創(chuàng)新點

浮選是戰(zhàn)略性礦產分離富集的最重要方法，浮選藥劑是強化其分離的關鍵核心。論文圍繞“定向、數(shù)智、綠色、高效”4個關鍵特征，系統(tǒng)梳理了戰(zhàn)略性礦產浮選藥劑分子創(chuàng)智與功能強化的研究進展與未來趨勢?！岸ㄏ颉狈矫妫劢褂谒巹┡c礦物表面之間的界面作用機制，基于單分子力譜、分子對接等前沿方法實現(xiàn)了藥劑在目標礦物表面的精準識別與選擇性吸附；“數(shù)智”方面，基于量子化學計算、機器學習等現(xiàn)代技術，初步構建了藥劑結構與性能之間的定量映射關系，突破傳統(tǒng)經驗試錯法局限，實現(xiàn)藥劑的高通量篩選與性能預測；“綠色”方面，開始關注藥劑環(huán)境友好性與可持續(xù)性，通過分子結構優(yōu)化、生物基原料開發(fā)綠色藥劑，引領礦產資源開發(fā)向綠色低碳轉型發(fā)展；“高效”方面，基于多功能協(xié)同組合用藥實現(xiàn)復雜難選礦分離過程強化。未來浮選藥劑研發(fā)應著力于構建多維度數(shù)據(jù)驅動的設計體系，融合分子模擬、人工智能、綠色合成等先進技術，實現(xiàn)浮選藥劑“定向識別-智能預測-綠色合成-高效應用”的閉環(huán)。

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戰(zhàn)略性礦產浮選藥劑分子創(chuàng)智與功能強化研究進展

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 煉焦煤資源綠色開發(fā)全國重點實驗室; 2. 中國礦業(yè)大學 國家煤加工與潔凈化工程技術研究中心; 3. 中國礦業(yè)大學 化工學院; 4. 深地科學與工程云龍湖實驗室

引用格式：

張德軻，李金勇，夏陽超，等. 戰(zhàn)略性礦產浮選藥劑分子創(chuàng)智與功能強化研究進展[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)略性礦產資源在支撐國家能源安全、保障關鍵產業(yè)穩(wěn)定方面發(fā)揮著不可替代的作用。當前，我國面臨大宗礦產資源高消耗與新興礦產資源需求激增的雙重挑戰(zhàn)，急需提升戰(zhàn)略性礦產資源的利用效率與分選精度。浮選作為重要的分離方法，廣泛應用于戰(zhàn)略性礦產的分離富集，浮選藥劑作為調控礦物表面性質的核心手段直接決定了浮選效率與產品質量。圍繞“定向、數(shù)智、綠色、高效”4個關鍵特性，系統(tǒng)梳理了戰(zhàn)略性礦產浮選藥劑在分子創(chuàng)智與功能強化方面的研究進展與未來趨勢。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制。通過單分子力譜技術與分子對接方法，實現(xiàn)藥劑在目標礦物表面的精準識別與選擇性吸附。在“數(shù)智”方面，基于量子化學計算、機器學習等現(xiàn)代技術，構建了藥劑結構與性能之間的映射關系，突破傳統(tǒng)經驗法與試錯法的局限，實現(xiàn)藥劑的高通量篩選與性能預測，大幅提升研發(fā)效率。在“綠色”方面，關注藥劑的環(huán)境友好性與可持續(xù)性，通過分子結構優(yōu)化、生物質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展，不僅降低了對環(huán)境與人體的毒性風險，也體現(xiàn)了礦產資源開發(fā)向綠色低碳轉型的發(fā)展方向。在“高效”方面，評述了新型多功能藥劑在復雜體系中的應用，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現(xiàn)了高經濟性。未來浮選藥劑的研發(fā)應著力于構建多維度數(shù)據(jù)驅動的設計體系，融合分子模擬、人工智能、綠色合成等先進技術，實現(xiàn)浮選藥劑“定向識別?智能預測?綠色合成?高效應用”的閉環(huán)。

