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有色金属工业废水的金属污染物直接破坏生态环境、威胁人类健康，已成为制约冶金工业可持续发展的重要因素，以Cu2+，Pb2+，Zn2+金属离子为例，脱除这些金属离子是消除污染的重要途径，无论理论支撑还是工艺完善还需要系统深入的研究工作。
本研究采用Cu2+，Pb2+，Zn2+金属离子溶液模拟有色金属工业废水，进行基于沉淀浮选絮体调控的金属离子螯合沉淀-絮体生长-浮选分离研究。主要包括：（1）金属离子螯合沉淀转化，（2）沉淀颗粒到絮体的生长调控，（3）沉淀絮体的浮选分离。具体研究内容及结论如下：
（1）以腐植酸基药剂HA作为Cu2+/Pb2+/Zn2+/Fe3+离子螯合沉淀剂，采用Visual MINTEQ软件模拟与实验测定沉淀转化率结合的方法研究pH、离子浓度等溶液化学条件下金属离子螯合沉淀转化过程及沉淀颗粒MHA的化学形态。结果表明，HA与二价Cu2+/Pb2+/Zn2+的作用主要是HA中的-COOH和-OH与其螯合形成单齿配体HAM+和双齿配体HA2M等化学形态。Fe3+基调控剂中的三价Fe3+和HA的螯合产物化学形态为双齿配体HA2Fe+和水解产物HA2FeOH。弱酸性条件（pH=5.0~6.0）下，反应30min可达到螯合沉淀最大值，HA与10~100mg/L浓度的Cu2+，Pb2+，Zn2+，Fe3+离子生成MHA的螯合沉淀效率分别为85.3~97.2%，89.6~97.8%，80.4~93.6%和99.5~99.9%，表明HA与三价Fe3+离子的螯合沉淀效果明显优于二价金属离子，HA对四种金属离子的最大螯合沉淀量分别为37.70，123.22，32.93和68.77mg/g。
（2）采用Zeta电位测定、DLVO理论计算、条件稳定常数（LogKs）计算、颗粒尺寸统计分析了离子浓度对螯合沉淀效果的限制、Fe3+基沉淀调控剂与阳离子表面活性剂对沉淀絮体的调控增大作用机制。结果表明，低浓度（50mg/L以下）离子螯合沉淀平均粒径在3.0μm以下，高浓度离子（大于50mg/L）螯合沉淀平均粒径为7.3~16.9μm。Fe3+基调控剂使得沉淀颗粒由10.0μm以下增长到10.0~20.0μm，且进一步提高金属离子的沉淀效率至99.0%以上。Fe3+基调控剂对螯合沉淀颗粒的生长调控机制在于：（a）Fe3+显著降低了螯合沉淀颗粒表面Zeta电位的电负性，减弱了颗粒间静电斥力，DLVO理论计算可知加入Fe3+后，螯合沉淀颗粒间的静电斥力极大值分别由2.86,2.31和2.38mN/m减小到0.21,0.06和0.23mN/m；（b）Fe3+显著增大了MHA螯合过程的条件稳定常数logKs，logKs值分别由0.56~0.93，1.08~1.54和0.24~0.58增加到了2.08~2.16，2.12~3.01和1.02~1.18，更易于形成稳定的螯合沉淀。阳离子表面活性剂是通过降低颗粒间表面静电斥力使得沉淀颗粒聚集生长为沉淀絮体，但其与Fe3+基沉淀调控剂相比易于对螯合沉淀中的金属离子产生竞争性而降低离子的沉淀转化效果。
