本发明专利技术涉及一种关于浮选捕收剂对红柱石捕收性能的评价方法。其方案是：首先建立红柱石晶体结构模型和浮选捕收剂分子结构模型，采用量子化学从头算起法的Hartree-Fock-Roothaan具体方法，分别得到上述结构模型的总能量ET(红柱石)和ET(捕收剂)，然后对红柱石-浮选捕收剂体系的结构模型进行分子几何构型优化计算，得到红柱石-浮选捕收剂体系的总能量ET(红柱石-捕收剂)；最后得到浮选捕收剂在红柱石上吸附时放出的热量ΔET，ΔET的绝对值大，则表示浮选捕收剂对红柱石的捕收能力强。再根据红柱石-浮选捕收剂键级的大小，评价红柱石表面和浮选捕收剂所形成的键的性质和强度。本发明专利技术简单合理，容易操作，成本低，具有实用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于浮选捕收剂
具体涉及一种关于浮选捕收剂对红柱石捕收性 能的评价方法。
技术介绍
量子力学是20世纪最重要的科学发现之一。在量子力学基础上发展起来的理论 物理、量子化学及相关的计算，为我们开辟了通向微观世界的又一个途径。长期以来，在研 究浮选剂及其作用时，人们多采用以实验方法为主，理论分析为辅的方式进行。例如，20世 纪70年代以前多采用测量纯矿物颗粒表面吸附浮选剂前后的溶液浓度变化、吸附速率、吸 附强度、吸附量和吸附热等，用以推断药剂吸附性质，研究其作用机理。随着表面分析技术的发展，诸如红外、色谱、ICP (等离子体光谱)、质谱、紫外、探 针、ESCA、俄歇及电镜等测试手段被用于研究浮选剂及其作用机理，已有不少实例证明可解 决许多浮选疑难问题。但是对于许多矿物浮选剂，由于组分的复杂性，要探明这类药剂的结 构及其作用机理，单靠仪器分析，工作量和难度都很大，甚至不可能进行。20世纪70年代末，一些研究者开始应用量子化学理论，如推广的休克尔分子轨道 法(EHMO)和全略微分重叠法(CNDO)研究浮选过程吸附体系的吸附成键特性，取得了一定 的效果，从而将矿物浮选化学引入从理论上推断和解释吸附后生成物的成键特性阶段，使 人们不仅得以从理论上认识吸附体系成键的微观规律，而且还可以在药剂合成之前应用分 子量子力学的方法对一系列先导化合物进行理论计算，得出一系列与之有关的性能参数， 用来预测药剂分子的基本结构、构型和活性基团，并估计药剂作用的性质和本质，然后根据 这些理论计算结果，指导新药剂的设计、改造和合成。因此，把实验分析方法同理论分析方 法结合起来研究药剂作用机理，标志着浮选机理研究已从定性转向定量、从宏观转向微观 发展的新阶段。量子化学是物理化学中应用量子力学基本原理和方法在分子和电子水平讨论化 学问题的分支学科。所谓的化学问题从静态看主要是结构与性能关系的探讨；从动态看主 要涉及分子间的相互作用与相互反应等。矿物浮选的问题从本质上来说也是这两方面的问 题。量子化学就其内容可分为基础理论、计算方法和应用三大部分。这三者之间相辅相成， 其中计算方法是基础理论与实际应用之间的桥梁。对矿物晶体结构的认识是从根本上对矿物进行充分和合理开发利用的基础。近 十几年来，国内外矿物加工工作者应用现代仪器分析技术在矿物的结构方面做了大量的工 作，量子化学计算作为一种理论工具和方法也开始在研究中得以应用并取得了一些研究成 果。但是这些研究都是大多采用半经验方法进行量子化学计算的结果。在量子化学计算中，分子的能量和其他相关性质是通过解薛定谔方程得到的。不 过对于太大的体系来说，准确求解薛定谔方程是不太可能的。各类电子结构方法的不同主 要表现在求解薛定谔方程所做的近似上。半经验方法特点是用来自实验的数据简化薛定谔方程的求解计算。一般情况下，半经验方法只能对分子提供定性的描述，在参数和所要研究的体系比较适合的情况下，可 以对分子提供比较准确的定量描述。而从头算方法因为没有由实验数据确定的参数，只使 用以下几个物理常数光速，电子和核的电荷，质量和普朗克常数。