楊多， 封東霞， 柏林， 張小永,2

1.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2.省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093

引 言

我國(guó)每年的工業(yè)廢水排放量巨大。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境管控的加強(qiáng)，雖然近幾年呈下降趨勢(shì)，但總體排放量依舊不可忽視，我國(guó)歷年廢水排放量見(jiàn)圖1[1]。

圖1 我國(guó)歷年廢水排放量柱狀圖Fig. 1 Histogram of wastewater discharge over the years in China

工業(yè)的高速發(fā)展在促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步的同時(shí)，也帶來(lái)了許多隱患。工業(yè)排出的廢水中往往夾雜著多種重金屬離子[2]，滲透進(jìn)土壤后，夾雜的有毒重金屬破壞了土壤的酸堿度，影響植被健康生長(zhǎng)[3]；動(dòng)物長(zhǎng)期飲用含重金屬離子的廢水，會(huì)影響自身骨骼發(fā)育及生殖健康，嚴(yán)重將引發(fā)生殖障礙，使種族數(shù)量下降[4]；且廢水的排放還會(huì)造成地下水的污染，我國(guó)約有3/4的城市供水依靠地下水供應(yīng)[5]，不同于有機(jī)污染物，重金屬離子進(jìn)入自然界后，無(wú)法生物降解，在食物鏈的作用循環(huán)下最終會(huì)進(jìn)入人體[6]，在人體內(nèi)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)、累積后會(huì)對(duì)人體健康造成極大傷害[7]，過(guò)量的鋅會(huì)引發(fā)胃痙攣和貧血等病癥[8]；鎳過(guò)量會(huì)使人產(chǎn)生腸胃不適感，嚴(yán)重可損害肺部及腎臟健康[9]。

若能有效回收廢水中的金屬離子，不僅能減輕對(duì)環(huán)境及動(dòng)植物的危害，還可以促進(jìn)水資源的循環(huán)利用，提高資源利用率[10]。目前，去除金屬離子的常規(guī)方法包括沉淀-沉降[11]、濃縮[12]、化學(xué)沉淀法[13]及離子交換法[14]、生物活性污泥法[15]、吸附法[16]、氧化還原法[17]等，但這些方法存在效率低下和成本過(guò)高等問(wèn)題。

20世紀(jì)50年代，F(xiàn)elix Sebba[18]提出使用浮選法對(duì)溶液中的離子進(jìn)行處理，離子浮選的概念首次被提出。

離子浮選是將帶有與目的離子相反電荷的表面活性劑加入到含有目的離子的溶液中，使離子與等量或過(guò)量的表面活性劑反應(yīng)形成絡(luò)合物或沉淀物等疏水性物質(zhì)，并黏附于氣泡表面從而達(dá)到對(duì)目的離子選別的一種分選方法[19]。由于離子浮選能夠在金屬離子濃度較低的條件下實(shí)現(xiàn)選別，最初常用于對(duì)溶液中的稀貴金屬離子進(jìn)行濃縮預(yù)處理[20]。隨著工業(yè)與科技的快速發(fā)展，各國(guó)對(duì)金屬資源的需求越來(lái)越大，環(huán)境保護(hù)意識(shí)也越來(lái)越強(qiáng)，離子浮選在水處理方面的優(yōu)勢(shì)凸顯，這一可在低離子濃度下進(jìn)行高效選別的工藝逐漸被應(yīng)用于其他領(lǐng)域，逐步走向工業(yè)化，使得離子浮選技術(shù)在廢水處理[21]、元素分析[22]、濕法冶金[23]和海水資源利用[24]等方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文詳細(xì)總結(jié)了金屬離子浮選的作用機(jī)理及影響因素，簡(jiǎn)要敘述了離子浮選在相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了離子浮選應(yīng)用的技術(shù)難題，指出了金屬離子浮選的發(fā)展趨勢(shì)。以期為今后離子浮選在工業(yè)中的快速發(fā)展提供思路和啟示。

