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浮选药剂结构性能 基本判据是

发布时间:2017-12-26    文章来源:山东浮选机厂家    作者:lynn

键合原子的性质决定浮选药剂对矿物的选择性好坏和在矿物表面吸附的强弱程度,因此键合原子的浮选药剂中最为主要的部分。浮选药剂的键合原子一般是N、O和S三种原子,除此之外,烯烃、炔烃和芳香烃的π键有时也可能提供电子与金属成键,如乙炔基甲醇、异丁烯基乙炔基甲醇和丁氧基乙炔氧基乙烷等就被报道用作硫化矿捕收剂。O键合原子易于同碱及碱金属非硫化矿作用,成键特性主要为离子键,选择性较差。S键合原子易于与带d6~d10电子的金属硫化矿反应,包括铜、铅、锌、铋、镍、汞、铁、金、银等金属及自然金属,形成共价键,选择性较好。含N键合原子药剂易于同d电子数较少的过渡金属矿物作用,如钛、铬、铁、钽、铌、锰等非硫化矿,形成具有共价键成分和离子键成分的过渡型键合。

浮选剂的非极性基可为直链烷基、异构烷基、不饱和直链烷基、芳香基和含杂原子的烃基。

直链烷基链的长短决定了浮选药剂的溶解度和表面活性,与药剂对矿物的作用能力也有密切关系。直链烷基有机同系物的溶解度随烷基链长的增长呈指数关系减小,其表面活性符合Tuaube法则,即每增加一个CH2单元,浮选药剂的表面活性增加3~5倍。直链烷基浮选药剂与矿物金属离子难溶盐的溶度积负对数PKsp与烷基碳原子数n呈线性关系[12],表明药剂对矿物的作用能力随烷基碳原子数增加而增强。

带异构烷基的浮选药剂除了像直链烷基浮选药剂那样随碳链增长,疏水性增强,表面活性加大以外,由于供电子诱导效应和空间位阻较大,往往还具有溶解分散性好、作用活性好和选择性高等特点。

不饱和直链烃基带双键或叁键,π电子流动性大,易于极化,有可能与矿物表面金属离子成键,其溶解度比同碳数直链烷基药剂大,同时由于存在顺、反异构现象,顺、反异构体在浮选性能上稍有差异。

芳香基除了与不饱和烃基一样,具有较大的极性,从而亲水性强、溶解分散力较好以外,还具有如下特点:一方面,芳香基可能与极性基形成π—π共轭,降低键合原子的配位能力,使药剂捕收活性下降;另一方面,芳香环如苯基、萘基等一般具有较大的空间位阻效应,可能使药剂选择性增加。

杂原子烃基是指烃基结构中含有O、S、Si、N、F、Cl、Br等原子。这些原子对浮选药剂性能的影响主要表现在;①杂原子的电负性一般比碳大,使非极性基中级性增大,从而使药剂的溶解分散能力变好;②杂原子烃基一般都具有较大的电子诱导效应,从而影响药剂的键合原子配位能力;③某些杂原子具有孤对电子,有可能与矿物表面金属离子发生键合,表现出一定的配位能力或静电吸附能力。

浮选药剂的性能取决于三个方面的结构因素,即价键因素(B),亲水—疏水因素(H)和立体因素(S)。如果以F(A)表示浮选剂的性能,则药剂的结构性能关系可以示意为F(A)=f(B、H、S),三种因素影响的大小取决于浮选药剂不同的结构组成部分,浮选药剂的分子设计事实上就是对这三种因素的计算和调整。

捕收剂、有机调整剂与矿物的作用包括物理吸附和化学吸附,浮选药剂结构与此种作用能力的关系,统归为价键因素。价键因素主要存在于极性基中,非极性基只有间接影响。

评判价键因素的大小主要有分子轨道理论指数、能量判据和基团电负性三种计算方法。

分子轨道(MO)理论是计算研究化合物性能的有效方法,在浮选药剂研究中已广泛采用。常用的评判浮选药剂价键因素的MO指数有分子轨道能用E、电子密度qr、净电荷Qr、前线电子密度fr、离子化势Ip、电负性x等。用MO指数研究浮选剂与矿物的价键类型和作用专属性,可以将浮选剂与矿物作用分成四种类型:

A型:硫化矿(由d6~d10电子的有色金属组成)同二价硫及其他硫化矿捕收剂、抑制剂作用形成强共价键,包括δ共价键(M←δ)、π共价键(M←π)及反馈配键(M←π),后者不仅使键增强,而且使作用具备高选择性。B型:黑色及稀有金属非硫化矿同含氧、氮键合原子的浮选药剂作用形成一般共价键,包括M←δ、M←π,多素不发生M←π,故作用强度和选择性不如A型。C型:离子键化学吸附或双电层静电吸附,极性基第一原子由高电负性的氧原子组成的药剂(通常是含氧酸)同碱金属、碱土金属矿物的作用,键合较弱,键极性较大。D型:非极性油类及化学惰性的极性分子(如醇、糖等)同矿物的弱作用,主要是范氏力及氢键吸附。

键合原子为S或S·S、S·N、S·O等的药剂属A型,键合原子为O·N的羟肟酸等为A型或B型,O或O·O键合原子者为B型及C型。当矿物的最低空轨LUMO与药剂最高HOMO能级差大时为电荷控制反应,是C型,此能级差小为轨道控制反应,属A、B型。

药剂能量判据浮选剂的结构特点,参照普遍化微扰理论导出的计算浮选剂与矿物作用前后总能量变化的关系式。具体形式是:

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