礦山起泡劑成份測定及自然降解性能研究

黃 浩

（廣東省礦產應用研究所，廣東 韶關 512026）

礦山的開發(fā)使用了大量的化學藥劑，主要包括捕收劑、起泡劑、抑制劑、絮凝劑、萃取劑、萃取用基質改善劑與稀釋劑等，品種已達幾百種［1-2］。其中起泡劑以松醇油為主，松醇油是以松節(jié)油為原料生產的萜烯醇類有機化合物，該物質極難生物降解，對環(huán)境造成長期的累積性污染［3-5］。

通過對廣西某礦山所用起泡劑（GX）的化學成分進行測定和分析，研究該起泡劑對水體COD的貢獻和影響，分析其在不同條件下（pH，初始濃度、溫度、曝氣、紫外線）的自然降解性能，研究結果為篩選出環(huán)保型起泡劑提高科學根據。

1 實驗材料與方法

1.1 GX起泡劑成份及結構測定

利用大型儀器GC-MS對起泡劑進行全組份分析測定，測定步驟：①先移取300μL起泡劑到樣品瓶中，再移取600μL色譜純丙酮試劑到樣品瓶中，震蕩均勻；②將樣品瓶放入氣質聯用儀取樣盤，并測量。

GC-MS分析的儀器條件為：色譜柱型號HP-5MS，規(guī)格325 ℃，30m×250μm×0.25μm；離子源230 ℃，MS四極桿150 ℃；樣品進樣量0.1μL，進樣前后設置進樣器溶劑清洗，分流比100∶1，載氣He氣。 色譜柱采用程序升溫，70℃保持1min，以5℃/min升至200℃保持1min；溶劑延遲2min，掃描質量數35～500。

1.2 GX起泡劑自然降解性能研究

1.2.1 GX起泡劑對水體COD的貢獻和影響測定

分別配置50，100，250，500mg/L的3#起泡劑（配置時，利用乙醇加上超聲前處理的辦法，盡量讓起泡劑分散，使取樣具有代表性，然后扣除乙醇的COD），測定其COD值。

1.2.2 GX起泡劑在不同條件下的降解特征

（1）不同pH水體對起泡劑降解的影響：配置250mg/L的3#起泡劑溶液，調節(jié)pH分別為4，7，10，室溫，不曝氣，無紫外線，每天測定COD 1次。

（2）不同初始濃度起泡劑溶液的降解特征：初始濃度100 mg/L、500 mg/L，調節(jié)pH為7，室溫，不曝氣，無紫外線，每天測定COD 1次。

（3）不同溫度對起泡劑降解的影響：配置250mg/L的溶液，溫度10℃、30℃，調節(jié)pH為7，不曝氣，無紫外線，每天測定COD 1次。

（4）曝氣對起泡劑降解的影響：配置250mg/L的溶液，室溫，調節(jié)pH為7，曝氣，無紫外線，每天測定COD 1次。

（5）紫外線對起泡劑降解的影響：配置250mg/L的溶液，室溫，調節(jié)pH為7，不曝氣，紫外線照射，每天測定COD 1次。

1.2.3 實驗步驟

（1）取若干個2L燒杯分別標簽，取等量GX起泡劑配置成所需條件的溶液；

（2）使用超聲波振蕩器加速溶解；

（3）使用NaOH或H2SO4，調節(jié)溶液的pH 為所需值；

（4）進行COD的測定，測定初始的COD值，之后每天固定時間對溶液的COD進行檢測，為期9d。

2 實驗結果

2.1 GX起泡劑成份及結構

GX起泡劑中，有機物的種類為55種，大多數為環(huán)狀化合物，直鏈狀化合物占為1.1%。環(huán)狀化合物中主要有3類，分別為C10H16、C10H18O、C15H24；其中C10H16占45.617%，C10H18O占16.397%，C15H24占26.591%。環(huán)狀化合物中C10H16是松節(jié)油的主要成分，包括α-蒎烯、β-蒎烯、苧烯，還有少量的長葉烯和石竹烯，其中異松油烯是以松節(jié)油為原料合成的具有芳香松木氣味的萜烯異構體混合物（醇油松）。環(huán)狀化合物中C10H18O為萜烯醇類，是松醇油的主要成分。其中C10H18O占16.397%。環(huán)狀化合物中C15H24（26.591%）是柏木烯的一種，常以α-和β-兩種異構體形式存在于柏木油中，但以α-體較多。

