烷基水杨醛肟类铜萃取剂结构与萃取性能的构效关系研究

Because the rapid development of Chinese economy makes rich copper ores gradually exploited, refractory copper ores will become the main part of copper resources. The refractory copper ores have not been fully used mainly because there are not special copper extractants, and there are little theoretical researches on the relationship between extraction performances and extractant structures, which caused many technical problems not been well explained in the industrial application process. This paper will study the influence of extractant structure on Cu2+ extraction performances by alkyl salicylaldoxime. It will be studied that the influence laws of the frontier orbital coefficients, net negative charge, hydrophobicity and molecular volume on extraction performances by using quantum chemistry software and orthogonal experiments respectively, and the reaction process between extractants and Cu2+ will be studied through thermodynamics and kinetics, and then the quantitative structure-efficiency relationships between the structure of alkyl salicylaldoxime and extraction efficiency will be built. Research results can provide directions for the development of copper extractants, and provide technical supports for the comprehensive utilization of copper resources, and plays a positive role in alleviating the contradiction between supply and demand of copper.

中国经济快速发展使易选富铜矿逐渐被开采利用，难选铜矿（包括氧化铜矿、低品位铜矿）将成为未来铜矿资源的主要组成部分。由于国内铜专用特效萃取剂的应用研究不够等原因导致这类难选铜矿一直未被充分利用，且从事萃取剂结构与萃取性能的理论研究偏少，导致无法很好地解释萃取剂在应用过程中遇到的技术难题。本课题以烷基水杨醛肟为研究对象，分析萃取剂结构变化对铜离子萃取性能的影响规律；利用量子化学软件来重点分析萃取剂的前线轨道系数、净负电荷、疏水性、分子体积等对铜萃取率的影响；通过正交实验研究各相关参数对萃取率影响的大小；通过热力学和动力学研究萃取剂与铜离子的反应过程；建立烷基水杨醛肟类萃取剂结构与铜离子萃取性能之间的定量构效关系。研究成果为开发铜高效萃取剂提供方向，为难选铜矿资源的综合利用提供技术支持，对缓解铜供需矛盾有积极作用。

中国经济快速发展使易选富铜矿逐渐被开采利用，难选铜矿（包括氧化铜矿、低品位铜矿）将成为未来铜矿资源的主要组成部分。由于国内铜专用特效萃取剂的应用研究不够等原因导致这类难选铜矿一直未被充分利用，且从事萃取剂结构与萃取性能的理论研究偏少，导致无法很好地解释萃取剂在应用过程中遇到的技术难题。本课题以烷基水杨醛肟为研究对象，开展了此类萃取剂的结构与其对铜离子的萃取效果之间的构效关系研究。获得的主要结论和数据有：（1）、成功利用国产原料合成了两种新的烷基水杨醛肟萃取剂，它们是叔丁基水杨醛肟和特辛基水杨醛肟，纯度分别达到97%和94%，同时也获得了最优化的合成工艺；（2）、利用甲醇和镁直接反应，在回流状态下当搅拌速率为60转/分钟和温度为65℃时，产物最高收率可达到95%，获得的甲醇镁可直接应用到烷基水杨醛肟的合成工艺中；（3）、通过改变烷基水杨醛肟系列药剂中苯环对位上不同R基团的结构，发现R基团碳原子数低于4的烷基水杨醛肟更适合作为铜矿物的浮选捕收剂、高于4的烷基水杨醛肟更适合作为铜离子的湿法萃取剂，尤其是R基团碳原子数为8或9时，铜离子的萃取效果较好；（4）、R基团为特辛基的烷基水杨醛肟对铜离子一级萃取率和反萃率都可达到90%以上，铜铁分离系数大于1000；（5）、利用量子化学软件重点分析萃取剂的前线轨道系数、净负电荷等对铜萃取率的影响，发现此类萃取剂的活性原子是肟基中的N原子，且R基团的结构对N原子的净负电荷有很大影响，这将影响到萃取剂对铜离子的选择性；（6）、通过直线斜率法和饱和浓度法确定了烷基水杨醛肟与铜离子的反应摩尔比为2:1，并获得了此类萃取剂最优的萃取工艺。本项目研究成果丰富了烷基水杨醛肟萃取剂的种类，获得了萃取剂部分微观结构参数对萃取效果的影响规律，对开发铜高效萃取剂提供方向和依据，为难选铜矿资源的综合利用提供技术支持。