基于密度泛函理论的含CO32-缺陷白云石表面性质研究

采用密度泛函理论(DFT)计算,研究了磷酸根离子/油酸根离子在白云石(104)表面CO₃^2-缺陷处的吸附。结果表明,白云石溶解产生CO₃^2-缺陷导致表面金属原子活性增强,有利于阴离子与矿物表面相互作用。H₂PO₄^-在理想白云石表面、缺陷白云石表面与钙原子的吸附能分别为-183.30 kJ/mol、-561.24 kJ/mol。态密度计算结果表明,H₂PO₄^-与缺陷白云石表面钙原子吸附后,相邻镁原子仍具有较强活性,油酸根离子在理想白云石表面、缺陷白云石表面与镁原子的吸附能分别为-52.29 kJ/mol、-489.43 kJ/mol。磷酸和油酸离子可以共同吸附在白云石表面,导致白云石上浮。     

水分子与白云石(104)表面相互作用的第一性原理研究

为了研究白云石(104)表面吸附水分子的水化结构,利用密度泛函理论(DFT)模拟了单个及多层水分子在白云石表面的吸附。结果表明,白云石表面的Ca、Mg位点可以与水形成(Ca/Mg)—O_w键,主要是Ca3s3d轨道、Mg3s2p轨道及与O2p轨道作用,水分子在白云石表面Ca位点的吸附作用强于Mg位点。多层水分子在白云石表面吸附时,水分子层结构发生了明显分层,最靠近白云石表面的水分子层中,水分子在Ca、Mg位点上有序排列,平均吸附能为-74.35kJ/mol;随着距离的增加,矿物表面与水分子间相互作用逐渐减弱,水分子吸附能减小。     

磷酸体系下白云石与脂肪酸类捕收剂作用研究

采用单矿物浮选试验、Zeta电位测试和分子模拟手段研究了磷酸对白云石表面吸附油酸阴离子的影响。浮选试验和Zeta电位测试结果显示,磷酸导致白云石电负性增强,可浮性降低。分子模拟结果显示,白云石表面形成CO₃^2-空位缺陷,磷酸离子与缺陷处的Ca、Mg原子形成桥位吸附,缺陷处剩余的Ca、Mg原子可以进一步吸附油酸阴离子。油酸阴离子和H₂PO₄^-可以共同吸附在白云石表面导致白云石疏水; H₂PO₄^-的预先作用导致油酸根离子吸附能减小可能是白云石可浮性下降的原因。     

白云石电子结构及油酸钠在白云石(104)面吸附作用的分子模拟研究

基于密度泛函理论(DFT),从原子层面研究了白云石的电子结构。能带分析结果表明,白云石为绝缘体,禁带宽度为4.962 eV。Mulliken电荷布居分析结果表明,Mg原子在3s、2p轨道失电子,电子数为6.29,失去1.71个电子;Ca原子在3s、4d轨道失电子,电子数为8.6,失去1.4个电子;白云石中Mg、Ca均为电子供体。Mulliken键布居分析结果表明,白云石中C-O1的布居值最大,具有较强的共价性,原子之间作用最强;O1-O1 和 O2-O2的布居值相同,表现出较弱的反键作用;O2-Mg成反键状态,表现出较弱的离子性;O-Ca表现出极弱的成键作用。电荷密度分析可知,Ca,Mg和O原子附近电荷密度较高,原子附近活性较高,容易发生物理化学反应,因此浮选过程中较易发生药剂吸附的位点为Ca,Mg和O位点。分子动力学模拟结果表明,油酸钠可以克服白云石表面H2O分子和H+的阻碍吸附在白云石矿物表面,亦即浮选体系中脂肪酸类捕收剂油酸钠可以克服水分子或氢离子在白云石表面形成的水化层,从而对白云石进行捕收。     

