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新型螯合捕收剂苄基丙二酸的合成及其矿物浮选性能研究

一、引言

（一）浮选药剂研究背景与意义

在矿物加工领域，浮选药剂占据着核心地位，是实现矿物有效分离与富集的关键要素。其重要性不仅体现在提升选矿效率、降低生产成本上，更与资源的可持续利用和环境保护紧密相连。随着全球经济的快速发展，对各类矿产资源的需求持续攀升，然而，易选矿石资源逐渐减少，难选矿物，特别是多金属共生矿的处理难度日益增大。这类矿石中多种金属相互伴生，成分复杂，传统的选矿方法难以实现高效分离。例如，在处理铜铅锌多金属共生矿时，由于铜、铅、锌矿物的可浮性相近，如何选择性地捕收目标矿物成为选矿过程中的一大挑战。同时，随着环保意识的增强和相关法规的日益严格，对选矿过程中产生的废水、废渣等污染物的排放要求也越来越高，这就迫切需要开发新型高效、低毒且环保的浮选药剂，以推动绿色选矿工艺的发展。

自20世纪90年代以来，随着多金属共生矿处理难度的增加以及环保要求的不断提升，新型高效、低毒捕收剂的研发成为了矿物加工领域的研究热点。传统的捕收剂，如黄药类、黑药类等，虽然在一定程度上能够实现矿物的捕收，但存在选择性差、对环境影响较大等问题。而二元羧酸类化合物作为一类新型的捕收剂，因其兼具配位能力与疏水结构，在螯合捕收剂设计中展现出了巨大的潜力。这类化合物能够与金属离子形成稳定的络合物，从而增强对矿物的捕收能力，同时其疏水结构又有助于矿物在气泡表面的附着，提高浮选效率。

（二）苄基丙二酸的分子特性与研究目标

苄基丙二酸（CAS:616-75-1）作为二元羧酸类化合物的典型代表，具有独特的分子结构和优异的性能。其分子结构中含有两个强螯合性的羧基，这两个羧基能够与金属离子发生配位作用，形成稳定的化学键。以赤铁矿为例，苄基丙二酸的羧基可以与赤铁矿表面的铁离子形成络合物，从而实现对赤铁矿的有效捕收。同时，分子中的苯环基团具有很强的疏水作用，能够增加矿物表面的疏水性，使其更容易附着在气泡上，实现浮选分离。这种双羧基与苯环基团的协同作用，为苄基丙二酸的捕收性能提供了坚实的理论基础。

本文围绕苄基丙二酸展开了一系列深入研究，旨在全面探究其合成工艺、捕收性能及作用机理。在合成工艺方面，通过对反应条件、原料配比等因素的优化，提高苄基丙二酸的合成产率和纯度，降低生产成本，为其工业化应用奠定基础。在捕收性能评价上，系统研究苄基丙二酸对方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、赤铁矿、石英、菱锌矿等多种矿物的捕收效果，明确其适用范围和最佳作用条件，为实际选矿生产提供科学依据。此外，深入解析苄基丙二酸与矿物表面的作用机理，从分子层面揭示其捕收过程，为新型高效捕收剂的分子设计提供理论指导。通过这一系列研究，期望能够开发出基于苄基丙二酸的新型高效捕收剂，推动矿物加工行业的技术进步，实现矿产资源的高效利用和可持续发展。

二、苄基丙二酸的合成工艺研究

（一）合成路线设计与反应原理

本研究设计了以苄基氯与丙二酸二乙酯为原料，通过两步反应合成苄基丙二酸的路线，主要基于亲核取代与酯水解反应的原理。

亲核取代反应是整个合成路线的第一步，在乙醇钠的催化作用下，苄基氯与丙二酸二乙酯发生典型的SN2反应。乙醇钠作为强碱，能够使丙二酸二乙酯的亚甲基氢质子离去，形成碳负离子，该碳负离子具有很强的亲核性。而苄基氯中的氯原子是一个良好的离去基团，在碳负离子的进攻下，氯原子带着一对电子离去，从而生成苄基丙二酸二乙酯。这一反应过程可以用以下反应式清晰地表示：

\text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\text{Cl}+\text{CH}_2(\text{COOC}_2\text{H}_5)_2\xrightarrow{\text{NaOEt}}\text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\text{CH}(\text{COOC}_2\text{H}_5)_2+\text{NaCl}

在这个反应中，反应条件的控制至关重要。乙醇钠的用量需要精确控制，用量过少，无法充分催化反应，导致反应速率缓慢，产率降低；用量过多，则可能引发副反应，影响产物的纯度。同时，反应体系的无水环境也是保证反应顺利进行的关键因素，因为水会与乙醇钠发生反应，消耗催化剂，进而影响反应进程。

生成苄基丙二酸二乙酯后，接着进行碱性水解反应。将苄基丙二酸二乙酯置于强碱（如NaOH）的水溶液中，酯基会发生水解反应。在碱性条件下，氢氧根离子进攻酯基中的羰基碳，形成一个四面体中间体，随后中间体发生重排，烷氧基离去，生成羧酸盐。具体反应式如下：

\text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\text{CH}(\text{COOC}_2\text{H}_5)_2+2\text{NaOH}\xrightarrow{\text{H}