混合用药在白钨矿浮选中的协同效应的结构匹配机制研究

Research on synergism of combined use of reagents provides an important theoretical guidance for developing new mixed reagents and even for processing refractory ores. This project will investigate the synergism of oxidized paraffin wax soap in scheelite flotation and try to reveal the steric compatibility in synergistic mechanism of combined use of reagents. After analyzing the compositions of oxidized paraffin wax soap, the synergistic patterns of the groups and of the compositions of each group will be studied to reveal the equivalent combination of reagents to oxidized paraffin wax soap; atomic arrangement patterns and surface morphology of scheelite, calcite and fluorite will be studied to reveal their structural characteristics; a force field for the flotation system of scheelite will first be developed, and then molecular dynamics simulations of the adsorption of oxidized paraffin wax soap on surfaces of the three minerals will be conducted to reveal the microscopic structures of adsorption and thereby the steric compatibility in the synergism of oxidized paraffin wax soap in the flotation of scheelite; with the guidance of this mechanism, practice of formulating mixed collectors will be carried out. Series of mixed collectors with fatty acids as the major constituents will be designed and screened through flotation tests with the aim of developing highly selective mixed collectors for scheelite. The successful implementation of the project will enrich the theory of synergism of combined use of reagents, provide a theoretical guidance for mixing flotation reagents and in the mean time offer a new way of thinking in developing new collectors for refractory ores.

混合用药的协同机制研究对混合药剂的开发和难选矿的分选都具有重要的理论指导意义。本项目以氧化石蜡皂在白钨矿浮选中的协同效应为研究对象，从结构匹配角度研究混合用药的协同机制，进而揭示其选择性机理。在对氧化石蜡皂的组分分析的基础上，研究氧化石蜡皂中各药剂类型间以及各同类型药剂间的协同规律，揭示氧化石蜡皂的等效捕收药剂组合；研究白钨矿、方解石及萤石的表面原子排布规律及表面形貌，揭示三种矿物的表面结构特点；建立白钨矿浮选体系的分子力学力场，对氧化石蜡皂在三种矿物表面的吸附进行分子动力学模拟，揭示其微观吸附结构，进而揭示氧化石蜡皂在白钨矿浮选中的协同效应的结构匹配机制；在该机制指导下进行药剂复配研究，设计系列脂肪酸类混合捕收剂，并通过浮选来进行筛选，开发出高选择性的白钨矿混合捕收剂。项目的成功实施将丰富混合用药协同效应的理论体系，为选矿药剂的复配实践提供理论指导，同时为难选矿的药剂开发提供一条新思路。

混合用药的协同机制研究对混合药剂的开发和难选矿的分选都具有重要的理论指导意义。 本项目以氧化石蜡皂在白钨矿浮选中的协同效应为研究对象，从结构匹配角度研究混合用药的协同机制，进而揭示其选择性机理。氧化石蜡皂主要是饱和脂肪酸，基本包含了碳链长度5-18的所有脂肪酸，其中以碳链长度7-14的脂肪酸为主，平均每种脂肪酸含量约为10%。本研究将其所含脂肪酸根据碳链长度依次分为四组，研究该四组脂肪酸的协同规律及结构匹配机制。通过单矿物实验对其协同规律的研究发现，连续且更大范围的碳链长度更有利于混合脂肪酸的协同效应，较长碳链的组分对混合脂肪酸的协同效应更关键。但是也存在一个药剂碳链长度的上限，如组分4。对白钨矿和方解石的表面晶体结构的分析发现，与方解石表面钙离子处于同一平面不同的是，白钨矿（101）面的相邻钙离子以一高一低的锯齿形分布，它有利于脂肪酸分子的羧基的两个氧原子与一高一低的钙离子同时键合，实现脂肪酸分子与表面钙离子的五元鳌合。因此，脂肪酸与白钨矿表面的吸附作用更强，吸附更稳定。最终形成的吸附单层也更紧密。对混合脂肪酸在白钨矿和方解石表面的吸附行为研究发现，733在白钨矿上的吸附量始终高于方解石。这是因为其组成脂肪酸中的大部分，碳链长度较油酸要短，即其钙盐的溶度积较高，导致其表面沉淀的能力降低，进而使化学吸附对最终吸附量的影响更显著。化学吸附的影响越显著，脂肪酸在白钨矿和方解石上的吸附量差别越大。因此，要提高在白钨矿和方解石分选中药剂的选择性，需要提高捕收剂极性基团的吸附强度同时降低碳链长度以提高其钙盐溶度积。对混合脂肪酸在水溶液中形成胶束的粗粒化分子动力学模拟表明，长度连续的脂肪酸组合更有利于形成结构紧凑密实的胶束。而且，其中最短的脂肪酸对于形成更紧密结构的胶束至关重要。从脂肪酸分子间结构匹配角度，长度连续且包含短链的脂肪酸组合匹配度更高。上述匹配机制研究为开发更高效白钨矿混合捕收剂提供了方向。