创新点

浮选是战略性矿产分离富集的最重要方法，浮选药剂是强化其分离的关键核心。论文围绕“定向、数智、绿色、高效”4个关键特征，系统梳理了战略性矿产浮选药剂分子创智与功能强化的研究进展与未来趋势。“定向”方面，聚焦于药剂与矿物表面之间的界面作用机制，基于单分子力谱、分子对接等前沿方法实现了药剂在目标矿物表面的精准识别与选择性吸附；“数智”方面，基于量子化学计算、机器学习等现代技术，初步构建了药剂结构与性能之间的定量映射关系，突破传统经验试错法局限，实现药剂的高通量筛选与性能预测；“绿色”方面，开始关注药剂环境友好性与可持续性，通过分子结构优化、生物基原料开发绿色药剂，引领矿产资源开发向绿色低碳转型发展；“高效”方面，基于多功能协同组合用药实现复杂难选矿分离过程强化。未来浮选药剂研发应着力于构建多维度数据驱动的设计体系，融合分子模拟、人工智能、绿色合成等先进技术，实现浮选药剂“定向识别-智能预测-绿色合成-高效应用”的闭环。

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战略性矿产浮选药剂分子创智与功能强化研究进展

作者：张德轲^1,2,3, 李金勇^1,2,3, 夏阳超^1,2, 邢耀文^1,2,4, 桂夏辉^1,2

单位：1. 中国矿业大学 炼焦煤资源绿色开发全国重点实验室; 2. 中国矿业大学 国家煤加工与洁净化工程技术研究中心; 3. 中国矿业大学 化工学院; 4. 深地科学与工程云龙湖实验室

引用格式：

张德轲，李金勇，夏阳超，等. 战略性矿产浮选药剂分子创智与功能强化研究进展[J]. 绿色矿山，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

战略性矿产资源在支撑国家能源安全、保障关键产业稳定方面发挥着不可替代的作用。当前，我国面临大宗矿产资源高消耗与新兴矿产资源需求激增的双重挑战，急需提升战略性矿产资源的利用效率与分选精度。浮选作为重要的分离方法，广泛应用于战略性矿产的分离富集，浮选药剂作为调控矿物表面性质的核心手段直接决定了浮选效率与产品质量。围绕“定向、数智、绿色、高效”4个关键特性，系统梳理了战略性矿产浮选药剂在分子创智与功能强化方面的研究进展与未来趋势。在“定向”方面，研究聚焦于药剂与矿物表面之间的界面作用机制。通过单分子力谱技术与分子对接方法，实现药剂在目标矿物表面的精准识别与选择性吸附。在“数智”方面，基于量子化学计算、机器学习等现代技术，构建了药剂结构与性能之间的映射关系，突破传统经验法与试错法的局限，实现药剂的高通量筛选与性能预测，大幅提升研发效率。在“绿色”方面，关注药剂的环境友好性与可持续性，通过分子结构优化、生物质基材料替代以及废弃资源再利用开发绿色捕收剂的研究进展，不仅降低了对环境与人体的毒性风险，也体现了矿产资源开发向绿色低碳转型的发展方向。在“高效”方面，评述了新型多功能药剂在复杂体系中的应用，不仅在选择性、捕收能力方面显著优于传统药剂，兼顾低用量和低成本，显著提升了浮选效率并实现了高经济性。未来浮选药剂的研发应着力于构建多维度数据驱动的设计体系，融合分子模拟、人工智能、绿色合成等先进技术，实现浮选药剂“定向识别−智能预测−绿色合成−高效应用”的闭环。

部分图片

图1 AFM测试技术的发展

图2 AFM探针的修饰与表征

图3 AFM单分子力谱技术在矿物浮选研究中的应用

图4 AFM单分子力谱在亲/疏水表面的微观表征

图5 分子对接技术的应用

图6 分子对接技术在煤泥浮选中的应用与机理剖析^[43]

