独居石和萤石晶体结构及表面吸附行为的第一性原理计算

发布时间：2023-01-03 19:32

　　稀土矿物独居石和含钙矿物萤石共生关系密切,萤石易大量混入独居石浮选精矿,实现两种矿物的浮选分离比较困难。矿物晶体结构、晶面结构及晶面各向异性等矿物基因特性可以影响矿物的表面反应活性、润湿性和药剂吸附能力,对矿物浮选行为有较大影响作用。量子化学计算能够从原子水平研究矿物晶体及其表面的相关性质,因此本文凭借基于密度泛函理论的第一性原理计算,从原子水平研究了独居石与萤石的晶体和晶面性质及其与浮选药剂的作用机理,为独居石与萤石的浮选分离提供理论指导。本文借助Material Studio 2017软件计算了矿物晶体及其表面的相关性质,结合XRD测试结果确定了两种矿物常见的解理面和暴露面;研究了辛基羟肟酸（OHA）和油酸（OA）与独居石和萤石常见暴露面的作用机理,并对药剂与不同矿物表面作用时的差异性进行了分析。研究结论如下:当交换关联函数选择GGA-PW91,截断能为450 eV,K点选取3×3×3时,独居石和萤石体相总能最低,结构最稳定。通过计算发现,独居石和萤石均为非导电性矿物;独居石中的O、Ce原子和萤石中的F、Ca原子性质最为活泼;独居石（100）面、萤石（111）面的表面能和晶面断裂键... 

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 独居石和萤石浮选研究现状
        1.2.1 独居石浮选研究现状
        1.2.2 萤石浮选研究现状
    1.3 矿物浮选药剂研究概况
        1.3.1 独居石浮选药剂研究概况
        1.3.2 萤石浮选药剂研究概况
    1.4 第一性原理在矿物浮选中的研究概况
        1.4.1 第一性原理的定义
        1.4.2 第一性原理的计算方法
        1.4.3 第一性原理在矿物浮选中的应用
    1.5 研究目的及意义
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 研究意义
    1.6 研究内容与方法
    1.7 创新点
    1.8 技术路线
2 软件及计算量简介
    2.1 Materials Studio软件简介
    2.2 计算量的介绍
        2.2.1 能带
        2.2.2 态密度
        2.2.3 Mulliken布居分析
        2.2.4 晶面断裂键密度与表面能
        2.2.5 吸附能
3 独居石晶体和表面化学性质研究
    3.1 计算模型
    3.2 独居石体相优化
        3.2.1 交换关联函数计算
        3.2.2 截断能计算
        3.2.3 K-piont计算
    3.3 独居石体相电子结构性质分析
        3.3.1 能带结构分析
        3.3.2 态密度分析
        3.3.3 布居分析
    3.4 独居石表面化学性质分析与吸附表面的建立
        3.4.1 独居石研究表面确定
        3.4.2 独居石表面性质分析
        3.4.3 独居石吸附表面的建立
    3.5 本章小结
4 萤石晶体和表面化学性质研究
    4.1 计算模型
    4.2 萤石体相优化
        4.2.1 交换关联函数收敛性测试
        4.2.2 截断能收敛性测试
        4.2.3 K-piont收敛性测试
    4.3 萤石体相电子结构性质分析
        4.3.1 能带结构分析
        4.3.2 态密度分析
        4.3.3 布居分析
    4.4 萤石表面化学性质分析与吸附表面的的建立
        4.4.1 萤石研究表面确定
        4.4.2 萤石表面性质分析
        4.4.3 萤石吸附表面的建立
    4.5 本章小结
5 捕收剂在独居石和萤石表面的吸附行为研究
    5.1 辛基羟肟酸的电子结构性质分析
        5.1.1 态密度分析
        5.1.2 布居分析
    5.2 油酸的电子结构性质分析
        5.2.1 态密度分析
        5.2.2 布居分析
    5.3 辛基羟肟酸与油酸在独居石表面的吸附行为
        5.3.1 吸附构型
        5.3.2 吸附能分析
        5.3.3 布居分析
        5.3.4 态密度分析
    5.4 辛基羟肟酸与油酸在萤石表面的吸附行为
        5.4.1 吸附构型
        5.4.2 吸附能分析
        5.4.3 布居分析
        5.4.4 态密度分析
    5.5 本章小结
6 结论
    6.1 研究结论
    6.2 展望
参考文献
在学研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]四川某萤石-重晶石共生矿浮选试验研究[J]. 刘方华.  矿业研究与开发. 2020(01)
[2]辛基羟肟酸浮选行为的研究进展[J]. 徐彩丽,池汝安,吕仁亮,薛永萍,阮耀阳,冯健.  武汉工程大学学报. 2019(06)
[3]蓖麻油酸钠协同体系中独居石的浮选行为及机制研究[J]. 刘明宝,裴丹,李航,武媛雯,印万忠.  中国稀土学报. 2020(05)
[4]矿物溶解对萤石、方解石浮选行为的影响[J]. 王震,钱玉鹏,陈彬,邱玄.  非金属矿. 2019(06)
[5]抑制剂CK102在某低品位萤石矿浮选试验研究[J]. 刘伟然,孙体昌,王英硕,徐承焱,朱立新.  非金属矿. 2019(05)
[6]溶液中阴离子对萤石和方解石可浮性的影响[J]. 金赛珍,欧乐明,石晴.  中国有色金属学报. 2019(06)
[7]辛基异羟肟酸钠在独居石表面的吸附及浮选机理研究[J]. 王振,丁威,肖军辉,王进明,徐龙华.  矿冶工程. 2019(01)
[8]中国萤石资源现状及可持续发展对策[J]. 李敬,高永璋,张浩.  中国矿业. 2017(10)
[9]水杨羟肟酸在独居石矿物表面的吸附特性研究[J]. 刘明宝.  有色金属工程. 2017(02)
[10]湖北省某矿区复杂稀土矿石选矿实验研究[J]. 刘爽,林璠,鲁力,黄鹏,康健,李建,白丁.  稀土. 2016(04)

博士论文
[1]纳米材料的理论研究及线性标度电子结构方法的发展[D]. 向红军.中国科学技术大学 2006

硕士论文
[1]抑制剂对萤石与方解石浮选分离的影响及机理研究[D]. 任海洋.中南大学 2013



本文编号：3727459