迄今为止，矿物浮选捕收剂的筛选仍然主要通过浮选实验。但是，由于实验条件不 一致，实验体系繁多，不同实验室对同一种浮选捕收剂的性能评价往往存在明显差异。另外 实验方法繁琐、费时、费力，造成人力、财力的浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述的技术缺陷，目的是提供一种简单合理、容易操作、成本 低、具有实用价值的关于浮选捕收剂对红柱石捕收性能的评价方法。为实现上述目的，本专利技术采用的评价方法如下述步骤第一步、建立红柱石晶体的结构模型。选择红柱石晶体结构的一个最小单元-单 位晶胞作为计算模型，对其化学性质进行量子化学计算；针对红柱石的晶体结构是在三 维空间内有规律重复排列的性质，依照红柱石晶体的晶胞参数(a，b，c, α, β, Y)，采用 Material Studio 4. 2程序建立待研究的红柱石结构模型；再运用Chemdraw 2004程序将 红柱石结构模型转换为“**. GJF"文件。所述的依照红柱石晶体的晶胞参数(a，b，c，α，β，Y)是指从美国矿物晶体结构 WiMW- (American Mineralogist Crystal Structure Database) 11 !^ !^ ! 库的数据是通过衍射分析得到的。第二步、建立浮选捕收剂分子结构模型。根据浮选捕收剂的化学分子式，采用 Chemdraw 2004程序，建立浮选捕收剂分子结构的初始模型，然后采用专业版Chem3D 2004 半经验量子化学软件包MOPAC 2000中的PM3算法，对浮选捕收剂分子结构的初始模型进行 预优化，得到浮选捕收剂分子结构模型。第三步、选择参数。采用量子化学从头算起法的Hartree-Fock-Roothaan具体方 法，针对红柱石晶体的分子轨道没有半径较大的、能量较高的和第四周期以上的原子，选用 中等大小的极化基组6-31G(d，ρ)，该基组允许轨道改变其大小和形状，并增加了角动量和 轨道的成分。第四步、量子化学分析。采用Gaussian 03软件，分别对红柱石晶体结构模型和捕 收剂分子结构模型进行量子化学计算，得到红柱石晶体结构模型的总能量ET (红柱石)和 捕收剂分子结构模型的总能量、各自的分子轨道组成、各个原子轨道对分子轨道组 成的贡献、电子在各个原子以及在原子之间的分布情况、各个原子上的静电荷Q、成键轨道 的成份分析、Η0Μ0和LUMO的成份分析；根据计算结果，找出红柱石晶体与浮选捕收剂最可 能成键的位置成键，构成红柱石-浮选捕收剂体系的结构模型，再对红柱石-浮选捕收剂体 系的结构模型进行分子几何构型优化计算，得到红柱石-浮选捕收剂体系的总能量 5-M^)、分子轨道组成、各个原子轨道对分子轨道组成的贡献、电子在各个原子以及在原子 之间的分布情况、各个原子上的静电荷Q、成键轨道的成份分析、Η0Μ0和LUMO的成份分析。第五步、评价浮选捕收剂对红柱石捕收性能(1)根据红柱石-浮选捕收剂相互作用的键级的大小，评价红柱石表面和浮选捕 收剂所形成的键的性质和强度。(2)根据红柱石晶体、浮选捕收剂和红柱石-浮选捕收剂三个体系的各自总能量Ετ(红柱石)、ET(捕收剂)和红柱石-捕收剂)，得到浮选捕收剂在红柱石上吸附时放出的热量Δ Ετ, Δ Et =^t (红柱石-捕收剂) -Ετ(^)-Ετ(ΜΜ) ； ΔΕτ的绝对值大，则表示浮选捕收剂对红柱石的捕收能 力强。所述的浮选捕收剂为阴离子浮选捕收剂、阳离子浮选捕收剂、两性浮选捕收剂或 螯合浮选捕收剂中的任一种。所述的Material Studio 4· 2、Chemdraw 2004、Chem3D 2004 和 Gaussian 03 程序 均为中文正式版计算机应用软件。