1 離子浮選

1.1 離子浮選機(jī)理

離子浮選的機(jī)理分為在氣-液界面上的物理吸附[25]和化學(xué)吸附[26]兩種：物理吸附過(guò)程主要是溶液中的某種離子因帶有同種電荷互相排斥而在溶液中保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)，當(dāng)溶液中加入帶有與目的離子相反電荷的表面活性劑后，在靜電力的作用下，表面活性劑有選擇性地與目的離子結(jié)合，生成沉淀或絮凝物等難溶物質(zhì)，產(chǎn)物在表面活性劑非極性基的作用下表現(xiàn)出疏水性，易吸附在上升氣泡表面，隨著氣泡的上浮而被帶離出溶液?；瘜W(xué)吸附過(guò)程為表面活性劑進(jìn)入到溶液后，在疏水端的作用下先在氣-液界面上吸附，而后通過(guò)靜電力作用吸引位于溶液中的帶有相反電荷的目的離子，氣泡通過(guò)表面活性劑的作用攜帶目的離子上浮至溶液表面形成泡沫層，達(dá)到對(duì)目的離子的富集。當(dāng)溶液中存在多種雜質(zhì)離子時(shí)，離子之間的競(jìng)爭(zhēng)吸附不斷消耗捕收劑，對(duì)以物理吸附為主的離子浮選選別效果影響較大，因而以化學(xué)吸附為主的離子浮選具有更為理想的選別效果。以陰離子表面活性劑為例，其捕收陽(yáng)離子的兩種機(jī)理示意圖如圖2所示。

1-陽(yáng)離子;2-陰離子表面活性劑;3-疏水基;4-溶液;5-氣液界面圖2 離子浮選吸附機(jī)理示意圖Fig. 2 Schematic diagram of ion flotation adsorption mechanism

1.2 離子浮選的優(yōu)勢(shì)與技術(shù)難點(diǎn)

1.2.1 優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)浮選方法相比，離子浮選的選別對(duì)象為水溶液中的離子，而非常規(guī)浮選的固體礦粒，目的離子在藥劑作用下絡(luò)合或沉淀后，再通過(guò)氣泡富集的方式對(duì)其進(jìn)行回收，同時(shí)兼顧了離子選別與泡沫浮選，這一特點(diǎn)使其具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)離子浮選兼具了萃取及離子交換的雙重優(yōu)點(diǎn)，它既能夠富集溶液中低濃度的離子，又具有較強(qiáng)的選擇性，能夠針對(duì)目的離子進(jìn)行有效選別[27]；(2)與工業(yè)上化學(xué)沉淀法常使用的螯合劑相比較，離子浮選所用藥劑可以循環(huán)利用，對(duì)環(huán)境的污染也更小[28]；(3)不同于沉淀法[29]和電化學(xué)法[30]等需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，離子浮選反應(yīng)時(shí)間更短，選別效率更高，更適合在工業(yè)上應(yīng)用。

1.2.2 技術(shù)難點(diǎn)

由于離子浮選發(fā)展時(shí)間較短，還存在一定的問(wèn)題。實(shí)際溶液環(huán)境復(fù)雜，在目的離子與捕收劑作用的同時(shí)，溶液中其他離子也會(huì)與捕收劑吸附，因此，所消耗的藥劑實(shí)際用量要高于理論用量。捕收劑過(guò)量會(huì)導(dǎo)致以下問(wèn)題：(1)某些捕收劑疏水基之間會(huì)發(fā)生疏水締合和反向多層吸附(如圖3所示)，導(dǎo)致親水基朝外，降低了產(chǎn)物的疏水性[31]；(2)捕收劑過(guò)量往往會(huì)造成溶液中含有部分未被反應(yīng)的表面活性劑，需要添加抑制劑進(jìn)行中和，如此循環(huán)往復(fù)，導(dǎo)致藥劑用量的增加，造成藥劑浪費(fèi)；(3)捕收劑通常具有起泡性，反應(yīng)過(guò)程中容易產(chǎn)生大量堅(jiān)固的泡沫，泡沫攜帶雜質(zhì)離子及水溶液上浮，降低了選別效果，加大了后續(xù)處理的難度[32]。

