浮选是矿物加工、材料分离领域的核心技术之一，其本质是利用不同物质表面物理化学性质的差异，通过添加化学药剂、通入气泡等手段，使目标物质选择性附着在气泡表面并随气泡上浮至液面，从而实现与脉石或其他杂质分离的过程。该技术自 20 世纪初工业化应用以来，已从矿物加工拓展至环保、化工、食品等多个领域，成为分离细粒级物料（通常粒径小于 0.1mm）最有效的方法之一。

要理解浮选，需从 “表面差异” 和 “气泡载体” 两个核心逻辑切入，具体可拆解为以下关键要素：

浮选的核心是 “选择性疏水 - 亲水转化”：自然界中多数矿物表面具有一定亲水性（易被水润湿），难以直接附着在气泡上；通过添加化学药剂（如捕收剂），可使目标矿物表面转化为疏水性（不易被水润湿），而脉石矿物仍保持亲水性。当向矿浆中通入气泡时，疏水性的目标矿物会选择性吸附在气泡表面，随气泡上浮形成 “泡沫产品”（即目标精矿），亲水性的脉石则留在矿浆中（即尾矿），最终实现分离。

浮选过程需通过 “设备 + 药剂 + 工艺参数” 协同实现，各要素作用如下：

根据分离对象、工艺特点或气泡生成方式，浮选可分为不同类型，常见分类如下：

• 按分离对象：

矿物浮选：针对金属矿（如铜、铅、锌、金）、非金属矿（如萤石、石墨、滑石）的分离；

溶液浮选：用于分离溶液中的离子（如重金属离子）或有机物（如染料、抗生素）；

微生物浮选：利用微生物表面性质差异分离微生物（如酵母、细菌）。

• 按气泡生成方式：

机械搅拌式浮选：通过叶轮搅拌将空气吸入矿浆并破碎为气泡（工业中最常用）；

充气式浮选：直接向矿浆中通入压缩空气生成气泡（适用于大型浮选厂）；

溶气浮选（DAF）：将空气溶解于加压水中，减压后释放微小气泡（常用于污水处理、食品分离）。

浮选研究围绕 “提高分离效率、降低成本、减少污染” 三大目标展开，涵盖基础理论、药剂研发、设备优化、工艺创新等多个维度，具体可分为以下 4 类：

基础理论是浮选技术创新的核心，主要探索 “矿物 - 药剂 - 气泡” 三者间的相互作用机制，核心方向包括：

矿物表面性质研究：分析矿物表面元素组成、化学键类型、电荷状态（如 ζ 电位）、润湿性（接触角测量）等，明确不同矿物表面的固有差异（如黄铁矿表面易氧化生成亲水的羟基，而黄铜矿表面氧化程度较低）；

药剂作用机理研究：通过分子模拟（如 DFT 密度泛函理论）、原位表征（如 AFM 原子力显微镜、XPS 光电子能谱），揭示捕收剂（如黄药类）如何与目标矿物表面结合（化学吸附 / 物理吸附）、起泡剂（如松醇油）如何稳定气泡（降低表面张力）、调整剂（如石灰）如何抑制脉石（形成亲水膜）；

气泡 - 矿物附着动力学：研究气泡与矿物颗粒碰撞、附着、脱附的动态过程，建立动力学模型（如 “三阶段模型”：碰撞→液膜排干→附着），优化气泡尺寸（通常 100-500μm 最易与细粒矿物结合）和运动速度。

药剂是实现 “选择性分离” 的关键，研发方向聚焦 “高效、低毒、绿色”：

新型捕收剂：针对难选矿物（如低品位氧化矿、复杂多金属矿），开发高选择性捕收剂，如螯合型捕收剂（对铜、镍等重金属离子选择性强）、生物捕收剂（如淀粉、木质素衍生物，可生物降解，替代传统有毒药剂）；

环保起泡剂：替代传统的松醇油（易产生异味、难降解），研发天然植物提取物（如茶皂素、皂角苷）或合成类低毒起泡剂（如烷基糖苷）；

多功能调整剂：开发兼具 pH 调节、抑制、活化功能的复合调整剂，减少药剂种类和用量（如用复合抑制剂同时抑制黄铁矿和石英，降低成本）。

设备是实现浮选工艺的载体，研究重点在于 “提升传质效率、降低能耗、适应细粒物料”：

高效浮选机设计：优化叶轮 - 定子结构（如采用倾斜叶轮提高搅拌均匀性）、增加气泡分散装置（如多孔介质曝气器生成微小气泡），提升 “矿物 - 药剂 - 气泡” 的接触效率；

大型化与智能化设备：开发大型浮选机（单槽容积超 500m³）以适应大型矿山需求，同时集成传感器（如在线品位分析仪、气泡尺寸监测仪）和 AI 控制系统，实现浮选过程的实时调控；

