8种新型捕收剂产品，13项授权发明专利，40余篇SCI、EI论文……依托“硫化矿新型高效捕收剂的合成技术与浮选应用”项目，我校化学化工学院钟宏团队荣获2013年国家技术发明二等奖。

“一个药剂从设计到合成，再到最终的应用推广，没有个三五年下不来。”选矿药剂研发工作周期长、环节繁琐，一名科研人员毕生能发明出两三种可以普及应用的药剂已属不易。15年来，钟宏及其团队成员刘广义、覃文庆、王帅、蒋玉仁和曹占芳等人，从设计、合成、结构表征、性能测试到药剂的合成中试、产业化与浮选应用，进行了硫化矿新型高效捕收剂研发的系统创新，在国内外形成了一定影响力。

一个实际问题的切入

“捕收剂可以通过物理化学作用，实现矿物颗粒表面疏水化，然后借助于气泡将需要的矿物颗粒‘捕捉’到水面。”此次钟宏团队发明的全新的烃氧羰基硫氨酯等浮选捕收剂，能够显著增强“捕收”的效率、选择性，同时对环境的污染大大降低。

发明起源于他们遇到的选矿生产中的一个实际问题。1999年，江西德兴铜矿派人找到钟宏，请他帮助攻克一个技术难题。原来，德兴铜矿新遇到一个高氧化率的矿区，生产指标出现了大幅下降。钟宏分析：正是由于国内矿物高氧化率引起的矿物种类多、伴生组分复杂等情况，对浮选药剂的性能提出了更高的要求。

传统的看法是，药剂捕收能力与选择性是一对矛盾，提高了捕收能力，选择性必然降低。钟宏团队希望挑战传统的药剂设计方法。事实上，我国矿产资源具有“贫、细、杂”的特点，低品位复杂难选矿石所占比例高达80%，90%以上的有色金属矿为共伴生矿，江西德兴铜矿遇到的这个问题在当时国内已渐趋普遍。钟宏团队敏锐地觉察到，研究同时具有强捕收能力与高选择性的新型药剂“势在必行”。

20世纪末，计算机技术的快速发展促进了量子化学计算的跨越性进步，这对他们是一个有利的契机。通过分子设计，钟宏团队对硫氨酯、硫脲等产品进行了结构优化，同时在合成、应用等环节上也进行了技术创新，于是烃氧羰基硫氨酯和烃氧羰基硫脲在实验室“问世”了。

相比以往的药剂，新药剂既能提高主金属铜的回收率，又可更有针对性地浮选稀贵金属。传统黄药等捕收剂在硫化矿浮选中“眉毛胡子一把抓”，而烃氧羰基硫氨酯和烃氧羰基硫脲“就像专噬癌细胞的药物一样，对目标金属具有靶向性的作用能力”，可以从金属“大杂烩”中分离出更有价值的铜、金、银等“软”金属，伴生稀贵金属的回收率因此显著提高。

钟宏介绍，环保性也是新药剂的一大亮点。一方面，在药剂生产上采用相转移催化合成技术和“一锅法”生产工艺，有效地提高了反应效率，实现了水的循环利用。另一方面，药剂捕收能力强了，使用时所需要的药剂量自然降低了。新药剂的使用使浮选药剂的总用量减少了2/3，每年减少石灰等浮选药剂消耗2万吨，这就减少了药剂本身对环境的污染，同时也更节约经济成本。

钟宏团队的新产品逐渐受到了国内外同行的认可，在一些性能方面，甚至超越了国外其它产品。这当中有一个很有意思的“插曲”。2008年，北秘鲁铜矿委托智利一家知名的国际矿物服务公司进行可选性试验，提出了一项使用氰化物的铜硫分选工艺，由于氰化物剧毒，环保评价难以通过。该公司特意邀请钟宏团队过去指导。到达智利公司的第一天，当钟宏告诉他们使用新型捕收剂不需要使用氰化钠时，外国同行们都将信将疑。三天后，第一批验证试验结果出来，看到未添加氰化钠的新药剂在铜硫分离指标上更具优势时，外国同行们才纷纷竖起了大拇指。