图7 浮选药剂及QSAR研究的发展

图8 计算化学在浮选药剂设计中的应用

图9 基于3D-QSAR模型的浮选药剂分子设计

图10 基于机器学习的浮选药剂筛选与设计

图11 绿色环保型捕收剂的设计与应用

图12 利用废弃油脂开发环境友好型浮选药剂

图13 三元复配捕收剂强化低品质煤浮选的作用机理剖析

图14 分子创智与功能强化研究思路

第一作者

张德轲，中国矿业大学炼焦煤资源绿色开发全国重点实验室矿物加工工程专业博士研究生，导师刘炯天院士、邢耀文教授。主要从事战略性矿产浮选药剂数智设计与功能强化研究。近两年共发表学术论文16篇，以第一作者/通讯作者在Minerals Engineering、Colloids and Surfaces A-Physicochemical and Engineering Aspects 等期刊发表SCI论文6篇；入选2025年度中国科协青年科技人才培育工程博士生专项计划，德国马普高分子研究所短期联合培养博士；获校级学业一等奖学金；兼任International Journal of Coal Preparation and Utilization学术期刊审稿人。

通讯作者

桂夏辉，研究员，博士生导师，国家杰青、国家重点计划研发首席，现任中国矿业大学党委教师工作部部长、人力资源部部长，兼任中国矿业大学炼焦煤资源绿色开发全国重点实验室主任。主要从事非常规战略性矿产浮选过程强化与煤系关键金属协同分离提取研究。先后主持或完成国家重点研发计划项目、国家自然科学基金（8项）、江苏省攀登、江苏省杰青等项目。研究成果入选Science—2020年中国高校科研十大突破性成果，获江苏省专利发明人奖、教育部科技进步一等奖、河南省科技进步一等奖、山东省科技进步一等奖、中国煤炭工业科学技术一等奖等省部级/行业协会科技奖励9项。获授权发明专利120余件。任《选煤技术》期刊主编，第一/通讯作者发表SCI、EI论文140余篇。获霍英东青年教师奖（二等奖）、江苏省青年科技奖暨“江苏省十大青年科技之星”、全国煤炭青年五四奖章、孙越崎青年科技奖。

团队简介

团队聚焦国家战略性矿产资源安全重大战略，开展战略性矿产分离过程强化基础理论与前沿技术研究。先后承担国家重点研发计划、国家自然科学科学基金杰出青年基金、国家自然科学科学基金优秀青年基金、国家自然科学科学基金原创探索计划、国家自然科学科学基金国际合作重点等项目。分离富集方向，提出了“浮选力学说”学术观点，发明了以精密测试与先进算法为核心的跨尺度力学表征方法，形成了包括力作用原理-力调制方法-力强化技术在内的浮选力学研究体系；关键金属提取方向，提出了赋存相预富集与定向诱导活化学术思路，聚焦多段梯度汇聚超常富集-惰性组分化学解构强化浸出，构建了煤系关键金属协同分离提取理论与技术研究体系。

编辑丨李莎

审核丨常明然

煤炭科学研究总院期刊出版公司拥有科技期刊21种。其中，SCI收录1种，Ei收录5种、CSCD收录6种、Scopus收录8种、中文核心期刊9种、中国科技核心期刊11种、中国科技期刊卓越行动计划入选期刊4种，是煤炭行业最重要的科技窗口与学术交流阵地，也是行业最大最权威的期刊集群。

期刊简介

为深入贯彻习近平生态文明思想，践行“绿水青山就是金山银山”理念，搭建绿色矿山建设领域高端学术交流平台，2023年5月，经国家新闻出版署批准，由中国煤炭科工集团主管、煤炭科学研究总院有限公司主办的中文科技期刊——《绿色矿山》（Journal of Green Mine）应运而生。《绿色矿山》为季刊，国内统一连续出版物号为：CN10-1912/TD，ISSN号：2097-3357，由《绿色矿山》编辑部负责策划、出版、发行。

刊登范围

绿色勘查、绿色开采、矿山地下空间利用、绿色选冶、矿山环境保护、低碳技术及节能减排、数字矿业、绿色低碳经济政策与评价等。

期刊主页

http://www.lsks.org.cn

投稿网址

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联系：常明然

电话： 010-87986452

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