油酸钠在细粒白云石表面吸附特性研究

研究了不同条件下油酸钠在细粒白云石表面的吸附行为，结果表明，油酸钠在白云石表面吸附量随着温度升高而增加、随着溶液pH值增加而降低; 吸附过程符合准二级动力学方程，吸附等温线符合Linear拟合方程; 油酸钠在白云石表面的吸附属于自发的吸热过程，298 K时的ΔG为-27.62 kJ/mol，ΔH和ΔS分别为0.76 kJ/mol和95.26 J/(mol·K)。扫描电镜结果印证了油酸钠在白云石表面的吸附; 表面电位测试结果表明，pH>8以后白云石表面电位值不再降低; 红外光谱测试结果证实油酸钠在白云石表面的吸附为物理吸附。浮选试验结果证实油酸钠是细粒白云石的良好捕收剂，自然条件下随着温度升高和油酸钠浓度增加，白云石矿物上浮率增加。     

SO_2在活性炭上的吸附平衡、动力学及热力学研究

为深入研究SO2在活性炭上的吸附过程,基于固定床反应器研究了某商业活性炭对烟气中SO2的吸附性能,考察了SO2体积分数、吸附温度对活性炭吸附SO2的影响,分析了SO2在活性炭表面的吸附平衡、吸附动力学和热力学特性。结果表明,随着SO2体积分数的增加,SO2初始吸附速率和平衡吸附量增加;随着吸附温度的增加,SO2初始吸附速率和平衡吸附量降低。活性炭对SO2的吸附平衡数据符合Langmuir和Freundlich吸附等温线模型;SO2在活性炭上的动态吸附过程符合Bangham吸附动力学模型。吸附热力学研究表明,吸附过程中焓变为-19.21 kJ/mol,吸附自由能变为-10.17~-9.29 kJ/mol,吸附熵变为-27.69~-27.17 J/(mol·K),该吸附过程是一个自发、放热、熵降低过程,升温不利于SO2在活性炭上的吸附。     

镍钼矿中氧化镍和氟磷灰石浮选分离研究及应用

为了提高镍钼矿中镍矿物浮选回收率,对其进行了浮选分离试验研究。分子动力学模拟结果表明,十六烷基吡啶在氧化镍表面的吸附能为-443.04 kJ/mol,小于在氟磷灰石表面的吸附能(-420.16 kJ/mol),可作为氧化镍和氟磷灰石浮选分离的捕收剂。酒石酸与Ca²⁺形成络合物,络合物附着于氟磷灰石表面,影响捕收剂与氟磷灰石接触,可以作为浮选抑制剂。该镍钼矿石镍含量4.52%,经浮选可以得到镍回收率89.06%、尾矿中镍含量低至0.71%的良好指标。     

钙镁离子对胶磷矿浮选影响的溶液化学分析

磷矿浮选矿浆中存在大量难免离子,回水循环利用时,这些离子的累积往往严重影响浮选指标。研究了Ca2+、Mg2+离子对胶磷矿浮选影响,分析了胶磷矿、油酸钠及Ca2+、Mg2+离子在矿浆中各组分的浮选溶液化学行为,结果表明,随着Ca2+、Mg2+离子浓度的增加,胶磷矿的浮选回收率下降;Ca2+离子不仅消耗油酸根离子,而且抑制矿物表面油酸钙的生成;Mg2+在低浓度时生成Mg3(PO4)2沉淀,增加胶磷矿表面活性点,有利于浮选;但Mg2+浓度增加时,也会消耗油酸根离子,甚至在胶磷矿表面形成Mg(OH)2沉淀,影响胶磷矿浮选。     

α-磺酸基棕榈酸捕收剂的合成及其对白云石和氟磷灰石的分选性能研究

通过对棕榈酸进行结构功能修饰和功能团的衍生，合成了α-磺酸基棕榈酸钠（SPA）捕收剂，其对白云石和氟磷灰石具有显著的分选差异性。实验结果表明单矿物浮选中当pH值接近于5，该新型捕收剂用量为6×10-5 mol/L时，其对白云石的回收率为87.65%，而对氟磷灰石仅为35.63%。采用Zeta电位、SEM、EDX和XPS等多种分析手段探讨了该捕收剂与矿物表面的作用机理，论证了该捕收剂在白云石和氟磷灰石表面的吸附属于化学吸附。      