部分圖片

圖1 AFM測試技術的發(fā)展

圖2 AFM探針的修飾與表征

圖3 AFM單分子力譜技術在礦物浮選研究中的應用

圖4 AFM單分子力譜在親/疏水表面的微觀表征

圖5 分子對接技術的應用

圖6 分子對接技術在煤泥浮選中的應用與機理剖析^[43]

圖7 浮選藥劑及QSAR研究的發(fā)展

圖8 計算化學在浮選藥劑設計中的應用

圖9 基于3D-QSAR模型的浮選藥劑分子設計

圖10 基于機器學習的浮選藥劑篩選與設計

圖11 綠色環(huán)保型捕收劑的設計與應用

圖12 利用廢棄油脂開發(fā)環(huán)境友好型浮選藥劑

圖13 三元復配捕收劑強化低品質煤浮選的作用機理剖析

圖14 分子創(chuàng)智與功能強化研究思路

第一作者

張德軻，中國礦業(yè)大學煉焦煤資源綠色開發(fā)全國重點實驗室礦物加工工程專業(yè)博士研究生，導師劉炯天院士、邢耀文教授。主要從事戰(zhàn)略性礦產浮選藥劑數(shù)智設計與功能強化研究。近兩年共發(fā)表學術論文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計劃，德國馬普高分子研究所短期聯(lián)合培養(yǎng)博士；獲校級學業(yè)一等獎學金；兼任International Journal of Coal Preparation and Utilization學術期刊審稿人。

通訊作者

桂夏輝，研究員，博士生導師，國家杰青、國家重點計劃研發(fā)首席，現(xiàn)任中國礦業(yè)大學黨委教師工作部部長、人力資源部部長，兼任中國礦業(yè)大學煉焦煤資源綠色開發(fā)全國重點實驗室主任。主要從事非常規(guī)戰(zhàn)略性礦產浮選過程強化與煤系關鍵金屬協(xié)同分離提取研究。先后主持或完成國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金（8項）、江蘇省攀登、江蘇省杰青等項目。研究成果入選Science—2020年中國高?？蒲惺笸黄菩猿晒?，獲江蘇省專利發(fā)明人獎、教育部科技進步一等獎、河南省科技進步一等獎、山東省科技進步一等獎、中國煤炭工業(yè)科學技術一等獎等省部級/行業(yè)協(xié)會科技獎勵9項。獲授權發(fā)明專利120余件。任《選煤技術》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（二等獎）、江蘇省青年科技獎暨“江蘇省十大青年科技之星”、全國煤炭青年五四獎章、孫越崎青年科技獎。

團隊簡介

團隊聚焦國家戰(zhàn)略性礦產資源安全重大戰(zhàn)略，開展戰(zhàn)略性礦產分離過程強化基礎理論與前沿技術研究。先后承擔國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學科學基金杰出青年基金、國家自然科學科學基金優(yōu)秀青年基金、國家自然科學科學基金原創(chuàng)探索計劃、國家自然科學科學基金國際合作重點等項目。分離富集方向，提出了“浮選力學說”學術觀點，發(fā)明了以精密測試與先進算法為核心的跨尺度力學表征方法，形成了包括力作用原理-力調制方法-力強化技術在內的浮選力學研究體系；關鍵金屬提取方向，提出了賦存相預富集與定向誘導活化學術思路，聚焦多段梯度匯聚超常富集-惰性組分化學解構強化浸出，構建了煤系關鍵金屬協(xié)同分離提取理論與技術研究體系。

編輯丨李莎

審核丨常明然

煤炭科學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計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學術交流陣地，也是行業(yè)最大最權威的期刊集群。

期刊簡介

為深入貫徹習近平生態(tài)文明思想，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，搭建綠色礦山建設領域高端學術交流平臺，2023年5月，經國家新聞出版署批準，由中國煤炭科工集團主管、煤炭科學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）應運而生?！毒G色礦山》為季刊，國內統(tǒng)一連續(xù)出版物號為：CN10-1912/TD，ISSN號：2097-3357，由《綠色礦山》編輯部負責策劃、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、低碳技術及節(jié)能減排、數(shù)字礦業(yè)、綠色低碳經濟政策與評價等。

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

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