含金黄铁矿晶体结构和性质及浮选药剂分子吸附的研究

The properties of and floatability of mineral depend on its crystal structure. Pyrite is an important Au-bearing mineral; however, the occurrence of gold in pyrite crystal lattice is still on debate. In this project, using density functional theory method, the structural and chemical properties of Au in pyrite crystal and the stable sturcture of Au-bearing pyrite are studied, and the effects of Au on pyrite crystal and electronic structures are investigated. The frontier orbitals of Au(As)-bearing pyrite are researched, and the frontier orbital model of the interaction the flotation reagent molecules and pyrite are constructed. In addition, on the basis of the study of the adsorption of cellector molecules with differerent groups and structures, OH- and CaOH+ on Au-bearing pyrite and Cu activation of Au-bearing pyrite surface, the interaction model of flotation reagents with Au-bearing pyrite surface are constructed. Microcalorimetry is used to measure the adsorption thermodynamics of flotation reagent molecules on Au-bearing pyrite such as entropy, enthalpy and Gibbs free energy. Through the analysis of the adsorption process of molecule on the mineral surface, the dynamics properties, rate constant, reaction order and activation energy H obtained. Hence, the adsorption thermodynamics and dynamics model of reagent molecules on Au-bearing pyrite surface are constructed. The study results have great significance on understanding the structural properties and floatability of Au-bearing pyrite.

矿物的晶体结构决定其性质和浮选行为。黄铁矿是重要的载金矿物，然而对于黄铁矿晶格中金的赋存方式一直都存在争论。本项目采用密度泛函理论方法研究金在黄铁矿中的结构及化学态，研究含金黄铁矿的稳定结构，考察金杂质对黄铁矿晶体及电子结构的影响；研究金（砷）杂质对黄铁矿前线轨道的影响，建立浮选药剂分子与矿物作用的前线轨道模型；考察不同官能团和结构的捕收剂分子、氢氧根、羟基钙在含金黄铁矿表面的吸附，以及铜离子对含金黄铁矿表面的活化行为，建立浮选药剂分子与矿物表面作用模型；采用微量热法实际测量浮选药剂分子在含金黄铁矿表面的吸附熵、焓变、吉布斯自由能等热力学函数；通过分析浮选药剂分子在含金黄铁矿表面吸附的过程，获得药剂分子与含金黄铁矿反应的速率常数、反应级数、活化能等动力学函数，建立含金黄铁矿与浮选药剂分子作用的热力学和动力学模型。研究结果对查清含金黄铁矿的结构性质及浮选行为有重要的意义。

矿物的晶体结构决定其性质和浮选行为。黄铁矿是重要的载金矿物，然而对于黄铁矿晶格中金的赋存方式一直都存在争论。本项目采用密度泛函理论方法研究金在黄铁矿中的结构及化学态，研究含金黄铁矿的稳定结构，考察金杂质对黄铁矿晶体及电子结构、表面药剂吸附的影响；采用微量热法实际测量浮选药剂分子在含金黄铁矿表面的吸附热动力学，获得吸附热和吸附速率系数及反应级数。. 通过研究发现金可能以取代硫或间隙位存在于黄铁矿晶体中，金与黄铁矿中的硫共价结合与铁反键结合，原子轨道之间发生杂化，并且黄铁矿由p型半导体变为n型半导体，能带中出现杂质能级；证实了金-砷二元杂质在黄铁矿晶体中的正相关系，即砷含量越高金越容易赋存在黄铁矿晶体中；前线轨道计算表明，金杂质使黄铁矿晶体的费米能级升高，与捕收剂作用增强，另外轨道系数计算表明金对前线轨道（HOMO和LUMO）产生了贡献并且影响了晶体中的铁和硫原子的活性；建立了捕收剂黄药、黒药和乙硫氮与矿物作用模型，发现金杂质使捕收剂吸附增强；发现铜离子以吸附在表面硫位的方式活化黄铁矿，并且在含金表面的铜活化增强；发现石灰抑制剂中钙离子会与表面硫位作用，因而减少了铜活化的位置，另外金杂质对氧的亲和性导致氢氧化钠类抑制剂的抑制作用增强，而对石灰抑制影响不大；微量热测量表明，金杂质的存在改变了黄药、黒药和硫氮的吸附热，对速率系数也产生了一定了影响，但是没有改变一级反应动力学。. 本项目研究结果将为含金黄铁矿的研究提供理论基础，对查清含金黄铁矿的结构性质及其对浮选的影响有重要意义，为含金黄铁矿的浮选新药剂设计和开发提供了理论依据，并对促进含金硫化矿浮选技术进步和新药剂开发具有重要的理论和应用价值。.