锂云母矿颗粒可浮选性及其界面化学的多尺度分子模拟

江西宜春锂云母是我国探明并开发利用最大的锂矿石资源，是科技部挂牌 "宜春国家锂电新能源高新技术产业化基地"，围绕锂资源高效利用技术研究，对国家锂电新能源全球战略具有重要意义。目前尾矿中锂云母采用浮选法回收，但浮选的选择性不高，锂云母回收率较差。提高锂云母资源利用率的核心问题是充分研究锂云母矿颗粒表面性质、以及浮选药剂在锂云母矿颗粒表面的可选择性吸附。本项目在实验研究的基础上，结合多尺度分子模拟方法，研究浮选药剂在锂云母矿颗粒表面的吸附过程，开发适合云母等硅酸盐晶体表面粗粒化处理的方法，多尺度研究浮选药剂在锂云母矿颗粒表面的吸附过程、形貌特征及吸附动力学，并通过全原子分子动力学计算，结合AFM、FTIR等分析测试手段对模型参数进行修正和完善。本研究不但对锂云母的浮选有指导意义，对其它硅酸盐表面粗粒化建模方法及其吸附过程的研究也有借鉴意义。

江西宜春锂云母是我国探明并开发利用最大的锂矿石资源，锂云母的浮选分离、提高锂云母的浮选回收率是充分利用锂资源的关键第一步。本项目通过理论与实验研究，在捕收剂的分子设计、浮选药剂组合、抑制剂与活化剂等方面，有望对锂云母的浮选分离提供理论指导。.（1）对江西宜春地区锂云母矿藏资源进行了广泛的调查研究，包括宜春、宜丰、奉新等地，对不同矿资源进行了磨矿时间、捕收剂选择、捕收剂用量等选矿条件试验。通过试验筛选得到了合理的捕收剂、抑制剂、活化剂配方。（2）采用量子化学的密度泛函方法，研究了不同溶剂条件下十二胺的溶剂化效应，以揭示不同溶剂条件下十二胺捕收剂分子结构、表面电荷、轨道能级变化等，在此基础上进一步研究十二胺在水相中的短程氢键作用模式，从静电吸附机理和氢键作用模式角度解释云母类矿物浮选机理。（3）利用PCFF_phyllosilicates力场对不同链长胺类在白云母(001)面的吸附进行了分子动力学研究。结果表明不同类型的捕收剂在白云母表面有不同的吸附形态，表现在吸附高度以及方向有序度等方面，伯铵离子在白云母表面的吸附更稳定，而季铵的吸附有一定的“流动性”。（4）研究了不同数量水分子在白云母(001)面的吸附，考察了原子密度分布、径向分布函数、氢键分布、密度场、均方位移和水化能等性质。当白云母表面的水分子达到单层时，靠近白云母/水界面的前三层水分子层的密度不随水分子数量的增多发生改变；固/液界面水分子比远离界面的水分子排列更为有序；原子密度分布、氢键浓度分布曲线表明白云母固体基质对水分子微观结构影响的“固体效应”。（5）研究了不同数量十二胺水溶液在白云母(001)面的单层吸附过程，以研究表面覆盖率对白云母/水界面微观结构的影响。所有体系中白云母/水界面都能形成半胶束结构，十二胺头基朝向表面，而碳氢链指向水溶液。表面覆盖率越高，疏水性越强。（6）对不同链长伯铵在白云母/水界面的吸附进行了分子动力学研究。计算了水环境下伯铵离子与白云母表面的相互作用能，从理论上给出了长链的疏水性强于短链的疏水性的证据。伯铵离子可以在白云母表面形成方向相对有序的结构，头基与表面桥氧原子之间的氢键即使受头基附近水分子的影响，头基仍然“局限”于白云母表面的六元环中。通过本项目研究，发表研究论文12篇，其中SCI/EI收录论文8篇，会议论文2篇，申请发明专利3项，培养博士和硕士研究生各1名。