硅酸盐矿物浮选过程中胺类捕收剂捕收性能的量子化学分析研究

发布时间：2020-06-16 15:45

【摘要】：硅酸盐矿物是一类研究价值非常高的矿物种群。在浮选实践中,成败的关键在于能否对某些硅酸盐矿物实现有效的选择性抑制或活化。研究硅酸盐矿物的浮选原理,对硅酸盐矿物捕收剂及性能的研究都具有十分重要的意义。本文采用分子动力学的方法研究了不同条件下胺类捕收剂在白云母(001)面、石英(100)面的吸附行为,并对吸附过程进行了量子计算。分子动力学作为一种用途广泛的工具,在研究浮选涉及到的固/液界面研究、药剂分子中各原子电势以及矿物可浮性等问题上,能够给出较为详尽的基础性理解。本文研究内容及结果包括以下几点:(1)体系模型的建立。晶体结构优化选用CASTEP模块,主要参数为:交换/关联函数选择GGA-PBESOL,截断能为360eV;浮选药剂分子结构优化选用DMol~3模块,交换泛函选择GGA-PW91;使用COMPASS力场对结构优化好的晶体解离面及浮选药剂分子进行力场优化,优化结果与文献值相差较小;使用Bulid Layer工具获得捕收剂/矿物表面模型,并用COMPASS力场进行结构优化和体系能量的计算。计算结果表明,胺类捕收剂与白云母、石英表面相互作用时,总键作用力和范德华力为正值(斥力),静电作用力为负值(引力)且其绝对值要远远大于总键作用力和范德华力,说明胺类捕收剂主要以静电作用的方式吸附于白云母和石英表面。(2)捕收剂本身因素对浮选过程的影响。通过控制吸附过程中胺类捕收剂的链长、头基可发现:改变胺类捕收剂的链长时,浮选体系计算出的相互作用能差别不大,说明胺类捕收剂的链长对此体系的浮选过程影响不大,但在实际生产过程中考虑到药剂溶解度以及吸附后半胶束基团的疏水能力大小的问题,一般会选择碳链长度在12~18之间的胺类捕收剂作为浮选药剂;改变头基基团进行浮选计算时,不同头基体系的相互作用能差别较大,其绝对值大小顺序为:(季胺/矿物表面)(叔胺/矿物表面)(仲胺/矿物表面)(伯胺/矿物表面)。由此说明,在进行单矿物浮选计算时,不同头基的胺类捕收剂浮选效果为:季胺叔胺仲胺伯胺,与根据前线轨道能隙预测结果一致。(3)溶液酸碱环境对浮选过程的影响。水环境下白云母(001)表面会形成水分子层,界面处的水分子与矿物表面有强烈的相互作用,水分子中的羟基与白云母(001)面的吸附作用远远大于胺基阳离子与白云母(001)面的相互作用。浮选作用发生时,浮选药剂需要穿过水膜,通过胺基作用于矿物表面的水分子层,并利用烃链的疏水性把矿物浮选出来;通过改变浮选过程中溶液酸碱的性可以得知:中、强酸性溶液中,胺类捕收剂对白云母显示出可浮性而对石英显示出抑制性;中性、弱酸和弱碱溶液中胺类捕收剂对白云母和石英均显示可浮性;中碱、强碱溶液中对白云母和石英均显示出抑制性。因此,当使用胺类捕收剂来浮选分离白云母和石英时,溶液呈强酸性比较有利。同时,对于单矿物浮选体系而言,根据相互作用能计算出的不同头基的胺类捕收剂浮选效果为:季胺叔胺仲胺伯胺,与根据前线轨道能隙预测结果一致。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD923.13;TD97
【图文】：

景物[1]通常指[SiO]与其他氧化物的络合物，在各泛分布于自然界中。硅酸盐矿物的应用前景非筑、航空等领域均有其参与，是一类极为重要盐矿物中可以提取稀有金属[2]，如目前发展较提取等。正因如此，硅酸盐矿物具有非常高的硅酸盐矿物加工及浮选现状来看，最为广泛、着矿产规模的不断增大，入选矿石中，有用矿物共生的硅酸盐种类和数量却在不断增多，采获得比较满意的分选结果[4]。因而，在实际生图 1.1 为浮选法流程示意图：

(a)四面体 (b)双四面体图 1.2 岛状硅酸盐矿物中常见的两种硅氧骨干环状硅酸盐矿物结构中，硅氧骨干是由[SiO4]四面体共角顶相连并形成，如图 1.3 所示。可根据[SiO4]四面体环节的数目，将其分成三环[[Si4O12]、六环[Si6O18]等多种。典型的环状硅酸盐矿物如电气石等。(a)三元环 (b)四元环 (c)六元环 (d)双层六元环图 1.3 环状硅酸盐矿物中的几种硅氧骨干环结构链状硅酸盐矿物结构中，硅氧骨干是由[SiO4]四面体共两个或三个角

【参考文献】

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本文编号：2716234