創(chuàng)新點(diǎn)

浮選是戰(zhàn)略性礦產(chǎn)分離富集的最重要方法，浮選藥劑是強(qiáng)化其分離的關(guān)鍵核心。論文圍繞“定向、數(shù)智、綠色、高效”4個(gè)關(guān)鍵特征，系統(tǒng)梳理了戰(zhàn)略性礦產(chǎn)浮選藥劑分子創(chuàng)智與功能強(qiáng)化的研究進(jìn)展與未來趨勢?！岸ㄏ颉狈矫?，聚焦于藥劑與礦物表面之間的界面作用機(jī)制，基于單分子力譜、分子對(duì)接等前沿方法實(shí)現(xiàn)了藥劑在目標(biāo)礦物表面的精準(zhǔn)識(shí)別與選擇性吸附；“數(shù)智”方面，基于量子化學(xué)計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)等現(xiàn)代技術(shù)，初步構(gòu)建了藥劑結(jié)構(gòu)與性能之間的定量映射關(guān)系，突破傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)法局限，實(shí)現(xiàn)藥劑的高通量篩選與性能預(yù)測；“綠色”方面，開始關(guān)注藥劑環(huán)境友好性與可持續(xù)性，通過分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生物基原料開發(fā)綠色藥劑，引領(lǐng)礦產(chǎn)資源開發(fā)向綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展；“高效”方面，基于多功能協(xié)同組合用藥實(shí)現(xiàn)復(fù)雜難選礦分離過程強(qiáng)化。未來浮選藥劑研發(fā)應(yīng)著力于構(gòu)建多維度數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)體系，融合分子模擬、人工智能、綠色合成等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)浮選藥劑“定向識(shí)別-智能預(yù)測-綠色合成-高效應(yīng)用”的閉環(huán)。

長按識(shí)別二維碼閱讀全文

戰(zhàn)略性礦產(chǎn)浮選藥劑分子創(chuàng)智與功能強(qiáng)化研究進(jìn)展

作者：張德軻^1,2,3, 李金勇^1,2,3, 夏陽超^1,2, 邢耀文^1,2,4, 桂夏輝^1,2

單位：1. 中國礦業(yè)大學(xué) 煉焦煤資源綠色開發(fā)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室; 2. 中國礦業(yè)大學(xué) 國家煤加工與潔凈化工程技術(shù)研究中心; 3. 中國礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院; 4. 深地科學(xué)與工程云龍湖實(shí)驗(yàn)室

引用格式：

張德軻，李金勇，夏陽超，等. 戰(zhàn)略性礦產(chǎn)浮選藥劑分子創(chuàng)智與功能強(qiáng)化研究進(jìn)展[J]. 綠色礦山，2025，3(4)：39?55.ZHANG Deke，LI Jinyong，XIA Yangchao，et al. Research progress on the innovative molecular design and functional enhancement of flotation reagent for strategic minerals[J]. Journal of Green Mine，2025，3(4)：39?55.