攻坚克难十五载

随着全新产品出现的是一系列新挑战、新难题。产品完成了实验室性能评价，进入到中试试验阶段，钟宏团队当时因条件所限，面临着无试验场地、无试验设备的窘境，但中试需要的几十吨药剂必须按时到位。钟宏团队到处打听，好不容易借到了岳麓山边上的一处试验基地，进行了中试设备的组装、平台搭建。山路崎岖难行，他们靠人工搬运原材料，两班倒连续进行产品生产、性能测试和分析，常常半夜两三点钟才会走出实验室。团队成员刘广义说：“这是团队遇到的最难的时候了，可是我们当时无暇去想，钟宏教授带领我们一如既往，为的是做出点东西来。”

药剂进入矿区进行工业试验评价，也会遇到一些意想不到的情况。2002年夏天，钟宏、刘广义等人携第一代产品跑到江西德兴铜矿一家日处理上万吨矿石的选矿厂，准备进行药剂的工程试用。这是新产品的第一次“亮相”，对于钟宏来说，就像等待孩子新生一样，他迫不及待地等着检验药效。当天，厂方暂停了常规捕收剂黄药的使用，注入了钟宏团队发明的新药剂。药剂沿着长长的管道流入到选矿槽中，开始与矿粒发生化学作用。起初，试验进展非常顺利，无数小气泡缓缓浮起，夹带着矿粒聚集到选矿槽表面，形成一层与水边界明显的矿物泡沫层。不料，小气泡转眼间渐渐消失，槽子中仿佛变成了“一锅稀粥”。目睹此情此景，大家神情愕然。

“虽然实验与工程经验告诉我们，不同药剂的更替施加，存在一个药剂作用的切换过程。但是这次显然超出了我们的预料。”厂方仅仅给了他们3个小时，不成功就要终止试验，在场的人员都焦急万分。钟宏却并未慌神，他立地分析、思索，认定经过一段时间，状况就会发生好转。两个小时后，现场人员发现，错落有致的泡沫又进入了大家的视线，绵绵不断，这一次再也没有消失，新药剂正常发挥作用了。

随着高氧化率、多金属、低品位矿等难选矿与复杂矿日趋增多，钟宏团队想到，能否以原来的单官能团的药剂为基础，探索研发捕收能力更强的双配体捕收剂，“一个官能团好像是一个勺子，两个官能团就是一把钳子，能够牢牢地夹住矿粒。”但是，实验伊始，新药剂的合成效率远远低于单官能团药剂，浮选性能也没有预想的好。钟宏意识到直接套用原来的方法不一定适用，那么问题在哪？

“可能性只有两个，要么是药剂结构问题，要么就是实验条件的问题”，钟宏和王帅等人一起，将催化剂、反应时间、反应温度、反应物配比以及有机溶剂等可能影响合成效果的因素逐一筛了一遍。最后，他们的估计得到了验证：短碳链的双官能团药剂合成的过程中，容易形成环状副产物，降低了反应效率。“对症就能下药”了，通过碳链结构调整和合成条件优化，减少副反应的发生，双配体捕收剂终于可以顺利合成。王帅回忆道：“寻找原因的过程中差点失去信心，钟老师鼓励我耐心坚持下去”。他们还通过量子化学计算和硫化矿浮选实验，进一步优化了捕收剂的分子结构，让药剂浮选性能得到了完善。在完成项目的15年里，类似的问题是层出不穷，但大家总是充满信心、逐个克服。

“不同的矿区形成条件不同，矿物赋存状态不同，即使同一种矿石，也会有不同的晶体结构，这就需要我们研发不同的药剂”。钟宏团队以烃氧羰基硫氨酯、烃氧羰基硫脲为基础，又逐步衍变设计出6类结构不同的新药剂。药剂品种的丰富，使他们能够更方便地“对症下药”。经过十几年的耕耘，团队在选矿与冶金药剂的分子设计、绿色合成以及矿物高效分离技术方面已形成有特色的研究体系。

谈起自己做科研的体会，钟宏说到：“作为一名工程技术研究人员，首先要考虑国家需求和市场导向，并结合自身的专长，明确研究方向，然后坚持不懈地潜心钻研下去，才能取得成果。”这也许正是钟宏团队能十几年如一日地坚守并取得新突破的法宝。

对于未来，钟宏团队有两个目标：一是在现有硫化矿捕收剂研究基础上，完善设计理论，开发出更多的新药剂；二是针对非硫化矿捕收剂研究领域，探索新方法，建立起新的浮选药剂设计与合成技术体系。目前，涉及该领域的国家863计划课题“非硫化矿选矿药剂的靶向分子设计及绿色制备技术”正在有条不紊开展，对钟宏团队来说，“要做的工作还很多”。