由于采用上述技术方案，本专利技术在红柱石晶体结构模型和浮选捕收剂分子结构模 型的基础上，采用量子化学从头算起法的Hartree-Fock-Roothaan具体方法，对红柱石晶 体结构模型和捕收剂分子结构模型进行量子化学计算，分别得到上述两种结构模型的总能 量Et(^w)和&( )，再对红柱石-浮选捕收剂体系的结构模型进行分子几何本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种关于浮选捕收剂对红柱石捕收性能的评价方法，其特征在于该评价方法如下述步骤：第一步、建立红柱石晶体的结构模型：选择红柱石晶体结构的一个最小单元－单位晶胞作为计算模型，对其化学性质进行量子化学计算；针对红柱石的晶体结构是在三维空间内有规律重复排列的性质，依照红柱石晶体的晶胞参数（ａ，ｂ，ｃ，α，β，γ），采用Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ４．２程序建立待研究的红柱石结构模型；再运用Ｃｈｅｍｄｒａｗ ２００４程序将红柱石结构模型转换为“＊＊．ＧＪＦ”文件；所述的依照红柱石晶体的晶胞参数（ａ，ｂ，ｃ，α，β，γ）是指从美国矿物晶体结构数据库里查找到的数据，该数据库的数据是通过衍射分析得到的；第二步、建立浮选捕收剂分子结构模型：根据浮选捕收剂的化学分子式，采用Ｃｈｅｍｄｒａｗ ２００４程序，建立浮选捕收剂分子结构的初始模型，然后采用专业版Ｃｈｅｍ３Ｄ ２００４半经验量子化学软件包ＭＯＰＡＣ ２０００中的ＰＭ３算法，对浮选捕收剂分子结构的初始模型进行预优化，得到浮选捕收剂分子结构模型；第三步、选择参数：采用量子化学从头算起法的Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ－Ｒｏｏｔｈａａｎ具体方法，针对红柱石晶体的分子轨道没有半径较大的、能量较高的和第四周期以上的原子，选用中等大小的极化基组６－３１Ｇ（ｄ，ｐ），该基组允许轨道改变其大小和形状，并增加了角动量和轨道的成分；第四步、量子化学分析：采用Ｇａｕｓｓｉａｎ ０３软件，分别对红柱石晶体结构模型和捕收剂分子结构模型进行量子化学计算，得到红柱石晶体结构模型的总能量Ｅ↓［Ｔ（红柱石）］和捕收剂分子结构模型的总能量Ｅ↓［Ｔ（捕收剂）］、各自的分子轨道组成、各个原子轨道对分子轨道组成的贡献、电子在各个原子以及在原子之间的分布情况、各个原子上的静电荷Ｑ、成键轨道的成份分析、ＨＯＭＯ和ＬＵＭＯ的成份分析；根据计算结果，找出红柱石晶体与浮选捕收剂最可能成键的位置成键，构成红柱石－浮选捕收剂体系的结构模型，再对红柱石－浮选捕收剂体系的结构模型进行分子几何构型优化计算，得到红柱石－浮选捕收剂体系的总能量Ｅ↓［Ｔ（红柱石－捕收剂）］、分子轨道组成、各个原子轨道对分子轨道组成的贡献、电子在各个原子以及在原子之间的分布情况、各个原子上的静电荷Ｑ、成键轨道的成份分析、ＨＯＭＯ和ＬＵＭＯ的成份分析；第五步、评价浮选捕收剂对红柱石捕收性能：（１）根据红柱石－浮选捕收剂相互作用的键级的大小，评价红柱石表面和浮选捕收剂所形成的键的性质和强度；（２）根据红柱石晶体、浮选捕收剂和红柱石－浮选捕收剂三个体系的各自总能量Ｅ↓［Ｔ（红柱石）］、Ｅ↓［Ｔ（捕收剂）］和Ｅ↓［Ｔ（红柱石－捕收剂）］，得到浮选捕收剂在红柱石上吸附时放出的热量ΔＥ↓［Ｔ］，ΔＥ↓［Ｔ］＝Ｅ↓［Ｔ（红柱石－捕收剂）］－Ｅ↓［Ｔ（红柱石）］－Ｅ↓［Ｔ（捕收剂）］；ΔＥ↓［Ｔ］的绝对值大，则表示浮选捕收剂对红柱石的捕收能力强。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周灵初，张一敏，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：83
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。