摘要

戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源在支撐國家能源安全、保障關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定方面發(fā)揮著不可替代的作用。當(dāng)前，我國面臨大宗礦產(chǎn)資源高消耗與新興礦產(chǎn)資源需求激增的雙重挑戰(zhàn)，急需提升戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源的利用效率與分選精度。浮選作為重要的分離方法，廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)略性礦產(chǎn)的分離富集，浮選藥劑作為調(diào)控礦物表面性質(zhì)的核心手段直接決定了浮選效率與產(chǎn)品質(zhì)量。圍繞“定向、數(shù)智、綠色、高效”4個(gè)關(guān)鍵特性，系統(tǒng)梳理了戰(zhàn)略性礦產(chǎn)浮選藥劑在分子創(chuàng)智與功能強(qiáng)化方面的研究進(jìn)展與未來趨勢。在“定向”方面，研究聚焦于藥劑與礦物表面之間的界面作用機(jī)制。通過單分子力譜技術(shù)與分子對(duì)接方法，實(shí)現(xiàn)藥劑在目標(biāo)礦物表面的精準(zhǔn)識(shí)別與選擇性吸附。在“數(shù)智”方面，基于量子化學(xué)計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)等現(xiàn)代技術(shù)，構(gòu)建了藥劑結(jié)構(gòu)與性能之間的映射關(guān)系，突破傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法與試錯(cuò)法的局限，實(shí)現(xiàn)藥劑的高通量篩選與性能預(yù)測，大幅提升研發(fā)效率。在“綠色”方面，關(guān)注藥劑的環(huán)境友好性與可持續(xù)性，通過分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生物質(zhì)基材料替代以及廢棄資源再利用開發(fā)綠色捕收劑的研究進(jìn)展，不僅降低了對(duì)環(huán)境與人體的毒性風(fēng)險(xiǎn)，也體現(xiàn)了礦產(chǎn)資源開發(fā)向綠色低碳轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向。在“高效”方面，評(píng)述了新型多功能藥劑在復(fù)雜體系中的應(yīng)用，不僅在選擇性、捕收能力方面顯著優(yōu)于傳統(tǒng)藥劑，兼顧低用量和低成本，顯著提升了浮選效率并實(shí)現(xiàn)了高經(jīng)濟(jì)性。未來浮選藥劑的研發(fā)應(yīng)著力于構(gòu)建多維度數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)體系，融合分子模擬、人工智能、綠色合成等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)浮選藥劑“定向識(shí)別?智能預(yù)測?綠色合成?高效應(yīng)用”的閉環(huán)。

部分圖片

圖1 AFM測試技術(shù)的發(fā)展

圖2 AFM探針的修飾與表征

圖3 AFM單分子力譜技術(shù)在礦物浮選研究中的應(yīng)用

圖4 AFM單分子力譜在親/疏水表面的微觀表征

圖5 分子對(duì)接技術(shù)的應(yīng)用

圖6 分子對(duì)接技術(shù)在煤泥浮選中的應(yīng)用與機(jī)理剖析^[43]

圖7 浮選藥劑及QSAR研究的發(fā)展

圖8 計(jì)算化學(xué)在浮選藥劑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

圖9 基于3D-QSAR模型的浮選藥劑分子設(shè)計(jì)

圖10 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的浮選藥劑篩選與設(shè)計(jì)

圖11 綠色環(huán)保型捕收劑的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

圖12 利用廢棄油脂開發(fā)環(huán)境友好型浮選藥劑

圖13 三元復(fù)配捕收劑強(qiáng)化低品質(zhì)煤浮選的作用機(jī)理剖析

圖14 分子創(chuàng)智與功能強(qiáng)化研究思路

第一作者

張德軻，中國礦業(yè)大學(xué)煉焦煤資源綠色開發(fā)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室礦物加工工程專業(yè)博士研究生，導(dǎo)師劉炯天院士、邢耀文教授。主要從事戰(zhàn)略性礦產(chǎn)浮選藥劑數(shù)智設(shè)計(jì)與功能強(qiáng)化研究。近兩年共發(fā)表學(xué)術(shù)論文16篇，以第一作者/通訊作者在Minerals Engineering、Colloids and Surfaces A-Physicochemical and Engineering Aspects 等期刊發(fā)表SCI論文6篇；入選2025年度中國科協(xié)青年科技人才培育工程博士生專項(xiàng)計(jì)劃，德國馬普高分子研究所短期聯(lián)合培養(yǎng)博士；獲校級(jí)學(xué)業(yè)一等獎(jiǎng)學(xué)金；兼任International Journal of Coal Preparation and Utilization學(xué)術(shù)期刊審稿人。