圖3 表面活性劑非極性基疏水締合和反向多層吸附示意圖Fig. 3 Schematic diagram of hydrophobically association and reverse multilayer adsorption of surfactant

2 離子浮選效果的影響因素

離子浮選過(guò)程復(fù)雜，影響因素眾多，除目的離子自身電性和荷電狀態(tài)等特性影響選別效果外，其余影響離子浮選選別效果的因素還有表面活性劑、溶液酸堿度、難免離子、氣泡尺寸、充氣量和攪拌速率等。

2.1 表面活性劑

離子型捕收劑可以分為陰離子型捕收劑和陽(yáng)離子型捕收劑[33]，常用的陰離子捕收劑為脂肪酸及其鹽類，常用的陽(yáng)離子捕收劑為胺類捕收劑[34]。離子浮選多數(shù)為陰離子型表面活性劑對(duì)荷正電的金屬離子的捕收，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)目的離子的不同，所選用的捕收劑也不同，F(xiàn)atemeh Sadat Hoseinian等人[35]選用不同的捕收劑分別對(duì)廢水中的Ni2+和Zn2+進(jìn)行捕收，試驗(yàn)結(jié)果顯示在最佳條件下，乙基十六烷基二甲基溴化銨對(duì)Ni2+的回收率為88%，十二烷基硫酸鈉可回收92%的Zn2+，這表明表面活性劑具有一定的選別性，針對(duì)不同的目的離子需選取合適的表面活性劑才能進(jìn)行有效選別。

通常情況下，反應(yīng)過(guò)程中添加過(guò)量的捕收劑更利于捕收目的離子，但捕收劑用量也并非越多越好，雖然捕收劑用量增加的同時(shí)，目的離子的回收率也在增加，但隨著反應(yīng)的不斷發(fā)生，捕收劑會(huì)在與目的離子吸附的同時(shí)也與其他雜質(zhì)離子進(jìn)行反應(yīng)，造成了富集比下降，此時(shí)就需要添加適量抑制劑進(jìn)行平衡，而抑制劑一旦過(guò)量就會(huì)使目的離子也受到抑制，這樣不僅造成了惡性循環(huán)且當(dāng)捕收劑達(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)在溶液中形成膠束，此時(shí)的捕收劑濃度稱為臨界膠束濃度(CMC)[36]，膠束的產(chǎn)生會(huì)阻礙其向泡沫附著，在鎢酸鹽除鉬試驗(yàn)中，隨著捕收劑用量的增加，鉬的去除率不斷增加，但當(dāng)捕收劑與鉬的質(zhì)量比達(dá)到6.761后，再持續(xù)增加捕收劑的用量，鉬的捕收率將不會(huì)再增加[37]，這說(shuō)明當(dāng)溶液中的表面活性劑濃度增大到一定數(shù)值后，將不會(huì)再促進(jìn)反應(yīng)發(fā)生，此時(shí)若再繼續(xù)添加表面活性劑則會(huì)造成藥劑的浪費(fèi)。捕收劑的合理用量需要依靠多次試驗(yàn)來(lái)確定，無(wú)法統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，只能粗略地確定其用量的上下限，以CMC作為參考，通常以倍的CMC作為捕收劑用量的下限，以4倍的CMC作為捕收劑用量的上限。