钙、镁离子对菱镁矿与白云石浮选行为的影响

针对菱镁矿石浮选过程中Ca2+、Mg2+普遍存在的情况,研究了油酸钠体系中Ca2+、Mg2+对菱镁矿与白云石浮选行为的影响及机理,结果表明:随Ca2+、Mg2+的加入,菱镁矿与白云石的回收率降低;水玻璃为调整剂时,Ca2+、Mg2+的加入降低了菱镁矿与白云石的回收率;六偏磷酸钠为调整剂时,p H值小于10时,Ca2+、Mg2+的加入降低了菱镁矿与白云石的回收率;p H值大于10时,Ca2+、Mg2+的加入提高了白云石回收率。溶液化学计算分析表明,Ca2+、Mg2+在溶液中的存在形式,是影响矿物可浮性的重要因素。     

胶磷矿浮选体系中硅酸钠的分散机理及第一性原理分析

通过单矿物沉降试验,考察了弱碱性条件下硅酸钠对微细粒胶磷矿分散行为的影响,结果表明,pH=8.5时,随硅酸钠浓度增大,胶磷矿矿物颗粒分散效果逐渐增大,当硅酸钠浓度为800 mg/L时,胶磷矿分散率可达40％,且颗粒能稳定分散.Zeta电位分析结果表明,随硅酸钠浓度增大,胶磷矿表面Zeta电位负电位逐渐增加,矿物颗粒间静...     

两种pH调整剂、不同矿浆pH值测试点对白云石浮选规律的影响

考察HCl、H2SO4两种pH调整剂以及不同pH测试点对白云石单矿物的浮选规律的影响,通过XRD、XPS、矿浆中Ca2+、Mg2+浓度等测试分析了硫酸根离子对白云石表面的影响。试验结果表明,在酸性条件下,矿浆pH值随时间发生较大变化,导致浮选控制过程中的难度增加。若以捕收剂加入时pH值控制浮选过程,可以在pH 2.0～3.5获得白云石较高的回收率。测试结果表明,采用H2SO4作为pH调整剂时,硫酸根离子与白云石表面钙离子形成石膏沉淀,导致白云石表面发生转化,阻碍了矿物与捕收剂之间的相互作用,使得采用H2SO4作为pH调整剂时,当pH<5.0时,随着pH值的降低白云石回收率迅速降低。     

胶磷矿浮选泡沫稳定性研究

以贵州福泉氟磷灰石、石英、白云石和方解石纯矿物浮选泡沫为研究对象,分析胶磷矿浮选泡沫稳定性,通过泡沫稳定性测试、三相接触角测量和泡沫光学图像观察,研究胶磷矿中四种主要矿物在不同捕收剂浓度、矿物颗粒粒度和质量浓度下的浮选泡沫稳定性,并考察白云石和方解石溶解产生的Ca2+、Mg2+对泡沫稳定性的影响。研究结果表明：氟磷灰石、白云石和方解石分散体系的三相泡沫稳定性均随着十二胺浓度的增大而增加,接触角变化幅度不大。石英颗粒的泡沫稳定性先增加后降低,接触角在十二胺浓度1.5×10-4mol·L-1后大于90°,表现出极强的疏水性;四种矿物颗粒体系的三相泡沫稳定性均随着颗粒粒度的增大而逐渐减小,随着颗粒质量浓度增大而增加。通过泡沫图像发现,矿物颗粒黏附在泡膜表面,液膜变厚,提高了泡沫稳定性;白云石和方解石溶解产生的Ca2+、Mg2+对泡沫稳定性具有促进作用。     

利用热力学分析白云石浮选过程中磷酸根离子与捕收剂之间的竞争关系

本文通过单矿物浮选试验、表面测试以及热力学计算分析,以饱和脂肪酸为捕收剂,考察了调整剂Na3PO4对白云石浮选的影响规律。X射线光电子能谱(XPS)检测结果表明,经调整剂处理后,磷酸根离子能够在矿物表面发生吸附,导致矿物表面发生转化。热力学计算表明,调整剂与捕收剂之间存在竞争关系。随着捕收剂碳链长度的增加,药剂对矿物的捕收能力逐渐增加,导致以肉豆蔻酸作捕收剂时,调整剂对白云石浮选没有明显影响,而当月桂酸、癸酸作捕收剂时,在相同条件下调整剂则可以完全抑制单矿物浮选。当调整剂用量大于特定值时,与捕收剂相比,调整剂与Ca2 、Mg2 离子的结合能力较大,导致在此条件下矿物被抑制。