矿山起泡剂成份测定及自然降解性能研究

黄 浩

（广东省矿产应用研究所，广东 韶关 512026）

矿山的开发使用了大量的化学药剂，主要包括捕收剂、起泡剂、抑制剂、絮凝剂、萃取剂、萃取用基质改善剂与稀释剂等，品种已达几百种［1-2］。其中起泡剂以松醇油为主，松醇油是以松节油为原料生产的萜烯醇类有机化合物，该物质极难生物降解，对环境造成长期的累积性污染［3-5］。

通过对广西某矿山所用起泡剂（GX）的化学成分进行测定和分析，研究该起泡剂对水体COD的贡献和影响，分析其在不同条件下（pH，初始浓度、温度、曝气、紫外线）的自然降解性能，研究结果为筛选出环保型起泡剂提高科学根据。

1 实验材料与方法

1.1 GX起泡剂成份及结构测定

利用大型仪器GC-MS对起泡剂进行全组份分析测定，测定步骤：①先移取300μL起泡剂到样品瓶中，再移取600μL色谱纯丙酮试剂到样品瓶中，震荡均匀；②将样品瓶放入气质联用仪取样盘，并测量。

GC-MS分析的仪器条件为：色谱柱型号HP-5MS，规格325 ℃，30m×250μm×0.25μm；离子源230 ℃，MS四极杆150 ℃；样品进样量0.1μL，进样前后设置进样器溶剂清洗，分流比100∶1，载气He气。 色谱柱采用程序升温，70℃保持1min，以5℃/min升至200℃保持1min；溶剂延迟2min，扫描质量数35～500。

1.2 GX起泡剂自然降解性能研究

1.2.1 GX起泡剂对水体COD的贡献和影响测定

分别配置50，100，250，500mg/L的3#起泡剂（配置时，利用乙醇加上超声前处理的办法，尽量让起泡剂分散，使取样具有代表性，然后扣除乙醇的COD），测定其COD值。

1.2.2 GX起泡剂在不同条件下的降解特征

（1）不同pH水体对起泡剂降解的影响：配置250mg/L的3#起泡剂溶液，调节pH分别为4，7，10，室温，不曝气，无紫外线，每天测定COD 1次。

（2）不同初始浓度起泡剂溶液的降解特征：初始浓度100 mg/L、500 mg/L，调节pH为7，室温，不曝气，无紫外线，每天测定COD 1次。

（3）不同温度对起泡剂降解的影响：配置250mg/L的溶液，温度10℃、30℃，调节pH为7，不曝气，无紫外线，每天测定COD 1次。

（4）曝气对起泡剂降解的影响：配置250mg/L的溶液，室温，调节pH为7，曝气，无紫外线，每天测定COD 1次。

（5）紫外线对起泡剂降解的影响：配置250mg/L的溶液，室温，调节pH为7，不曝气，紫外线照射，每天测定COD 1次。

1.2.3 实验步骤

（1）取若干个2L烧杯分别标签，取等量GX起泡剂配置成所需条件的溶液；

（2）使用超声波振荡器加速溶解；

（3）使用NaOH或H2SO4，调节溶液的pH 为所需值；

（4）进行COD的测定，测定初始的COD值，之后每天固定时间对溶液的COD进行检测，为期9d。

2 实验结果

2.1 GX起泡剂成份及结构

GX起泡剂中，有机物的种类为55种，大多数为环状化合物，直链状化合物占为1.1%。环状化合物中主要有3类，分别为C10H16、C10H18O、C15H24；其中C10H16占45.617%，C10H18O占16.397%，C15H24占26.591%。环状化合物中C10H16是松节油的主要成分，包括α-蒎烯、β-蒎烯、苎烯，还有少量的长叶烯和石竹烯，其中异松油烯是以松节油为原料合成的具有芳香松木气味的萜烯异构体混合物（醇油松）。环状化合物中C10H18O为萜烯醇类，是松醇油的主要成分。其中C10H18O占16.397%。环状化合物中C15H24（26.591%）是柏木烯的一种，常以α-和β-两种异构体形式存在于柏木油中，但以α-体较多。

2.2 GX起泡剂不同浓度水溶液COD的测定

配置GX起泡剂水溶液，浓度分别为50，100，250，500 mg/L，然后测定水溶液的COD值，测定结果如图1。结果表明，不同浓度起泡剂对COD的贡献不同，随着起泡剂浓度的增加，其对COD的贡献越大。

图1 不同浓度起泡剂水溶液对应COD关系

2.3 GX起泡剂的自然降解性能及影响因素

2.3.1 不同pH值对起泡剂GX降解的影响

从图2可知，在不同的pH值条件下，GX起泡剂都有一定的降解性。9d自然降解过程中，GX起泡剂在pH10条件下降解率最高。

图2 不同pH条件下COD降解特征

2.3.2 不同初始浓度GX起泡剂的降解特征

由图3可知，在不同的初始浓度下，GX起泡剂在放置9d情况下都有一定的降解性，其中高浓度降解快，低浓度降解缓慢。

图3 不同初始浓度下COD降解特征

2.3.3 曝气条件下起泡剂GX的降解特征

由图4可知，溶液曝气的条件下，比不曝气条件下降解效果好，除了起泡剂本身的自然降解原因外，曝气条件下起泡剂自然挥发也是其降解率较高的原因之一。

图4 曝气与不曝气条件下COD降解特征

2.3.4 不同温度起泡剂GX的降解特征

由图5可知，在溶液不同温度条件下，温度高的条件下降解效果较好。可见高温条件下起泡剂易于降解这也与起泡剂在高温条件下易于挥发的特性有一定的关系。

图5 不同温度条件下COD降解特征

2.3.5 紫外线照射条件下GX起泡剂的降解特征

由图6可知，紫外线照射情况下对于起泡剂降解具有一定的促进作用。相对无紫外线照射而言，有紫外线照射情况下，对GX起泡剂降解促进大。

图6 紫外线照射条件下COD降解特征

2.3.6 不同影响因素对起泡剂GX降解影响对比分析

不同起泡剂降解受到的影响因素程度并不一致。从表1可以看出，对于GX起泡剂来讲，紫外照射对其降影响最大，达到68.42%.其次是曝气条件下，降解率为62.98%。

表1 GX起泡剂在不同条件下COD降解率对比

3 结语

GX起泡剂以环状化合物的C10H16为主直接导致其难以降解，通过模拟条件（溶液pH、初始浓度、环境温度、曝气、紫外照射）可知，5种因素的影响程度由强到弱依次是紫外线>曝气>环境温度>初始浓度>pH。实验结果证明，当溶液pH为10、环境温度为30℃、有紫外线照射、曝气条件下，该起泡剂最易降解。

［1］陈彩霞，李华昌，栾和林，等.矿山药剂的降解与二次复合污染［J］.有色金属，2007， 59（2）：86－89.

［2］刘玉凯.中国矿区的环境问题及防治对策［C］.中国环境论坛经济社会和环境可持续发展国际研讨会［C］.1997：133－135.

［3］马骁轩.金属矿山开发利用过程中典型的化学药剂的污染及控制对策［J］.中国矿业，2009，18（2）：54－57.

［4］栾和林，姚文.矿山化学药剂污染及其复合污染问题与探讨［J］.矿冶，2002，11（7）：265－267.

［5］宋庆福，阳光.改善矿山环境加强环保型选矿药剂研究［J］.国外金属矿选矿，2002（2）：39－40.