2.2 溶液pH值

溶液pH值也會(huì)影響離子浮選指標(biāo)[38]。不同pH條件下，表面活性劑的用量及賦存狀態(tài)、目的離子在溶液中的存在形式、目的離子的荷電狀態(tài)均有不同，pH的改變不僅會(huì)影響表面活性劑對(duì)目的離子的作用效果，也會(huì)影響離子浮選最終產(chǎn)物的溶解度。戴文燦等人[39]對(duì)廣東省中山市某五金電鍍城廢水進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，在其他條件不變的情況下，不斷增大溶液的pH值，最終測(cè)得pH為8～9時(shí)，溶液中剩余的重金屬離子濃度最低，pH高于9后，溶液中重金屬離子濃度開(kāi)始出現(xiàn)增大的趨勢(shì)，這表明，部分待捕收的金屬離子對(duì)pH有一定的要求，在溶液pH超出適宜范圍后，離子浮選的產(chǎn)物存在再度被溶解而溶入溶液中的可能性；而Polat H[40]利用離子浮選法去除重金屬離子時(shí)發(fā)現(xiàn)，在pH值較低時(shí)溶液中的金屬含量可以下降74%，但增大溶液pH至堿性后，金屬離子的去除率也可達(dá)到90%，推測(cè)可能是由于在堿性條件下溶液中金屬離子形成了金屬沉淀物，導(dǎo)致了溶液中金屬離子含量的下降。郭永文等人[41]以氫氧化鈉及鹽酸為pH調(diào)整劑調(diào)節(jié)溶液pH值來(lái)選定回收廢水中Cu2+、Fe3+和Zn2+適宜的酸堿度，結(jié)果表明丁基黃藥作為捕收劑，pH為8～10時(shí)， Cu2+和Zn2+可以得到較好的回收，但Fe3+的捕收效果并不明顯，十二烷基苯磺酸鈉作為捕收劑，pH 7.5～10時(shí)，溶液中的Cu2+、Fe3+和Zn2+都可以得到較好的捕收，這說(shuō)明不同捕收劑所適宜的酸堿度也存在一定的差異。

2.3 難免離子

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，由于藥劑使用過(guò)量等原因，而使得工業(yè)廢水中含有大量金屬離子，此外在磨礦和浮選過(guò)程中，礦石的解離或微溶也會(huì)增加廢水中的離子含量。由于溶液中離子的復(fù)雜性，當(dāng)去除某種離子時(shí)，其它離子不可避免的對(duì)其造成影響，它們會(huì)與目的離子發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，消耗表面活性劑，增大藥劑用量，降低分離效率，加大浮選難度[42]。Yuan等[43]利用茶皂素(Ts)作為表面活性劑去除廢水中的鎘離子時(shí)發(fā)現(xiàn)，Ts中的羧基可與Cd2+和Pb2+等形成絡(luò)合物從而達(dá)到去除重金屬的目的，當(dāng)溶液中Ts與Cd2+的摩爾比達(dá)到21時(shí)，鉛、銅和鎘的最大去除率分別達(dá)到89.95%、81.13%和71.17%，回收效果最佳，這說(shuō)明在浮選過(guò)程中，溶液中難免離子與部分捕收劑發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，影響了反應(yīng)的進(jìn)行。但難免離子并不只起到抑制作用，也可能起到活化作用或不起作用[44]，薛玉蘭[45]等人在對(duì)廢水中Ni+浮選影響的研究中發(fā)現(xiàn)，某些陽(yáng)離子如Ca2+等能加速丁基黃原酸鎳的沉降而促進(jìn)對(duì)Ni+的選別，少量的Cu2+可促進(jìn)Ni+浮選，但當(dāng)加入過(guò)量Cu2+時(shí)，Cu2+開(kāi)始與Ni+發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，Cu2+先于Ni+與捕收劑結(jié)合生成丁基黃原酸銅從而抑制反應(yīng)發(fā)生，F(xiàn)e2+等陽(yáng)離子則會(huì)對(duì)整個(gè)浮選過(guò)程進(jìn)行抑制，而SO42-對(duì)整體試驗(yàn)效果并無(wú)明顯影響。溶液中的難免離子無(wú)法完全去除，只能盡量減少，工業(yè)上可以通過(guò)改善水質(zhì)，避免過(guò)磨來(lái)降低溶液中難免離子的含量，或利用化學(xué)藥劑去除溶液中雜質(zhì)元素，如在處理浸金液中添加適量CuSO4溶液，攪拌一段時(shí)間后溶液中的雜質(zhì)元素SO32-、Cu2+和S2O32-等含量顯著下降[46]，但該方法存在一定不足，若添加藥劑不合理，很有可能造成環(huán)境二次污染，目前還未被廣泛應(yīng)用。

