分子模拟在磷矿浮选研究中的应用进展

浮选是钙镁质磷矿提质降杂的主要方法,但白云石和氟磷灰石的表面物理化学性质相似,导致难以对其高效分离。随着量子化学和计算化学的发展,分子模拟为研究钙镁质磷矿中主要矿物的晶体化学性质和界面相互作用提供了新方法,逐渐成为研究钙镁质磷矿浮选的有效工具。在梳理磷矿石浮选表面物理化学性质,特别是在润湿性、电性以及吸附特性研究的基础上,总结了分子模拟方法进展及密度泛函理论和分子动力学模拟在氟磷灰石和白云石等浮选分离中的应用,包括晶体化学性质、水分子和浮选药剂在矿物表面相互作用等,并讨论分子模拟在磷矿浮选研究中的应用前景。     

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。     

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。     

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。     

不同抑制剂对萤石与方解石浮选分离影响

通过单矿物浮选试验研究了腐殖酸钠、单宁酸和六偏磷酸钠对方解石和萤石浮选的影响。单矿物试验结果表明,以单宁酸为抑制剂的浮选体系下,萤石和方解石浮选差异最大。人工混合矿试验结果表明,使用单宁酸能够实现萤石和方解石浮选分离。吸附量测试表明,单宁酸在方解石表面的吸附量要多于在萤石表面吸附量,这是单宁酸对方解石抑制作用强而对萤石抑制弱的主要原因。     

贵州织金含稀土磷矿石的浮选富磷降镁实验

针对贵州织金含稀土磷矿石进行了选矿富磷降镁实验,原矿P₂O₅品位21.80%,MgO质量分数8.31%,采用一段反浮选流程,可获得精矿P₂O₅品位33.35%,MgO质量分数为1.36%,P₂O₅回收率86.53%;考察了选矿产品中稀土元素总量（∑REE）和重金属元素Pb、Cd的质量分数及走向,并分析精矿中∑REE、重金属元素Pb与P₂O₅品位之间的相关性。结果表明:重金属元素Pb和稀土元素在精矿中富集,而重金属元素Cd在尾矿中富集,为后续含稀土磷矿石的分离利用提供了依据。