浮选药剂分子设计及其性能研究

发布时间：2017-06-05 06:21

  本文关键词：浮选药剂分子设计及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：矿物浮选是最重要的选矿方法之一,而浮选药剂的应用是浮选成功的关键,研究高效环保的浮选药剂具有重要意义。论文分别围绕典型的硫化矿物黄铁矿以及复杂硅酸盐矿物红柱石及两者的常见浮选捕收剂卞黄药以及烷基异羟肟酸展开研究,基于密度泛函理论方法进行模拟分析,主要结果和结论如下:(1)硫化矿物卞黄药类捕收剂的分子设计。通过考核,交换关联函数选择为GGA-PBE,截断能采取267e V,模拟结果与实验结果吻合。计算得到,黄铁矿能隙值为0.954,体相Mulliken电荷分布表明Fe带-0.170e负电荷,S带0.090e正电荷,而黄铁矿(100)表面上,Fe带+0.070e正电荷,表面顶端S带-0.100e负电荷;黄铁矿表面,Fe(3d)分波态密度向低能方向偏移,靠近费米能级处的导带部分出现一个新的态密度峰;卞黄药离子中的两个S原子向表面的Fe原子靠近,相互作用距离分别为2.256?和2.359?;设计的15种新型卞黄药类捕收剂中的8种效果得到改善,捕收效果最高改善18.008%,最低改善1.022%。(2)红柱石电子结构的量化计算。通过考核选取了GGA-PW91交换关联函数,410e V截断能以及4×4×5的k点取样密度,计算得到的红柱石晶格常数与原子分数坐标与实验值有较好的一致性。结果表明,压力对红柱石结构的影响较小;红柱石中Al-O键比Si-O键离子性强,破碎时,表面会带有较多Al离子;红柱石(001)表面产生弛豫,Al原子并未直接暴露在表层。(3)烷基异羟肟酸性质的量化计算。采用DFT/B3LYP方法,在DNP基组上研究了烷基异羟肟酸分子和一价阴离子的反应活性区域和活性中心,结果表明,分子和离子中的-CONHOH是反应活性区域,基团中的两个氧原子所带负电荷最多是化学反应活性中心,并且离子中两个O原子所带负电荷多于中性分子中两个O原子所带的负电荷。(4)烷基异羟肟酸与红柱石作用机理及烷基异羟肟酸类捕收剂的分子设计。烷基异羟肟酸离子中的两个O原子与矿物表面Al原子生成了五元螯合环。增加羟肟酸类捕收剂的极性基可以与矿物表面形成多环螯合物增强药剂亲固性,由此加强吸附体系的稳定性。在辛基异羟肟酸分子内分别植入-OH、-C(O)NH2和-C(O)NHOH,计算结果表明,植入-C(O)NHOH和-C(O)NH2后,药剂捕收效果改善明显,并由亲水-疏水平衡关系确定前者的疏水碳链的最佳长度为10,后者最合适直链长度范围为5~10。综上分析,密度泛函理论方法有助于人们深刻认识矿物浮选分离过程,因此,可以为实际生产中新工艺以及新型药剂的研发提供理论基础。
【关键词】：浮选药剂 黄铁矿 红柱石 密度泛函理论 分子设计
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD923.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 矿物浮选药剂概述12-13
• 1.2.1 硫化矿物浮选药剂概述12
• 1.2.2 非硫化矿物浮选药剂概述12-13
• 1.3 浮选药剂分子设计研究现状13-18
• 1.3.1 硫化矿物浮选药剂研究现状13-15
• 1.3.2 非硫化矿物浮选药剂研究现状15-18
• 1.4 研究思路与内容18-19
• 1.4.1 课题研究主要思路18
• 1.4.2 主要研究内容18-19
• 2 浮选药剂分子设计理论分析19-27
• 2.1 密度泛函理论分析基础19-22
• 2.2 浮选药剂分子设计分析22-26
• 2.2.1 矿物晶体结构与浮选性能关系22-23
• 2.2.2 浮选药剂在矿物表面的吸附机理23-24
• 2.2.3 浮选药剂结构模型24-25
• 2.2.4 浮选药剂结构与性能关系25
• 2.2.5 量子化学与浮选药剂分子设计25-26
• 2.3 浮选药剂性能评价指标26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 硫化矿物浮选药剂的浮选作用机理及其分子设计27-46
• 3.1 黄铁矿计算模型的确定及计算方法27-29
• 3.1.1 黄铁矿计算模型27-28
• 3.1.2 计算方法28
• 3.1.3 模型考核28-29
• 3.2 矿物电子结构与浮选性能的关系29-34
• 3.2.1 能带结构和态密度分析29-32
• 3.2.2 Mulliken布局分析32-33
• 3.2.3 前线轨道能分析33-34
• 3.3 捕收剂与矿物表面作用机理研究34-44
• 3.3.1 矿物表面计算模型的确定34-37
• 3.3.2 捕收剂黄药分子结构与性质的量子化学研究37-39
• 3.3.3 黄药与理想黄铁矿表面作用的理论计算39-40
• 3.3.4 结果分析与讨论40-42
• 3.3.5 新型浮选药剂的量子化学设计42-44
• 3.4 本章小结44-46
• 4 非硫化矿物浮选药剂的浮选作用机理及其分子设计46-68
• 4.1 红柱石计算模型的确定及计算方法46-50
• 4.1.1 红柱石计算模型46-47
• 4.1.2 计算方法47-49
• 4.1.3 模型考核49-50
• 4.2 矿物电子结构与浮选性能的关系50-56
• 4.2.1 能带结构和态密度分析50-53
• 4.2.2 Mulliken布局分析53-54
• 4.2.3 电荷密度及差分电荷密度分析54-55
• 4.2.4 前线轨道能分析55-56
• 4.3 异羟肟酸与红柱石表面作用机理分析56-66
• 4.3.1 矿物表面计算模型的确定56-58
• 4.3.2 异羟肟酸分子结构与性质的量子化学研究58-60
• 4.3.3 异羟肟酸与红柱石表面作用的理论计算60-62
• 4.3.4 结果分析与讨论62-64
• 4.3.5 新型浮选药剂的量子化学设计64-66
• 4.4 本章小结66-68
• 5 结论与展望68-70
• 5.1 主要结论68-69
• 5.2 创新点69
• 5.3 展望69-70
• 参考文献70-75
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果75-76
• 致谢76

【参考文献】

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本文编号：423118