2.4 其他影響因素

除上述影響因素外，還有一些其它因素如氣泡尺寸、充氣量、攪拌速率和設(shè)備類型等也同樣影響著離子的浮選行為。通常情況下，離子浮選速率受氣泡尺寸影響更大，氣泡尺寸越小，比表面積越大，能與目的產(chǎn)物發(fā)生碰撞的概率也越大，越有利于反應(yīng)發(fā)生。在浮選過(guò)程中，增大充氣量會(huì)增加浮選中的氣泡量，但過(guò)多的氣泡富集目的物時(shí)也會(huì)對(duì)其他雜質(zhì)元素進(jìn)行不同程度的回收，降低富集比， Engel MD等人[47]研究了離子浮選回收金時(shí)的一些影響因素，結(jié)果表明，降低充氣量有利于目的離子的回收，并提高浮選效率。攪拌速率同樣影響著浮選的效果，適當(dāng)進(jìn)行攪拌可增強(qiáng)藥劑與目的離子的吸附作用，減少藥劑使用量，但攪拌強(qiáng)度過(guò)大不僅會(huì)降低藥劑與目的離子產(chǎn)物在泡沫表面的吸附量，還會(huì)促使氣泡的兼并，降低回收率， Polat H等人[40]在浮選去除廢水中重金屬離子試驗(yàn)過(guò)程中，始終保持750 r/min的低轉(zhuǎn)速，即達(dá)到了促進(jìn)捕收的目的又避免了捕收率的下降。此外，浮選設(shè)備類型不同，浮選效果也有所差異[48]，離子浮選通常選用浮選柱作為浮選設(shè)備，傳統(tǒng)浮選機(jī)所產(chǎn)生的氣泡尺寸通常在600～2 500 μm，與普通浮選機(jī)相比，浮選柱產(chǎn)生的大量微泡對(duì)微細(xì)顆粒的選別更有效，更適宜處理離子浮選產(chǎn)物。

3 離子浮選的應(yīng)用

3.1 廢水處理

礦石的提取、凈化和加工過(guò)程中水量消耗巨大，產(chǎn)生了大量含污染物的廢水[48]。廢棄礦場(chǎng)、廢石堆和尾礦壩產(chǎn)生的液體廢物多數(shù)情況下呈酸性且含有大量的金屬離子，如Ni、Cu、Zn、Pb和Mn等。

離子浮選可有效地提取工業(yè)廢水中的重金屬離子，發(fā)展前景十分可觀[49]。薛玉蘭等人[50]在試驗(yàn)中利用二乙基二硫代氨基甲酸鈉作為捕收劑對(duì)廢水中的Ni2+及Co2+進(jìn)行浮選，試驗(yàn)結(jié)果表明，在pH 6～10的條件下，Ni2+和Co2+的回收率均在95%以上，取得了很好的回收效果。Mahdi Jafari等人[51]在采用離子浮選法回收礦井水中Cu2+的同時(shí)，還對(duì)水的回收率進(jìn)行了分析，在用模擬礦井水環(huán)境試驗(yàn)中，對(duì)比了陰離子捕收劑十二烷基硫酸鈉及陽(yáng)離子捕收劑十六烷基三甲基溴化銨的浮選效率，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)在pH 12時(shí)，獲得最大化的Cu2+回收率和最小的水回收率，銅和水的回收率分別為79%和24%。除傳統(tǒng)的浮選藥劑以外，近年來(lái)也出現(xiàn)了一些利用更為環(huán)保的藥劑除去重金屬的案例，生物表面活性劑屬于微生物發(fā)酵產(chǎn)物，在極端環(huán)境下也能保持很好的活性，且無(wú)毒、安全和可生物降解，但利用成本過(guò)高，目前還無(wú)法在工業(yè)中得到應(yīng)用[52]，鼠李糖脂生物表面活性劑是目前研究的較為全面的糖脂類表面活性劑，它與金屬離子的結(jié)合率較高，在離子浮選中應(yīng)用有較大的前景[53]。