特种浮选设备研发：针对细粒（<20μm）或超细粒（<5μm）物料（易团聚、难附着），开发柱式浮选机（利用重力与气泡逆流接触，提高分离精度）、离心浮选机（通过离心力强化气泡 - 矿物碰撞）。

针对不同行业的特殊需求，优化现有工艺或开发新应用场景：

复杂矿物分离工艺：如多金属矿（铜铅锌矿）的 “优先浮选”“混合浮选 - 分离” 工艺，低品位铁矿的 “反浮选” 工艺（抑制铁矿物、浮出脉石）；

固废资源化工艺：研究钢渣、粉煤灰、废旧电池中有价金属（如锂、钴、镍）的浮选回收工艺，实现 “变废为宝”；

环保领域工艺优化：如含油废水的溶气浮选除油工艺、印染废水的浮选脱色工艺，优化药剂用量和气泡参数以降低处理成本。

浮选技术因 “细粒分离效率高、选择性强” 的优势，已广泛应用于矿物加工、环保、化工、食品等领域，具体应用场景如下：

矿物加工是浮选最主要的应用场景，占全球浮选设备和药剂消耗量的 80% 以上，主要用于以下矿物的分离：

• 金属矿浮选：

硫化矿：如黄铜矿（铜）、方铅矿（铅）、闪锌矿（锌）、黄铁矿（硫）的分离，通过添加黄药类捕收剂、石灰（抑制黄铁矿）实现选择性上浮；

氧化矿：如赤铁矿（铁）、氧化铜矿、氧化锌矿，需先通过 “硫化”（添加硫化钠使表面生成硫化膜）再用黄药捕收，或直接使用脂肪酸类捕收剂；

贵金属矿：如金矿、银矿，常采用 “浮选 - 氰化” 联合工艺，先通过浮选将金富集为精矿，再进行氰化提金。

• 非金属矿浮选：

萤石（用于冶金、氟化工）：通过浮选去除石英杂质，常用油酸类捕收剂、水玻璃（抑制石英）；

石墨（用于电池、润滑剂）：利用石墨天然疏水性，添加起泡剂即可浮选，需抑制云母、长石等脉石；

滑石、高岭土：通过浮选提高白度和纯度，去除铁、钛等杂质。

浮选在废水处理、固废资源化中发挥重要作用，尤其适用于 “细粒污染物分离”：

• 废水处理：

含油废水（如油田、炼油厂）：采用溶气浮选，通过气泡吸附油滴上浮，添加破乳剂提高分离效率；

含重金属离子废水（如电镀、矿山）：通过 “沉淀 - 浮选” 工艺，先将重金属离子转化为硫化物或氢氧化物沉淀，再用捕收剂使沉淀附着在气泡上分离；

印染废水：利用浮选去除水中的染料颗粒和悬浮物，降低 COD（化学需氧量）。

• 固废资源化：

废旧锂电池回收：通过浮选分离正极材料（锂钴氧化物、磷酸铁锂）与负极材料（石墨），利用不同材料表面亲疏水性差异实现选择性分离；

钢渣回收：浮选回收钢渣中的铁矿物（如磁铁矿、赤铁矿），同时分离出可用于建材的硅酸盐矿物；

电子垃圾回收：浮选分离电路板中的铜、金等金属颗粒与树脂、玻璃纤维等非金属杂质。

• 化工领域：

化肥生产：浮选分离磷矿中的白云石、石英，提高磷酸生产原料的纯度；

塑料分离：废旧塑料（如 PE、PP、PVC）的浮选分离，通过调节 pH 或添加药剂改变塑料表面性质，实现不同种类塑料的分选。

• 食品领域：

食用油精炼：浮选去除油脂中的胶质、色素等杂质；

淀粉加工：浮选分离淀粉中的蛋白质、纤维，提高淀粉纯度；

果汁澄清：通过浮选去除果汁中的果肉颗粒、果胶等悬浮物，改善果汁透明度。

随着 “绿色矿山”“双碳目标” 及资源高效利用需求的提升，浮选技术正朝着以下方向发展：

绿色化：研发可生物降解的环保药剂，替代传统有毒药剂（如氰化物、重铬酸钾），减少对环境的污染；

智能化：结合 AI、物联网技术，实现浮选过程的在线监测（如品位、气泡尺寸、药剂浓度）和自动调控，提升分离稳定性和效率；

高效化：针对低品位、复杂难选矿产（如深部矿产、共伴生矿产），开发新型药剂和工艺，提高资源回收率；

多功能化：拓展浮选在新能源材料（如锂、钠资源分离）、生物医药（如细胞分离）等新兴领域的应用。

综上，浮选不仅是矿物加工的核心技术，更是支撑资源高效利用、环境保护和产业升级的关键技术，其研究和应用的深化对推动绿色工业发展具有重要意义。