（3）沉淀絮体经过Fe3+基沉淀絮体调控剂和CTAB进一步调控后颗粒尺寸增加到30.0~40.0μm，Zeta电位分析、浮选分离实验及产物FTIR对比分析结果表明，CTAB对沉淀絮体起到显著的浮选捕收作用。其机理在于阳离子表面活性剂CTAB与MHA-Fe沉淀絮体间的静电引力作用和吸附作用，沉淀颗粒絮体尺寸的进一步增加有助于其高效浮选分离。浮选条件优化结果表明，溶液pH=6.0、浮选充气流量0.5L/mim及浮选15min时间后，对金属离子的浮选去除率达到98.7~99.9%，浮选溶液的浊度为0.47~0.63NTU，溶液TOC0.97~1.35mg/L，剩余浮选溶液体积80.3~81.5%。
（4）在金属离子沉淀转化-絮体生长调控-浮选分离过程中沉淀颗粒絮体的尺度、形貌特性及结构强度演变反映了金属离子沉淀浮选分离的作用机制，采用颗粒统计分析、SEM/TEM/AFM形貌分析、颗粒絮体破碎再生实验分析沉淀絮体的性质演变规律。结果表明，最终浮选阶段沉淀絮体MHA-Fe-CTAB的分形维数值降低至1.40~1.48，絮体颗粒硬度值降低至0.88~1.16N/m，密度值降低至1.09~1.23g/cm3，表面粗糙度增大到193.1~342.3nm。相比MHA和MHA-Fe沉淀，其结构更为疏松开放、抗剪切强度高、易于恢复再生、浮选分离效果较好。
（5）采用响应面优化实验对螯合沉淀-絮体生长调控-浮选分离过程影响因素进行优化。结果表明，Cu2+，Pb2+，Zn2+金属离子溶液的最佳螯合沉淀条件为溶液pH=6.0，HA药剂用量为理论用量/实际用量摩尔比1.0，反应时间30min，Cu2+，Pb2+，Zn2+沉淀转化率分别为99.95，99.98和99.58%；在Fe3+用量1.2mmol/L，搅拌强度500r/min，搅拌时间20min，浮选溶液pH=6.1，CTAB用量100.8mg/L，浮选充气流量0.5L/min，浮选时间30min的条件下，得到最终浮选阶段沉淀絮体粒径大小为31.3~39.4μm，浮选后金属离子浮选脱除率为99.6~99.9%，残余的Cu2+，Pb2+，Zn2+金属离子浓度低至0.12，0.05和0.65mg/L。
本研究采用Cu2+，Pb2+，Zn2+金属离子溶液模拟有色金属工业废水，进行基于沉淀浮选絮体调控的金属离子螯合沉淀-絮体生长-浮选分离研究。主要包括：（1）金属离子螯合沉淀转化，（2）沉淀颗粒到絮体的生长调控，（3）沉淀絮体的浮选分离。具体研究内容及结论如下：
（1）以腐植酸基药剂HA作为Cu2+/Pb2+/Zn2+/Fe3+离子螯合沉淀剂，采用Visual MINTEQ软件模拟与实验测定沉淀转化率结合的方法研究pH、离子浓度等溶液化学条件下金属离子螯合沉淀转化过程及沉淀颗粒MHA的化学形态。结果表明，HA与二价Cu2+/Pb2+/Zn2+的作用主要是HA中的-COOH和-OH与其螯合形成单齿配体HAM+和双齿配体HA2M等化学形态。Fe3+基调控剂中的三价Fe3+和HA的螯合产物化学形态为双齿配体HA2Fe+和水解产物HA2FeOH。弱酸性条件（pH=5.0~6.0）下，反应30min可达到螯合沉淀最大值，HA与10~100mg/L浓度的Cu2+，Pb2+，Zn2+，Fe3+离子生成MHA的螯合沉淀效率分别为85.3~97.2%，89.6~97.8%，80.4~93.6%和99.5~99.9%，表明HA与三价Fe3+离子的螯合沉淀效果明显优于二价金属离子，HA对四种金属离子的最大螯合沉淀量分别为37.70，123.22，32.93和68.77mg/g。