傳統(tǒng)捕收劑對(duì)廢水中金屬離子具有較好的捕收效果，并且對(duì)金屬含量極低的工業(yè)廢水也有較高的金屬回收率。傳統(tǒng)捕收劑雖然廉價(jià)易得，但有一定的水溶性，易造成二次污染。一些新型捕收劑具備環(huán)保和高效等特點(diǎn)，但價(jià)格較為昂貴，限制了其應(yīng)用。因此，環(huán)保高效低成本捕收劑的研發(fā)成為重點(diǎn)研究方向。

3.2 元素含量分析

離子浮選在元素含量測(cè)定分析中常與痕量分析或原子吸收光譜法等分析方法聯(lián)合使用[54-55]。離子浮選主要用于對(duì)溶液中待測(cè)離子的預(yù)先富集，如某些痕量元素，其離子濃度極低(低于1×10-6)，選用其他方法進(jìn)行處理時(shí)，往往需要很長(zhǎng)的操作時(shí)間，且達(dá)不到所需的富集倍數(shù)，利用離子浮選對(duì)痕量元素進(jìn)行預(yù)先富集，可成功實(shí)現(xiàn)待測(cè)離子的測(cè)量，且所用試劑與傳統(tǒng)方法相比用量更少、更加安全環(huán)保[56]。陳佳磊等人[57]利用溴化十六烷基吡啶對(duì)南藥檳榔中的痕量Pb2+進(jìn)行浮選富集，富集倍數(shù)可達(dá)到9.1；李琳[58]等人以二苯胺基脲為表面活性劑富集水中鉻離子，聯(lián)合石墨爐原子吸收光譜法成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)Cr3+和Cr6+含量的測(cè)定；陳長(zhǎng)應(yīng)等人[59]利用氯化十六烷基吡啶離子浮選Pb2+，再用比色定量法測(cè)定了水中Pb2+的含量，所得試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確。

在元素分析過(guò)程中利用離子浮選對(duì)溶液中低濃度待測(cè)元素進(jìn)行預(yù)先富集，大大提高了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。離子浮選在元素含量分析領(lǐng)域具有較大應(yīng)用價(jià)值，尤其在豐富檢測(cè)物種類、多種方法聯(lián)合檢測(cè)等方面應(yīng)用前景廣闊。

3.3 濕法冶金

離子浮選對(duì)極稀溶液及對(duì)廢水的處理回收能力，使其在濕法冶金方面具有巨大發(fā)展前景，但工業(yè)上的濕法冶金與實(shí)驗(yàn)室的金屬分離是存在一定差異的，所以濕法冶金領(lǐng)域關(guān)于離子浮選的應(yīng)用目前還屬于初期試驗(yàn)階段。濕法冶金工藝要求能夠在短時(shí)間內(nèi)處理大量廢液[60]，因此離子浮選在濕法冶金中可被應(yīng)用于雜質(zhì)的去除，工業(yè)中常用的濕法煉鋅工藝在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生許多廢渣，這些廢渣中常常含有鉛和銀等有價(jià)金屬[61]，若將廢渣直接排放勢(shì)必會(huì)造成資源的浪費(fèi)和環(huán)境污染，可利用離子浮選技術(shù)對(duì)廢渣進(jìn)行處理，回收廢渣中有用金屬，提高資源利用率。戴文燦等人[39]對(duì)含Cr2+和Cu2+等重金屬離子的電鍍水用離子浮選法處理，處理后的廢水中重金屬離子含量大幅下降，有效避免了濕法冶金過(guò)程中資源的浪費(fèi)?；魪V生[62]采用離子浮選法解決鎢冶煉過(guò)程中鎢鉬分離的問(wèn)題，用十六烷基三甲基溴化銨捕收硫化后的含鉬(NH4)2WO4或Na2WO4，可捕收94%以上的Mo，除鉬效果良好。

目前，離子浮選在濕法冶金中的應(yīng)用仍停留在試驗(yàn)階段，但在廢水處理和離子提取等方面的優(yōu)良表現(xiàn)，可以通過(guò)選冶聯(lián)合工藝優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，打破傳統(tǒng)枷鎖，促進(jìn)離子浮選在濕法冶金中的發(fā)展應(yīng)用。

