浮选药剂分子与矿物表面相互作用的空间结构匹配效应研究

Both mineral surface and flotation reagent molecule have a certain spatial structure, and steric effect would be occur during the adsorption of flotation reagent molecule on the mineral surface. hence, effective interaction of flotation reagent molecule with mineral surface requires the matching in the spatial structure and electronic propeties. The spatial structure effect on the interaction of reagent molecule with mineral surface will be studied by using crystal field theory, the theory of coordination chemistry, quantum theory, the theory of solid physics and thermokinetics method based on the measurement of micro-heat. The influence of spatial structure and coordination structure on the residual valence bond properties will be investigated, and the micro model of adsorption activity of atom on the mineral surface will be built. The effect of mineral surface on the adsorption performance of flotation reagents will be explored from micro adsorption structure, thermokinetics and kinetics. The spatial structure matching of spatial structure between flotation reagent molecule and mineral surface will be obtained. This research extends the traditional molecular design parameters "structure-activity" to "reagent molecular structure-mineral surface structure-activity", which would be very significant for the molecular design theory of flotation reagent and the development of new efficiency flotation reagents.

矿物表面和浮选药剂分子都具有一定的空间结构，浮选药剂分子与矿物表面作用具有空间结构位阻效应，浮选药剂分子和矿物表面发生有效作用需要在空间结构上和电子性质上相互匹配。本项目采用晶体场理论、配位化学理论、量子理论、固体物理理论以及基于微量热技术的微热动力学方法研究矿物表面原子与浮选药剂分子作用的空间结构效应，考察空间结构和配位结构对矿物表面原子剩余价键性质的影响，建立矿物表面原子吸附活性的微观模型；从吸附构型、吸附热力学和吸附动力学等方面研究矿物表面相邻原子、配位数以及空间结构位阻效应对浮选药剂吸附性能的影响，建立浮选药剂分子与矿物表面作用的空间结构相互匹配模型。项目研究将传统浮选药剂分子设计中“结构-性能”两维参数，扩展到“药剂分子结构-矿物表面结构-性能”三维参数，研究结果对于浮选药剂分子设计和新药剂开发具有重要的理论意义和实际应用价值。

传统浮选药剂以分子结构和性能研究为主，缺乏对矿物表面结构和性质的研究，从而限制了靶向高效浮选药剂的设计与开发应用。本项目采用配位化学、密度泛函理论以及微量热测试等研究了浮选药剂分子与矿物表面空间结构的相互匹配效应，主要开展了浮选捕收剂分子结构与态密度关系，配位原子对金属离子性质和药剂作用的影响，金属离子配位空间结构对药剂作用的影响，以及浮选药剂分子与表面原子轨道匹配等内容的研究。项目取得了如下重要成果：1)提出了采用态密度作为浮选药剂结构-性能的新方法和判据，揭示了浮选药剂分子组成变化和空间结构变化对药剂电子性质和轨道杂化的影响，为浮选药剂分子轨道设计提供了理论依据。2）构建了矿物表面空间结构与表面原子反应活性的关系，揭示了配位原子和表面空间结构对金属原子轨道杂化和成键能力影响的微观机理，研究结果为浮选药剂分子设计提供了靶向作用基础，对靶向高效浮选药剂的官能团和分子结构设计具有重要意义。3）建立了浮选药剂分子与矿物空间匹配作用模型，揭示了捕收剂分子结构、配位原子以及空间结构对浮选药剂与矿物表面相互作用的微观机制，首次提出了浮选药剂分子结构和矿物表面空间结构在物理上和化学性质上的匹配观点。4）建立了捕收剂与矿物表面作用的热力学函数与晶体结构和性质的关系，揭示了矿物表面性质与捕收剂分子作用的热效应的关系。矿物表面极性与捕收剂吸附热为正相关，偏离理想晶体能够促进捕收剂的作用。捕收剂在疏水表面的吸附速率大于亲水表面。研究成果将传统浮选药剂结构-性能二维参数拓展到药剂-矿物表面-性能多维参数，首次从揭示了矿物表面空间结构和性质对浮选药剂作用的影响，提出了浮选药剂与矿物表面在空间结构和性质上的相互匹配概念，研究成果对于浮选靶向药剂分子设计具有重要的理论意义和实践价值。