浮选药剂分子设计与清洁制备

 泡沫浮选技术从20世纪初开始规模化应用，是矿产资源高效利用的重要手段。浮选药剂是这一技术的关键基础，直接决定了选别指标和浮选工艺的发展。浮选药剂的分子设计是针对目的矿石的组成和分离要求，通过理论推导和计算模拟（量子化学、分子动力学等）确定出分离该矿石的高效浮选药剂（捕收剂、抑制剂、活化剂等）的分子结构或组成，并且可以针对不同矿物的表面特征设计具有“靶向识别”的专属药剂，同时可兼顾原子经济性和环境要求制备出清洁、环保的新型药剂。浮选药剂分子设计理论包含了：浮选药剂结构与性能关系（QSAR）、浮选药剂极性基选择、浮选药剂非极性基结构设计、浮选药剂与矿物表面的匹配对接设计（Docking）。与传统的经验找药方法相比，分子设计方法可以避免大量的合成实验和浮选筛选实验，针对目的矿物进行浮选药剂的靶向设计，从而大大缩短新型浮选药剂的研发周期，提升新药剂制备的成功率。基于分子设计理论和高性能模拟计算，本研究团队在氧化矿捕收剂设计筛选；硫化矿高效抑制剂理论设计与清洁合成，以及浮选药剂与矿物界面的选择性作用机制方面取得了系统研究成果。

(1)通过高性能计算模拟,研究了20种季铵盐捕收剂应用于铝土矿反浮选的结构-性能关系，并建立了定量构效关系模型（QSAR）,基于此模型为铝土矿反浮选发现了一种新颖的高性能浮选捕收剂。

(2) 通过分子设计理论和高性能计算，基于和传统的阳离子捕收剂十二烷基季铵盐的对比研究，为难处理磁铁矿的反浮选分离发现了一种高效的新型阳离子捕收剂十四烷基季磷盐（Tributyltetradecyl-Phosphonium Chloride,TTPC).第一性原理量子化学计算、Zeta电位测量和吸附等温线分析一致预测TTPC有可能成为一种新的有效捕收剂，其性能应该会优于传统的阳离子捕收剂十二烷基季铵盐（Dodecyl Triethyl Ammonium Chloride,DTAC）。(3) 针对钼金属的主要赋存矿物辉钼矿的回收利用难题，依据分子结构设计理论结合量子化学计算，为辉钼矿和黄铜矿的高效分离设计了三种抑制剂（肼基-二硫代甲酸乙酯酸钠，AHS； 4-氨基-3-巯基-1,2,4-三嗪-5-酮，ATDT； 4-氨基-3-巯基-1,2,4-三唑，AMT），并提出了其清洁制备方案。另外，基于量子化学计算，红外光谱、Zeta电位和XPS的检测分析，提出了AHS、ATDT、AMT与黄铜矿表面作用的螯合配位机理和吸附作用模型。 研究发现AHS、AMT比传统的巯基乙酸具有更加优越的抑制性能，具有成为Cu-Mo/Pb分离抑制剂的巨大应用前景。