3.4 海水資源利用

海洋約占地球總面積的2/3[63]，涵蓋了地球中的絕大部分元素，海水中的礦物質(zhì)含量約為3 570×105t/km3[64]，由于溶解度的差異，各元素在海水中的含量并不一致，如鈉在海水中的含量可達(dá)10 770 mg/L，鎂為1 290 mg/L，而鈾只有3×10-3mg/L，銀只有4×10-5mg/L，許多有價(jià)元素在海水中的含量是很低的，但由于海洋資源豐富，對(duì)其進(jìn)行富集后所得的各元素含量還是很可觀的。早在20個(gè)世紀(jì)60年代，許多國(guó)家就已注意到了海洋資源的巨大潛力，近年來(lái)，隨著陸地資源的不斷枯竭，海洋資源的開(kāi)發(fā)利用備受矚目，離子浮選能夠在低離子濃度下進(jìn)行富集的特點(diǎn)，使其在海水資源利用中有著顯著優(yōu)勢(shì)。20世紀(jì)70年代末，日本科學(xué)家芝田隼次等人[24]采用離子浮選法從海水中分離富集鈾，研究表明，在酸性條件下，可利用二羧酸鹽分離海水中的鈾酰陽(yáng)離子，在pH 5時(shí)，可得93%的鈾回收率，效果良好，前景可觀。唐林生等人[65]采用離子浮選法直接將銅、鎳和鈷從海洋錳結(jié)核中完全分離出來(lái)，大大減少了后續(xù)作業(yè)，提高了浮選藥劑再生效率。

目前，世界礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)已逐漸從陸地走向深海，而海水作為可利用資源的一部分，含有大量稀貴金屬元素，其資源化利用備受關(guān)注。而離子浮選能夠在極低濃度下有效富集目的離子，體現(xiàn)出其在海水綜合利用方面的優(yōu)勢(shì)。但海水體系復(fù)雜，缺少具有選擇性強(qiáng)和選別效率高的離子表面活性劑，仍需大量科研探索來(lái)實(shí)現(xiàn)離子浮選在海水資源化中的高效應(yīng)用。

4 結(jié)論

隨著選礦技術(shù)的快速發(fā)展，離子浮選技術(shù)作為回收溶液中離子的有效方法備受關(guān)注。離子浮選通過(guò)向浮選體系中加入表面活化劑與目的離子在氣-液界面上發(fā)生物理吸附或化學(xué)吸附，然后由泡沫浮選得到分離，該法具有選別效率高、環(huán)保、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，浮選效果主要受表面活性劑種類、溶液pH值和難免離子等因素影響。目前離子浮選在廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，不僅可以凈化水質(zhì)，同時(shí)還可以回收廢水中的金屬離子。在微量元素的含量分析、濕法冶金和海水資源化領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于實(shí)驗(yàn)室理論研究階段，具有較大的研究空間。未來(lái)離子浮選技術(shù)研究仍需要注意以下幾點(diǎn)：

(1)目前離子浮選技術(shù)研究仍在理想浮選體系下進(jìn)行，對(duì)于含多種離子或復(fù)雜體系下離子浮選研究較少，缺乏實(shí)用性。

(2)離子浮選表面活化劑種類較少，且選擇性不強(qiáng)，成本高。在多金屬離子或復(fù)雜體系下浮選得到的泡沫中夾雜多種離子，后續(xù)離子分離困難，需研發(fā)針對(duì)目的離子選擇性強(qiáng)的表面活性劑，力求低成本和綠色環(huán)保。

(3)離子浮選雖然在許多領(lǐng)域已有應(yīng)用，但影響選別效果的因素難以控制，很難完全投入到工業(yè)生產(chǎn)中，可以將離子浮選技術(shù)與其他選別技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)來(lái)彌補(bǔ)單一離子浮選技術(shù)的不足。

(4)對(duì)離子浮選產(chǎn)物的處理研究較少，仍需進(jìn)行深入理論研究，開(kāi)發(fā)更精細(xì)化、高端化和高附加值的綜合應(yīng)用新途徑。