从配位场原理探讨矿物结构与可浮性的关系

陈建华, 李玉琼. 从配位场原理探讨矿物结构与可浮性的关系[J]. 矿产保护与利用, 2025, 45(3): 1-12. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2025.03.001
引用本文: 陈建华, 李玉琼. 从配位场原理探讨矿物结构与可浮性的关系[J]. 矿产保护与利用, 2025, 45(3): 1-12. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2025.03.001
CHEN Jianhua, LI Yuqiong. The Relationship between Mineral Structure and Floatability Discussed from the Principle of Coordination Field[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2025, 45(3): 1-12. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2025.03.001
Citation: CHEN Jianhua, LI Yuqiong. The Relationship between Mineral Structure and Floatability Discussed from the Principle of Coordination Field[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2025, 45(3): 1-12. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2025.03.001

从配位场原理探讨矿物结构与可浮性的关系

  • 基金项目: 国家自然科学基金面上项目(52374264);广西科技发展专项资金项目(桂科AD25069078)
详细信息
    作者简介: 陈建华(1971—),男,四川西昌人,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为矿物分离、界面化学、半导体光催化、流体力学、电化学等领域
  • 中图分类号: TD91

The Relationship between Mineral Structure and Floatability Discussed from the Principle of Coordination Field

  • 从配位场原理角度研究了矿物晶体结构与可浮选性的关系,解释了晶体结构对矿物可浮性的影响。赤铁矿和黄铁矿中的铁离子分别具有d5和d6构型,且分别拥有0对和3对π电子,致使黄药捕收剂无法与赤铁矿形成反馈π键,而可以与黄铁矿形成较强的反馈π键,因而黄药对黄铁矿有较强的捕收作用而对赤铁矿无捕收作用。姜泰勒效应解释了黄药捕收剂对氧化铜和硫化铜矿物的捕收差异,即氧化铜中占据在dz2轨道上的电子会排斥黄药,因而不利于Cu2+离子与黄药类捕收剂的作用。对于含有d10锌离子的闪锌矿,d轨道活性较大的金属离子如铜、金、银离子都有较大的极化率,能增强了离子和捕收剂分子的共价作用,因而对闪锌矿具有活化作用。在具有单S配位的磁黄铁矿晶体中,磁黄铁矿Fe2+只有1对π电子,与黄药捕收剂的反馈π键作用弱,并且没有空的d轨道,不利于与黄药形成作用较强的内轨型配位,造成黄药对磁黄铁矿的捕收作用弱于黄铁矿。对于含有四配位Fe2+离子的含铁闪锌矿,铁离子的π电子对为1对,与黄药的反馈π键作用弱,因而含铁闪锌矿的可浮性与黄铁矿不同。黄铜矿中铜的3d π电子对多于铁,因而铜与黄药类捕收剂的共价配位作用更强,使铜成为反应活性中心,此外铁离子的自旋耦合效应增强了铜离子的活性。

  • 加载中
  • 图 1  不同晶体场结构下中心离子d轨道的能级分裂情况

    Figure 1. 

    图 2  丁基黄药浓度与赤铁矿和黄铁矿浮选回收率的关系[9]

    Figure 2. 

    图 3  赤铁矿和黄铁矿晶体结构

    Figure 3. 

    图 4  赤铁矿晶体中Fe3+和黄铁矿晶体中Fe2+的d电子结构

    Figure 4. 

    图 5  乙基黄药分子轨道能级及轨道形状

    Figure 5. 

    图 6  黄铜矿(左)和氧化铜矿晶体结构(右)

    Figure 6. 

    图 7  闪锌矿晶体中具有d10结构的金属离子的d轨道态密度

    Figure 7. 

    图 8  黄铁矿(左)和单斜磁黄铁矿(右)的晶体结构

    Figure 8. 

    图 9  黄铁矿和磁黄铁矿晶体中Fe2+的d电子结构

    Figure 9. 

    图 10  黄铁矿(上)与铁闪锌矿(下)晶体中Fe2+的配位及d电子结构差异

    Figure 10. 

    图 11  八面体弱场中Fe2+的d电子结构

    Figure 11. 

    图 12  四面体弱场中Cu+和Fe3+离子的d电子结构

    Figure 12. 

    图 13  铜和铁的3d态密度

    Figure 13. 

    图 14  铁磁性和反铁磁性对黄铜矿表面铁原子结构的影响

    Figure 14. 

    图 15  铁磁性和反铁磁性对黄铜矿表面Cu 3d态密度的影响

    Figure 15. 

    表 1  不同配位结构下的σ和π轨道[7]

    Table 1.  The σ and π orbitals under different coordination structures

    配位数 结构 σ轨道 π轨道 备注
    2 直线 s px py pz dxz dyz 沿x轴成键
    3 平面等边
    三角形
    s px py dxy pz dxz dyz xy平面成键
    4 平面
    正方形
    dxz dyz xy平面成键
    正四面体 dxy dzz dyz dxy dxz dyz
    5 三角双锥 dxz dyz dxy
    四方锥 dxy dxz dyz
    6 正八面体 dxy dxz dyz
    8 立方体 dxy dxz dyz dxy dxz dzy
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出版历程
收稿日期:  2025-02-20
刊出日期:  2025-06-15

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