钨矿物界面性质基础研究

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-14 阅读:828
   矿物的界面性质决定了矿物的可浮性及与药剂的相互作用关系,钨矿物界面性质的研究是钨选矿理论研究的基础。

高志勇研究了白钨矿和方解石晶面的断裂键差异及其对矿物解理性质和表面性质的影响。运用Materials Studio软件构建白钨矿和方解石的晶胞,计算出两种含钙矿物晶体不同晶面的主要解理面和暴露面上Ca活性质点密度和活性质点的未饱和键密度,并结合计算结果分析了两种矿物的解理性质和表面性质:白钨矿晶体的常见解理面为(001)面、(101)面和(111)面;方解石的常见解理面为晶体(1014)面,常见暴露面为(2134)面、(0118)面;晶体不同表面Ca活性质点的未饱和键密度大小顺序分别为:白钨矿(101)≥(111) ≥(001),方解石(2134)≥(0118)≥(1014)。矿物表面Ca质点性质可能是造成两种含钙矿物选择性分离难的关键因素,因此在实际矿石的浮选中,可以通过磨矿等方式增加疏水性强的晶面、减少亲水性强的晶面来提高钨矿物对捕收剂的吸附,促进矿物的浮选。

于洋通过对黑钨矿、白钨矿、石榴石、方解石和萤石矿物晶体结构中化学键参数进行计算,发现矿物的晶体结构中,M代表属离子,X代表非金属离子,Mn+-Xn-键长、离子键百分数、库仑力、离子键极性以及相对键合强度之间具有很好的一致性。Mn+-Xn-键长越短,离子键百分数越小,键的极性就越小,离子之间的库仑力就越大,相对键合强度就越大,Mn+-Xn-键就越难以断裂;矿物晶体结构中二价金属离子M2+-Xn-键的强弱顺序为:黑钨矿>白钨矿>石榴石>方解石>萤石,与其它含钙矿物相比,Ca2+与白钨矿表面结合最为牢固;由于萤石的离子性成分最高,因此其与高极化的水分子作用最为强烈,表面亲水性最强。

于洋还从矿物解离后表面Ca2+离子的暴露位置、表面ΣCa2+/ΣXn-相对含量、Ca-X键的强弱及表面不饱和键力的强弱等方面,分析了在白钨矿浮选过程中,不同调整剂对其他含钙矿物的选择性抑制机理。使用络合调整剂六偏酸钠对其他含钙矿物的选择性抑制作用在于:若含钙矿物表面Ca-X强度较弱,矿物表面Ca2+容易与络合调整剂作用而掩蔽于液相中,从而使矿物表面与捕收剂作用的活性质点减少。若含钙矿物表面ΣCa2+/ΣXn-较高,则矿物表面正电性较高,同时矿物表面暴露O元素的剩余键强较大,因此大分子有机调整剂羧甲基纤维素可选择性的抑制其他含钙矿物。在白钨矿与含钙矿物可浮性研究中指出,表面Ca-X强度较弱的含钙矿物,其表面Ca2+容易与络合调整剂作用生成可浮性差的络合物,并覆盖其表面,达到改变其他含钙矿物的表面化学组成的目的,实现白钨矿与其他含钙矿物的选择性分离。

张英基于密度泛函理论的第一性原理研究发现:白钨矿、萤石和方解石三种矿物的钙原子的态密度组成很相似,白钨矿和方解石费米能级附近的态密度主要由氧的2p轨道构成,萤石费米能级附近的价带主要由F2p轨道组成,因此,白钨矿和方解石在参与化学反应时是氧的活性较强,而萤石则是氟的活性较强;白钨矿和方解石表面都有价键未饱和的钙离子,萤石表面的氟与氟之间的化学键最容易断裂,但氟离子的水化自由能比表面钙离子的小,容易优先水化进入溶液,使得表面也产生价键不饱和钙离子,在浮选过程中表现出相似的浮选性能。

Hu Y通过密度泛函理论(DTF)计算了白钨矿六个表面中非均质表面化学键破坏密度和表面能。计算结果表明,表面能与矿物表面化学键破坏密度成正比,(112)和(001)是主要被破坏和暴露的表面,X射线衍射也证实了这一点。通过接触角试验、AFM和浮选试验研究了这两个表面在油酸钠和DDA溶液中的不均匀吸附反应和润湿性。在给定的油酸钠浓度下,(112)和(001)解离面接触角值降低,降低值(112)>(110)。DDA溶液中也能观察到相同现象。AFM、表面吸附能和分子模拟计算解释了油酸分子在(112)和(001)解离面的不均匀吸附反应。

Gang Zhao通过密度泛函理论(DFT)计算、矿物浮选试验、吸附测量和动电位测量研究了环己基异羟肟酸(CHA)作为一种新的捕收剂对白钨矿浮选的影响。密度泛函理论(DFT)计算结果表明环己基异羟肟酸酸根或者苯甲羟肟酸酸根的阴离子和中性分子展现出更强的化学活性,在苯甲羟肟酸分子中苯基被环己基取代显著增强了羟肟酸捕收剂的给电子能力。在碱性溶液中,在环己基异羟肟酸或者苯甲羟肟酸酸根中两个氧原子比其它的原子带更多负电荷,结果变成了它们的反应中心。环己基异羟肟酸酸根展现出更高的原子电荷值、分子轨道能、更大的偶极矩和与Ca2+离子的键合能,因此它比苯甲羟肟酸对白钨矿具有更强的捕收能力。除此之外,浮选试验结果、吸附测量、动电位测量证实了环己基异羟肟酸比苯甲羟肟酸的捕收能力更强,与计算结果取得了一致性。

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