OFRs）是采矿环境中令人担忧的新污染物。它们与重金属（HMs）的协同作用形成了OFR-HMs复合物，从根本上改变了这两种污染物的环境归趋和风险。这些复合物表现出更高的迁移性、持久性和生物可利用性，从而导致低估和加剧的生态毒性。本文系统地阐明了这些相互作用，强调了

未引用的参考文献

Manuel José等人，[62]

CRediT作者贡献声明

严波：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念构思。孙家成：撰写 – 原始草稿、可视化、调查、数据管理、概念构思。李泽民：撰写 – 审稿与编辑、监督、概念构思。涂书晨：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原始草稿、概念构思。李科：撰写 – 审稿与编辑。张玉婷：数据管理。黄秦子：数据管理。陈涛：撰写 – 审稿与

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（项目编号42230717、42407309）的支持。