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摘要
浮选过程中,捕收剂对实现有用矿物和脉石矿物的有效分离起着至关重要的作用,作为典型的阳离子捕收剂,脂肪胺广泛应用于浮选实践中。随着计算机技术的快速发展,计算机模拟方法可以从微观层面上研究分子真实的结构和相互作用机理,它已经成为连接理论研究与实验表征的桥梁。作为有别于传统研究手段的全新科研方法,分子动力学模拟借助力场参数描述分子内和分子间的相互作用,是研究表面活性剂、水在固体表面吸附的有用工具。采用分子动力学模拟方法研究不同烷基链长度的阳离子捕收剂与云母(001)表面的相互作用,计算了不同链长的铵离子与云母表面的吸附能,结果表明:烷基丙基醚铵离子的捕收性能比烷基三甲基季铵离子好,这与已有浮选实验结果相吻合。相互作用能的结果证实捕收剂离子与矿物表面的相互作用强弱顺序为:烷基二甲基苄基铵离子<烷基二甲基叔铵离子<N-烷基-1,3-丙二铵离子、烷基丙基醚铵离子和N-(3-氨丙基)-烷基酰铵离子,即N-烷基-1,3-丙二铵离子、烷基丙基醚铵离子和N-(3-氨丙基)-烷基酰铵离子是相对更有效的捕收剂。利用PCFFphyllosilicates力场对真空环境下胺类捕收剂阳离子与石英(001)表面的相互作用进行了分子动力学模拟研究,计算了不同烷基链长度的铵离子在石英(001)表面的吸附能。结果表明:与烷基二甲基叔铵离子、烷基三甲基季铵离子和烷基二甲基苄基铵离子相比,烷基伯铵离子、N-烷基-1,3-丙二铵离子、烷基丙基醚铵离子和N-(3-氨丙基)-烷基酰铵离子与石英表面的相互作用能更低,即相互作用强度更大,这意味着,烷基伯铵离子、N-烷基-1,3-丙二铵离子、N-(3-氨丙基)-烷基酰铵离子和烷基丙基醚铵离子在浮选过程中可作为有效的捕收剂。MD结果还揭示出带正电荷的铵离子头基依靠静电作用力吸附于石英表面,而且在烷基伯铵离子、N-烷基-1,3-丙二铵离子、烷基丙基醚铵离子和N-(3-氨丙基)-烷基酰铵离子吸附系统中,头基氢原子将与石英表面形成氢键,这在一定程度上增强了铵离子与石英之间的吸附作用。利用分子动力学方法研究不同碳链长度的丁烷-α,ω-双烷基二甲基铵离子在云母和石英(001)表面的吸附作用,探讨了丁烷-α,ω-双烷基二甲基铵离子结构与吸附行为之间的联系。MD模拟结果表明铵离子含氮头基的结构是影响铵离子与云母和石英(001)表面相互作用强度和吸附过程的最主要因素,离子的碳链长度对吸附体系中相互作用的影响不明显。计算所得丁烷-α,ω-双烷基二甲基铵离子与矿物表面的相互作用能数值表明,相比烷基三甲基季铵离子,丁烷-α,ω-双烷基二甲基铵离子的捕收性能更好,是一种有效的阳离子捕收剂。由于取代基的空间位阻效应,丁烷-α,ω-双烷基二甲基铵离子头基中的氢原子无法与矿物表面氧原子形成氢键。研究发现,铵离子的极性基与云母和石英表面相平行,而且在(001)面上的吸附形态不够稳定。
- 出版日期2016
- 单位江西科技师范大学