（2）采用Zeta电位测定、DLVO理论计算、条件稳定常数（LogKs）计算、颗粒尺寸统计分析了离子浓度对螯合沉淀效果的限制、Fe3+基沉淀调控剂与阳离子表面活性剂对沉淀絮体的调控增大作用机制。结果表明，低浓度（50mg/L以下）离子螯合沉淀平均粒径在3.0μm以下，高浓度离子（大于50mg/L）螯合沉淀平均粒径为7.3~16.9μm。Fe3+基调控剂使得沉淀颗粒由10.0μm以下增长到10.0~20.0μm，且进一步提高金属离子的沉淀效率至99.0%以上。Fe3+基调控剂对螯合沉淀颗粒的生长调控机制在于：（a）Fe3+显著降低了螯合沉淀颗粒表面Zeta电位的电负性，减弱了颗粒间静电斥力，DLVO理论计算可知加入Fe3+后，螯合沉淀颗粒间的静电斥力极大值分别由2.86,2.31和2.38mN/m减小到0.21,0.06和0.23mN/m；（b）Fe3+显著增大了MHA螯合过程的条件稳定常数logKs，logKs值分别由0.56~0.93，1.08~1.54和0.24~0.58增加到了2.08~2.16，2.12~3.01和1.02~1.18，更易于形成稳定的螯合沉淀。阳离子表面活性剂是通过降低颗粒间表面静电斥力使得沉淀颗粒聚集生长为沉淀絮体，但其与Fe3+基沉淀调控剂相比易于对螯合沉淀中的金属离子产生竞争性而降低离子的沉淀转化效果。
（3）沉淀絮体经过Fe3+基沉淀絮体调控剂和CTAB进一步调控后颗粒尺寸增加到30.0~40.0μm，Zeta电位分析、浮选分离实验及产物FTIR对比分析结果表明，CTAB对沉淀絮体起到显著的浮选捕收作用。其机理在于阳离子表面活性剂CTAB与MHA-Fe沉淀絮体间的静电引力作用和吸附作用，沉淀颗粒絮体尺寸的进一步增加有助于其高效浮选分离。浮选条件优化结果表明，溶液pH=6.0、浮选充气流量0.5L/mim及浮选15min时间后，对金属离子的浮选去除率达到98.7~99.9%，浮选溶液的浊度为0.47~0.63NTU，溶液TOC0.97~1.35mg/L，剩余浮选溶液体积80.3~81.5%。
（4）在金属离子沉淀转化-絮体生长调控-浮选分离过程中沉淀颗粒絮体的尺度、形貌特性及结构强度演变反映了金属离子沉淀浮选分离的作用机制，采用颗粒统计分析、SEM/TEM/AFM形貌分析、颗粒絮体破碎再生实验分析沉淀絮体的性质演变规律。结果表明，最终浮选阶段沉淀絮体MHA-Fe-CTAB的分形维数值降低至1.40~1.48，絮体颗粒硬度值降低至0.88~1.16N/m，密度值降低至1.09~1.23g/cm3，表面粗糙度增大到193.1~342.3nm。相比MHA和MHA-Fe沉淀，其结构更为疏松开放、抗剪切强度高、易于恢复再生、浮选分离效果较好。
（5）采用响应面优化实验对螯合沉淀-絮体生长调控-浮选分离过程影响因素进行优化。结果表明，Cu2+，Pb2+，Zn2+金属离子溶液的最佳螯合沉淀条件为溶液pH=6.0，HA药剂用量为理论用量/实际用量摩尔比1.0，反应时间30min，Cu2+，Pb2+，Zn2+沉淀转化率分别为99.95，99.98和99.58%；在Fe3+用量1.2mmol/L，搅拌强度500r/min，搅拌时间20min，浮选溶液pH=6.1，CTAB用量100.8mg/L，浮选充气流量0.5L/min，浮选时间30min的条件下，得到最终浮选阶段沉淀絮体粒径大小为31.3~39.4μm，浮选后金属离子浮选脱除率为99.6~99.9%，残余的Cu2+，Pb2+，Zn2+金属离子浓度低至0.12，0.05和0.65mg/L。