通訊作者

桂夏輝，研究員，博士生導(dǎo)師，國家杰青、國家重點(diǎn)計(jì)劃研發(fā)首席，現(xiàn)任中國礦業(yè)大學(xué)黨委教師工作部部長、人力資源部部長，兼任中國礦業(yè)大學(xué)煉焦煤資源綠色開發(fā)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。主要從事非常規(guī)戰(zhàn)略性礦產(chǎn)浮選過程強(qiáng)化與煤系關(guān)鍵金屬協(xié)同分離提取研究。先后主持或完成國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金（8項(xiàng)）、江蘇省攀登、江蘇省杰青等項(xiàng)目。研究成果入選Science—2020年中國高校科研十大突破性成果，獲江蘇省專利發(fā)明人獎(jiǎng)、教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、河南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、山東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)等省部級(jí)/行業(yè)協(xié)會(huì)科技獎(jiǎng)勵(lì)9項(xiàng)。獲授權(quán)發(fā)明專利120余件。任《選煤技術(shù)》期刊主編，第一/通訊作者發(fā)表SCI、EI論文140余篇。獲霍英東青年教師獎(jiǎng)（二等獎(jiǎng)）、江蘇省青年科技獎(jiǎng)暨“江蘇省十大青年科技之星”、全國煤炭青年五四獎(jiǎng)?wù)?、孫越崎青年科技獎(jiǎng)。

團(tuán)隊(duì)簡介

團(tuán)隊(duì)聚焦國家戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源安全重大戰(zhàn)略，開展戰(zhàn)略性礦產(chǎn)分離過程強(qiáng)化基礎(chǔ)理論與前沿技術(shù)研究。先后承擔(dān)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)科學(xué)基金杰出青年基金、國家自然科學(xué)科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、國家自然科學(xué)科學(xué)基金原創(chuàng)探索計(jì)劃、國家自然科學(xué)科學(xué)基金國際合作重點(diǎn)等項(xiàng)目。分離富集方向，提出了“浮選力學(xué)說”學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，發(fā)明了以精密測試與先進(jìn)算法為核心的跨尺度力學(xué)表征方法，形成了包括力作用原理-力調(diào)制方法-力強(qiáng)化技術(shù)在內(nèi)的浮選力學(xué)研究體系；關(guān)鍵金屬提取方向，提出了賦存相預(yù)富集與定向誘導(dǎo)活化學(xué)術(shù)思路，聚焦多段梯度匯聚超常富集-惰性組分化學(xué)解構(gòu)強(qiáng)化浸出，構(gòu)建了煤系關(guān)鍵金屬協(xié)同分離提取理論與技術(shù)研究體系。

編輯丨李莎

審核丨常明然

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

為深入貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，搭建綠色礦山建設(shè)領(lǐng)域高端學(xué)術(shù)交流平臺(tái)，2023年5月，經(jīng)國家新聞出版署批準(zhǔn)，由中國煤炭科工集團(tuán)主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的中文科技期刊——《綠色礦山》（Journal of Green Mine）應(yīng)運(yùn)而生。《綠色礦山》為季刊，國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號(hào)為：CN10-1912/TD，ISSN號(hào)：2097-3357，由《綠色礦山》編輯部負(fù)責(zé)策劃、出版、發(fā)行。

刊登范圍

綠色勘查、綠色開采、礦山地下空間利用、綠色選冶、礦山環(huán)境保護(hù)、低碳技術(shù)及節(jié)能減排、數(shù)字礦業(yè)、綠色低碳經(jīng)濟(jì)政策與評(píng)價(jià)等。

期刊主頁

http://www.lsks.org.cn

投稿網(wǎng)址

https://lsks.cbpt.cnki.net/EditorAN/index.aspx?t=1

聯(lián)系：常明然

電話： 010-87986452

郵箱：journalofgreenmine@163.com

---

聲明：本文系轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng)，請(qǐng)讀者僅作參考，并自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。若對(duì)該稿件內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑，請(qǐng)立即與鐵甲網(wǎng)聯(lián)系，本網(wǎng)將迅速給您回應(yīng)并做處理，再次感謝您的閱讀與關(guān)注。