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文檔簡介
1、作為一種重要的不可再生資源,磷灰石的綜合回收利用是自然界中磷循環(huán)的重要組成部分。然而天然磷礦石在形成過程中常常和其他脈石礦物共生或伴生,例如,石英、白云石、方解石等。這些礦物與磷灰石的物理、化學(xué)性質(zhì)接近,且在形成過程中嵌布復(fù)雜,難以分離,因此長期以來磷礦的分選一直困擾著人們。目前浮選被認為是分離磷礦石中有價磷資源最有效的方法之一,然而浮選工藝常常受制于浮選藥劑,同時常規(guī)浮選藥劑帶來的生態(tài)問題也是磷礦石分選工作不得不面對的問題。因此,探索
2、磷礦石浮選綠色高效的浮選藥劑已迫在眉睫。本論文基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理,研究了兩種磷灰石的晶體結(jié)構(gòu)和表面浮選行為機理??疾炝朔谆沂吐攘谆沂w相及(001)面的結(jié)構(gòu)及電子性質(zhì);重點研究了兩種磷灰石浮選過程中水分子和捕收劑的作用機理。主要研究結(jié)果如下:
1.氟磷灰石和氯磷灰石的禁帶寬度分別為5.667 eV和5.154 eV,兩種磷灰石的態(tài)密度分布的差異主要顯示在通道原子。相對于F,Cl的能帶整體移向高能級方向,
3、其3s和3p態(tài)均較F2s和2p能級高,且Cl3p態(tài)更寬,更接近費米能級,即氯磷灰石穩(wěn)定性不如氟磷灰石。研究表明,F(xiàn)得電荷能力強于 Cl,對應(yīng) F2s和2p態(tài)荷電分別是1.96 e、5.72 e;Cl3s和3p態(tài)得電荷分別是1.94 e和5.65 e。兩種磷灰石中的O—P長度接近,但是氟磷灰石的F—Ca結(jié)合作用明顯強于氯磷灰石的Cl—Ca作用,同時氯磷灰石中的O—Ca較氟磷灰石的短。進一步研究顯示 O—P具有較強的化合鍵性質(zhì),對應(yīng)原子間作
4、用也最強;F—Ca、O—Ca和Cl—Ca呈現(xiàn)更多的離子性,且鍵長更長。
2.氟磷灰石的Ca終端面和氯磷灰石的Ca-Cl終端面分別為對應(yīng)表面能最小的終端面,其值分別為3.86 eV/cell和3.72 eV/cell。弛豫分析顯示,這幾種終端面中位于獨立層的Ca原子表現(xiàn)出較大的位移,但位移仍不足以引起表面原子的重構(gòu)。進一步研究顯示氟磷灰石的Ca終端面和氯磷灰石的Ca-Cl和Ca終端面的性質(zhì)更接近于各自的體相。
3.氟磷
5、灰石的F-A構(gòu)型吸附能最大,對應(yīng)值為-69.541 kJ/mol;最小的是F-B構(gòu)型,對應(yīng)值為-123.817 kJ/mol。氯磷灰石的最大值為Cl-A構(gòu)型,其值為-67.033 kJ/mol;最小值為Cl-D構(gòu)型的-118.996 kJ/mol。態(tài)密度分析顯示,單個水分子在兩種磷灰石表面的吸附對其表面性質(zhì)產(chǎn)生了一定的影響,這種作用主要表現(xiàn)為物理作用。單層水分子膜吸附研究顯示,水分子在磷灰石表面的作用呈現(xiàn)出一種有規(guī)律的無序排列。
6、 4.捕收劑(CH3(CH)2COO)分子在磷灰石(001)面的吸附只存在一種構(gòu)型,即在最外層的Ca1位點,對應(yīng)氟磷灰石(001)面和氯磷灰石(001)面的吸附能分別是-137.515 kJ/mol和-134.733 kJ/mol。Mulliken電荷布居顯示,吸附后捕收劑末端O86與Ca6的影響最為明顯。Mulliken鍵布居顯示捕收劑分子在磷灰石表面吸附后,原來圍繞在 Ca1位點的O被彈開,Ca—O變長,即藥劑分子在磷灰石表面的作
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