含空位和杂质缺陷的闪锌矿浮选性能的第一性原理计算

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随着锌资源的逐渐减少,迫切需要对复杂难选的锌资源进行开发和利用。对选矿过程中的一些基本现象进行分析和解释,以往是通过大量实验研究进行探索,本论文通过量子化学计算来进行研究探索,弄清晶格缺陷对闪锌矿浮选行为影响的本质,结果具有重要的学术意义和应用价值。  由于氧在闪锌矿表面的化学吸附有利于浮选药剂黄药的氧化,使其形成二黄原酸,因此研究氧的吸附问题是很重要的。本文在总结归纳了闪锌矿浮选技术和浮选量子化学研究进展的基础上,通过Castep软件对空位和杂质缺陷闪锌矿电子结构变化和表面与氧分子的吸附作用进行了一系列的量子化学模拟计算。  首先,构建和优化了闪锌矿的理想晶体结构,并通过计算得到了ZnS的能带结构和态密度等重要参数。通过分析表明:形成ZnS晶体时,主要由硫的3p轨道和锌的3d轨道来贡献,Zn-S键表现为共价键的性质,硫和锌原子所带的电荷分别为-0.48e和0.48e。  然后,分别构建和优化了含Zn、S空位和Fe、Cd杂质缺陷闪锌矿晶体,并通过计算得到了他们的能带结构和态密度等重要参数。结果分析表明,空位缺陷和铁杂质的存在改变了闪锌矿能带结构、电子态密度、电荷分布,从而影响其电化学性质。而镉杂质主要是影响闪锌矿晶格参数和成键性能,从而更有利于闪锌矿的活化。  最后,我们构建了O2和各种空位和杂质缺陷闪锌矿晶体表面的吸附作用模型并进行了相关的量子化学计算。通过对计算所得到的电荷密度分布和吸附能数据进行分析,我们得出以下结论:O2无法在完美的闪锌矿表面吸附,而缺陷和杂质原子的存在将有利于O2在闪锌矿表面的吸附。通过态密度分析,揭示了吸附作用的内在本质。该计算结果帮助解释了为什么铁闪锌矿比镉闪锌矿更容易氧化的主要内在原因。
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