辛基羟肟酸活化浮选孔雀石机理研究

发布时间：2020-06-05 05:44

【摘要】：氧化铜矿是铜资源的重要组成部分,随着铜需求量的不断增加,难选氧化铜矿的开发利用成为必然。鉴于有机螯合剂在氧化铜矿活化浮选上的突出效果,有必要对其活化机理进行深入研究,为廉价高效活化剂的开发提供理论基础。论文研究包括三个部分:首先应用溶液化学理论和密度泛函理论对代表性氧化铜矿物孔雀石和常用有机螯合剂辛基羟肟酸的浮选特性和它们相互作用机理进行了研究;之后利用过浮选试验、Zeta电位测试、XPS测试和吸附量测定等手段对辛基羟肟酸活化浮选孔雀石的行为规律进行研究;最后利用分子动力学工具对有机螯合剂活化浮选孔雀石进行了系统的模拟计算。论文得出以下主要结论:通过孔雀石的溶液化学分析得出,在不同pH值条件下,孔雀石所溶解的组分浓度不同:在酸性pH值下,孔雀石表面以正离子Cu2+为主;在碱性pH值下,孔雀石表面以负离子Cu(OH)42-为主。对孔雀石晶体的密度泛函理论计算表明,孔雀石晶体表现出金属性质,具有良好的导电性。在孔雀石晶体中Cu和O原子具有较高的反应活性。孔雀石的优势解理面为(2 0 1)。对异戊基黄药和辛基羟肟酸在孔雀石(20 1)吸附的计算得出,辛基羟肟酸主要以O、O五元螯合环的形式与孔雀石表面的Cu作用,异戊基黄药主要以单键S原子与孔雀石表面的Cu原子之间的吸附,且吸附能计算表明辛基羟肟酸在孔雀石表面的吸附能力远大于异戊基黄药。通过态密度分析可知,辛基羟肟酸在孔雀石(20 1)面吸附时,在费米能级附近,辛基羟肟酸中的O、C和S原子的2p轨道电子均和Cu原子3d轨道电子有强烈的相互作用。在辛基羟肟酸的结构中,由C、O各一个π电子和N、O各一对未共享的电子组成的π46共轭体,可能是导致上述强烈相互作用的主要原因。浮选试验表明,使用钽试剂、辛基羟羟肟酸等亲铜螯合剂作活化剂,能有效地活化浮选孔雀石,其活化效果优于硫化钠;且在螯合剂用量很低的情况下能大幅度降低异戊基黄药用量。活化剂活化浮选最佳pH一般在7～9之间。且活化剂对孔雀石的活化效果越好,则活化浮选有效pH范围就越宽。Zeta-电位测试表明,孔雀石经羟肟酸和黄药共同作用后,在pH=7～9左右,表面Zeta-电位负值增加最大,并明显超过辛基羟肟酸或黄药单独吸附在孔雀石表面时的Zeta-电位变化值。这说明,辛基羟肟酸和黄药共存时,在pH=7～9左右最易在孔雀石表面发生共吸附,并且这种吸附的加强不是简单的联合作用结果。XPS测试表明,异戊基黄药和辛基羟肟酸能在孔雀石表面和铜离子发生了化学作用,并形成了辛基羟肟酸-Cu和异戊基黄药-Cu吸附膜。辛基羟肟酸和异戊基黄药不和孔雀石表面的O发生作用。吸附量测定结果表明,异戊基黄药和辛基羟肟酸之间存在明显的“协同-竞争”作用,但主要表现为协同作用,竞争作用只在一方浓度过大时出现。辛基羟肟酸和异戊基黄药在孔雀石表面吸附量与其浓度之间的关系符合Freundlich方程。辛基羟肟酸和异戊基黄药在孔雀石矿物表面呈不均匀吸附,其吸附形式主要为层叠型。辛基羟肟酸吸附于内层起活化作用。对孔雀石(2 0 1)面水化膜的分子动力学研究证实了孔雀石表面水膜的存在,孔雀石(2 0 1)面属于亲水表面。水环境下进行单药剂分子与孔雀石表面作用的分子动力学模拟发现,孔雀石(20 1)面水化膜的存在阻碍了药剂在孔雀石表面的吸附。在多元体系下的分子动力学模拟发现:辛基羟肟酸和Cu2+的存在,能够显著提高异戊基黄药在孔雀石表面的吸附能力。并且药剂在发生吸附后,趋向于聚集为胶束结构,有效破坏孔雀石表面水化膜,大大改善孔雀石的可浮选性能。进一步的结构和动力学分析发现,当溶液中有Cu2+存在时,会与辛基羟肟酸和异戊基黄药分子形成三元混配物,从而促进黄药向疏水集团聚集,加快孔雀石表面疏水化,从而改善孔雀石的可浮性能。最后论文结合上述研究,提出了辛基羟肟酸活化浮选孔雀石的机理模型。
【图文】：

示意图,下降法,梯度法,示意图

大学博士学位论文指出奶在态空间中的改变方向，从而使得中ｉ不断地逼近总能量最小的波２．邋２所示，我们可以沿着得到的梯度方向不断修正Ｗｉ，当选定的Ｗｉ使得能量降到最小后，我们再把波函数改为这个最低值，然后通过新的梯度下去，，一直到找到能量的最小值。ＳＴＥｆＰＥＳＴ邋ＤＥＳＣＥ．ＷＳ逦ＣＯ＾ＪＵＳＡＫ邋ＳＪ５ＡＢＫＫＴ逡逑

示意图,赝势,波函数,价电子

（ａ）逦（ｂ）逡逑图１．１最快下降法（ａ）与共轭梯度法（ｂ）示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｆａｓｔｅｓｔ邋ｄｅｓｃｅｎｔ邋ｍｅｔｈｏｄ邋（ａ）邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｃｏｎｊｕｇａｔｅ邋ｇｒａｄｉｅｎｔ邋ｍｅｔｈｏｄ邋（ｂ）逡逑１．５．１．５赝势及平面波基底逡逑从化学上的价电子理论中我们知道，各种化学性质的体现主要是价电子体现逡逑的。因此我们在解薛定谔方程是总是希望解出关于价电子的那一部分就可以了。逡逑这里我们就需要引．进赝势。逡逑“赝势’’是一种人为故意设定的假的位势，用以解决上面所提出的问题。它逡逑把原子核＋内层电子放在一起来考虑与价电子之间的相互作用。逡逑（１）赝势的产生逡逑如图２．邋３，实线分别是真实位势Ｚ／ｒ与Ａｌｌ－ｅｌｅｃｔｒｏｎ价电子波函数％，取逡逑距原子中心ｒｃ处为划分点，ｎ；以上波函数完全保留，而ｒｃ以内则对波函数加以逡逑改造。主要是把振荡剧烈的波函数改造为变化缓慢的波函数，而它必须没有节点，逡逑如虚线的ＨＶｅｕｄ。所示。少了剧烈振荡允许只以相对很少的平面波来展开波函数，逡逑没有节点的（径向）波函数也意味着没有比它本征值更低的量子态来与它正交。逡逑求解内层电子的需要就自动消失了。这样一个假位势能在相同本征值情况下给出逡逑这样的价电子近似解，我们把它叫做是赝势Ｖｐｓｅｕｄ（）（Ｖｐｓ）。（由于逡逑屮ｖ＝屮ｐｓ其中ｒ＞ｒｃ
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD952

【参考文献】