浮選藥劑分子設(shè)計

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1、浮選藥劑分子設(shè)計???浮選藥劑分子設(shè)計包括極性基設(shè)計和非極性基設(shè)計。????（一）極性基設(shè)計????極性基主要決定浮選藥劑的價鍵因素，而價鍵因素可以用基團電負性、分子軌道指?數(shù)和能量判據(jù)來表征，因此，基團電負性計算、分子軌道計算和能量判據(jù)計算是進行浮選藥劑極性基設(shè)計的主要方法。前者簡便有效，是目前設(shè)計極性基的主要方法，后兩者雖然結(jié)果更加精確，但計算較復(fù)雜。????1、基團電負性設(shè)計方法????基團電負性（electronegativityofgroup）是元素電負性概念的擴大，指化學(xué)基團中直接與外界接觸的鍵合原子受鄰近原子的影響后的電負性。根據(jù)浮

2、選藥劑的結(jié)構(gòu)特點，參照Wilmushurst、袁漢杰等的元素電負性計算式及蔣明謙誘導(dǎo)效應(yīng)指數(shù)的概念，得出的浮選藥劑基團電負性計算公式為：?xg=0.31（n*＋1）＋0.5（1）r?n*=（N－P）＋Σ2m0Σ0＋Σs0δ0＋Σ2mi＋siδi（2）αi????式中，n*為鍵合原子的有效價電子數(shù)，r為鍵合原子的共價半徑，N和P分別是鍵合原子的價電子數(shù)和被相鄰原子鍵合的電子數(shù)，m0和mi分別是零號和i號鍵數(shù)目，s0和si分別為相鄰原子和間隔原子的未成鍵電子數(shù)，α是隔離系數(shù)。????各類浮選劑（硫化礦捕收劑或抑制劑A、過渡金屬非硫化礦捕收劑或抑制劑B

3、、堿及堿土金屬非硫化礦捕收劑或抑制劑C）應(yīng)滿足的xg的要求如表1所示。表中xg－xH是藥劑基團電負性與氫電負性之差，是藥劑極性大小的判據(jù)，由xg－xH計算（%）是藥劑離子性百分數(shù)，反應(yīng)了藥劑的解離、溶解性質(zhì)，xM是金屬的電負性，xg－xH表征了藥劑與礦物金屬間鍵的極性大小，由此計算的Φ%是藥劑—金屬鍵的離子性百分數(shù)，用以判斷鍵的類型和強弱程度。?表1?各類捕收劑極性基的xg及Φ值（Hannay）判據(jù)A型B型C型xgxg－xHΦ%xMxg－xMΦ%2.5～3.30.4～1.27～241.8(Fe)～2.4（Au）0.1～0.52～303.7～3.9

4、1.6～1.830～401.5（Ti）～1.8（Fe）1.9～2.437～464.0～4.21.9～2.140～500.9（Ba）～1.5（Mn）2.5～3.350～65????按組成和排列方式，極性基的結(jié)構(gòu)模型有五種（如表2所示），其中字母U、V、W、X、Y等代表組成極性基的各種原子，U為鍵合原子，各種原子間的連接可以是單鍵、雙鍵、叁鍵和其他重鍵。當(dāng)U、V、W、X、Y選取不同的元素時，每種模型都可以有多種排列方式。?表2?各種極性基結(jié)構(gòu)的五種模型????在設(shè)計極性基結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)遵循：鍵合原子—一級連接原子一二級連接原子—…的順序，因為鍵合原子的

5、浮選藥劑性能的決定因素，其次是一級連接原子，它對鍵合原子的影響最大，再其次是二級連接原子，一次類推。???2、分子軌道計算????分子軌道方法是基于對薛定諤方程的求解。按求解方案的不同，分子軌道有多種計算方法，如半經(jīng)驗分子軌道法、密度泛函法和abinition等。????采用分子軌道計算方法設(shè)計極性基的過程是：首先是針對給定礦物，選取適當(dāng)?shù)挠嬎隳Ｐ停▎蝹€或多個晶面、晶胞）計算它的性質(zhì)。然后根據(jù)算出的礦物的分子軌道指數(shù)，按照反應(yīng)性匹配的原則，確定出需設(shè)計的浮選藥劑極性基的各種分子軌道指數(shù)，采取類似于基團電負性設(shè)計藥劑極性基的方法，用計算機模擬各種可

6、能的極性基結(jié)構(gòu)，計算并選出合適的極性基。再對極性基與礦物的作用體系進行計算，并綜合比較，根據(jù)分子軌道指數(shù)值，選取作用能力、選擇性較好的極性基結(jié)構(gòu)即為所需要的滿足給定礦物浮選要求的浮選藥劑。????3、能量判據(jù)計算方法????能量判據(jù)用于藥劑極性基設(shè)計的過程與分子軌道法類似，基本過程為：首先對指定礦物和礦石分別進行量子化學(xué)處理，獲取浮選分離體系的量子化學(xué)參數(shù)q1、ρ1HO、ρ1LO、ELHO及ELLO，然后按各級原子的選取原則和表2的五種模型拼合各種可能結(jié)構(gòu)的極性基，并進行量子化學(xué)處理，獲取這些結(jié)構(gòu)的極性基藥劑的量子化學(xué)參量qr、ρrHO、ρrLO

7、、ERHO及ERLO。此處各符號的意義為：q1和qr分別是礦物被鍵合原子和藥劑鍵合原子的凈電荷；ρ1HO、ρ1LO分別為礦物HOMO、LUMO上被鍵合原子的電子密度：ρrHO、ρrLO分別為藥劑HOMO、LUMO上鍵合原子的電子密度；ELHO、ELLO分別為礦物HOMO、LUMO軌道的能量；ERHO、ERLO分別為藥劑HOMO、LUMO軌道的能量。其次計算各種不同極性基結(jié)構(gòu)藥劑分別對指定礦物和脈石礦物作用的能量判據(jù)，選取對指定礦物和脈石礦物具有最大總能量變化差值的極性基，即為所需的最佳極性基結(jié)構(gòu)。????（二）非極性基設(shè)計????非極性基對浮選藥

8、劑的性能有多方面的影響，非極性基的組成和結(jié)構(gòu)決定藥劑在礦漿中的溶解分散能力，非極性基相互的綜合作用能影響藥劑在礦物表面吸收的牢固程度，它