使用电子显微镜和分子动力学模拟研究了受到低能氙离子轰击的晶体硅的结构

《Applied Surface Science》：Structure of crystalline silicon bombarded with low-energy xenon ions studied using electron microscopy and molecular dynamics simulations

选择性抑制方解石与白云石协同浮选机制研究|矿物表面吸附|香草酸抑制剂|金属离子协同效应|Fe3+ Cu2+ Al3+|浮选分离工艺优化|绿色矿物加工|矿物表面化学性质|XPS表征分析|工业应用前景

　　 scheelite 和 calcite 都是含有钙的氧化矿物，它们在化学结构上有着高度的相似性，特别是在钙活性位点的分布和反应特性方面。这种相似性使得这两种矿物在浮选过程中难以被选择性地分离，因为常用的捕收剂在它们的表面吸附效果相近，无法有效区分。因此，研究如何通过添加抑制剂来提高这两种矿物之间的浮选选择性具有重要的实际意义。本文探讨了 vanillic acid（VA）作为抑制剂在 scheelite 和 calcite 浮选分离中的应用，并进一步研究了 Fe3?、Cu2? 和 Al3? 这三种金属离子与 VA 的协同作用。

VA 是一种有机酸，其分子结构中含有羧基和酚羟基等官能团，这些官能团能够与矿物表面的钙离子发生反应，从而影响矿物的表面性质。然而，单独使用 VA 时，其对 scheelite 和 calcite 的抑制效果并不显著，导致两种矿物的回收率差异较小，难以实现有效的分离。为了解决这一问题，研究者引入了金属离子作为协同剂，以增强 VA 的抑制效果并提高其选择性。

在实验中，研究者通过调整 VA 与金属离子的摩尔比、pH 值以及药剂浓度等参数，系统地评估了不同金属离子对 VA 抑制效果的影响。结果显示，Cu2? 与 VA 的协同作用最为显著，能够有效抑制 calcite 的浮选行为，而对 scheelite 的影响则相对较小。这一现象可能与 Cu2? 与 VA 之间的化学反应有关，Cu2? 可以与 VA 形成稳定的金属配合物，如 CuL 和 CuHL?，这些配合物能够选择性地吸附在 calcite 表面的氧原子位置上，从而改变其表面化学性质，使其更难被捕收剂覆盖。

此外，研究还通过一系列表征手段，如溶液化学分析、接触角测定、Zeta 电位测量以及 X-ray 光电子能谱（XPS）和飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）等，深入探讨了 Cu2? 和 VA 在两种矿物表面的吸附行为。这些分析表明，Cu2? 与 VA 的协同作用不仅提高了 VA 的选择性，还增强了其在 calcite 表面的吸附能力，从而显著降低了 calcite 的浮选回收率。

研究发现，在 pH 为 9.5 且 Cu2? 与 VA 的摩尔比为 5:1 的条件下，scheelite 的浮选回收率达到了 88.3%，而 calcite 的回收率则仅为 3.18%。这一结果表明，Cu2? 与 VA 的协同作用可以有效实现 scheelite 和 calcite 的选择性浮选分离。同时，研究还揭示了 Cu2? 与 VA 在 scheelite 表面的吸附机制，表明它们的协同作用能够显著改变矿物表面的化学环境，从而影响其与捕收剂的相互作用。

在实际应用中，选择性浮选分离技术对于矿产资源的高效利用具有重要意义。由于 scheelite 和 calcite 在自然界中常共生存在，且它们的物理和化学性质相近，传统的浮选方法往往难以实现有效的分离。因此，开发一种高效、选择性强且环境友好的抑制剂组合，对于提高矿产资源的回收率和纯度具有重要的现实价值。本文提出的 Cu2?/VA 协同抑制体系不仅在实验室条件下表现出良好的分离效果，还具有潜在的工业应用前景。

从环保角度来看，传统的无机抑制剂虽然具有较强的抑制能力，但其在使用过程中容易受到矿浆 pH 值的影响，且可能对环境造成污染。相比之下，有机抑制剂如 VA 具有较好的环境友好性，能够减少对生态环境的破坏。然而，单独使用 VA 的抑制效果有限，因此需要通过与其他金属离子的协同作用来增强其性能。Cu2? 作为一种常见的金属离子，在水处理和矿物加工等领域已有广泛应用，其与 VA 的协同作用不仅能够提高抑制效果，还能够优化浮选过程的条件，从而实现更高效的矿物分离。

研究还指出，金属离子与有机抑制剂之间的协同作用机制复杂，涉及化学吸附、表面电荷变化以及配合物的形成等多个方面。通过深入研究这些机制，可以为开发新的浮选抑制剂提供理论依据，同时也能够为优化现有浮选工艺提供指导。例如，Cu2? 与 VA 的协同作用能够显著改变 calcite 表面的化学性质，使其在浮选过程中更易被水润湿，从而降低其与捕收剂的结合能力。这种选择性抑制机制对于提高浮选分离的效率和选择性具有重要意义。

在实际工业应用中，浮选工艺的优化需要考虑多个因素，包括矿浆的 pH 值、药剂的浓度、金属离子的种类和比例等。本文通过系统的实验研究，确定了在特定条件下 Cu2? 与 VA 的最佳协同比例，为实际应用提供了明确的指导。此外，研究还强调了对不可避免金属离子的合理利用，认为其在浮选过程中的协同作用具有良好的工业应用潜力。然而，为了进一步提高浮选分离的效率和选择性，仍需对金属离子的调控机制进行深入研究。

综上所述，本文的研究为 scheelite 和 calcite 的选择性浮选分离提供了一种新的方法，即通过引入 Cu2? 与 VA 的协同作用，显著提高了抑制剂的选择性和效果。这种协同作用不仅能够有效降低 calcite 的浮选回收率，还能保持 scheelite 的较高回收率，从而实现两者的高效分离。此外，研究还揭示了 Cu2? 与 VA 在矿物表面的吸附机制，为后续研究提供了重要的理论支持。未来的研究可以进一步探索其他金属离子与 VA 的协同作用，以及不同矿物组合在浮选过程中的反应特性，以期开发出更加高效和环保的浮选技术。