2.2 GX起泡劑不同濃度水溶液COD的測定

配置GX起泡劑水溶液，濃度分別為50，100，250，500 mg/L，然后測定水溶液的COD值，測定結果如圖1。結果表明，不同濃度起泡劑對COD的貢獻不同，隨著起泡劑濃度的增加，其對COD的貢獻越大。

圖1 不同濃度起泡劑水溶液對應COD關系

2.3 GX起泡劑的自然降解性能及影響因素

2.3.1 不同pH值對起泡劑GX降解的影響

從圖2可知，在不同的pH值條件下，GX起泡劑都有一定的降解性。9d自然降解過程中，GX起泡劑在pH10條件下降解率最高。

圖2 不同pH條件下COD降解特征

2.3.2 不同初始濃度GX起泡劑的降解特征

由圖3可知，在不同的初始濃度下，GX起泡劑在放置9d情況下都有一定的降解性，其中高濃度降解快，低濃度降解緩慢。

圖3 不同初始濃度下COD降解特征

2.3.3 曝氣條件下起泡劑GX的降解特征

由圖4可知，溶液曝氣的條件下，比不曝氣條件下降解效果好，除了起泡劑本身的自然降解原因外，曝氣條件下起泡劑自然揮發(fā)也是其降解率較高的原因之一。

圖4 曝氣與不曝氣條件下COD降解特征

2.3.4 不同溫度起泡劑GX的降解特征

由圖5可知，在溶液不同溫度條件下，溫度高的條件下降解效果較好?？梢姼邷貤l件下起泡劑易于降解這也與起泡劑在高溫條件下易于揮發(fā)的特性有一定的關系。

圖5 不同溫度條件下COD降解特征

2.3.5 紫外線照射條件下GX起泡劑的降解特征

由圖6可知，紫外線照射情況下對于起泡劑降解具有一定的促進作用。相對無紫外線照射而言，有紫外線照射情況下，對GX起泡劑降解促進大。

圖6 紫外線照射條件下COD降解特征

2.3.6 不同影響因素對起泡劑GX降解影響對比分析

不同起泡劑降解受到的影響因素程度并不一致。從表1可以看出，對于GX起泡劑來講，紫外照射對其降影響最大，達到68.42%.其次是曝氣條件下，降解率為62.98%。

表1 GX起泡劑在不同條件下COD降解率對比

3 結語

GX起泡劑以環(huán)狀化合物的C10H16為主直接導致其難以降解，通過模擬條件（溶液pH、初始濃度、環(huán)境溫度、曝氣、紫外照射）可知，5種因素的影響程度由強到弱依次是紫外線>曝氣>環(huán)境溫度>初始濃度>pH。實驗結果證明，當溶液pH為10、環(huán)境溫度為30℃、有紫外線照射、曝氣條件下，該起泡劑最易降解。

［1］陳彩霞，李華昌，欒和林，等.礦山藥劑的降解與二次復合污染［J］.有色金屬，2007， 59（2）：86－89.

［2］劉玉凱.中國礦區(qū)的環(huán)境問題及防治對策［C］.中國環(huán)境論壇經濟社會和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展國際研討會［C］.1997：133－135.

［3］馬驍軒.金屬礦山開發(fā)利用過程中典型的化學藥劑的污染及控制對策［J］.中國礦業(yè)，2009，18（2）：54－57.

［4］欒和林，姚文.礦山化學藥劑污染及其復合污染問題與探討［J］.礦冶，2002，11（7）：265－267.

［5］宋慶福，陽光.改善礦山環(huán)境加強環(huán)保型選礦藥劑研究［J］.國外金屬礦選礦，2002（2）：39－40.