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为了我国钨锡铜等战略矿产资源的高效清洁利用,应用量子化学计算、构效关系分析以及界面化学等理论,设计并系统研究N-取代异羟肟酸的合成、浮选性能及萃取特性,对于推进钨锡铜选冶药剂的发展具有重要的意义。从苯甲羟肟酸（BHA）和水杨醛肟（SAO）的分子结构出发,通过同分异构原理和结构改性设计并合成了八种N-取代异羟肟酸包括N-苯基乙基异羟肟酸（NPHA-2）、N-苯基丁基异羟肟酸（NPHA-4）、N-苯基己基异羟肟酸（NPHA-6）、N-苯基辛基异羟肟酸（NPHA-8）、N-苯基十二烷基异羟肟酸（NPHA-12）、N-苄基乙基异羟肟酸（NBHA-2）、N-苄基丁基异羟肟酸（NBHA-4）和N-苄基辛基异羟肟酸（NBHA-8）。采用量子化学模拟计算和疏水性能实验对其浮选和萃取性能做出科学的评估与预测。计算结果表明,N-取代异羟肟酸存在的两种异构以Z式为最稳定形态。负电荷区域主要集中于其分子的C=O和-OH基团上,带有孤对电子的两个氧原子易向金属的空轨道提供电子而形成配位键,从而与矿物表面的金属离子进行螯合作用。N-取代异羟肟酸比苯甲羟肟酸（BHA）具有更强的化学活性和给电子能力,可能具有更为优良的浮选性能。同时,由于芳基直接与N原子相连,N-取代异羟肟酸上的N原子所带负电荷较少,电荷排布与水杨醛肟（SAO）比较接近,可能具有一定的萃取性能。相比于N-苄基异羟肟酸,N-苯基异羟肟酸在偶极矩和化学活性方面有着一定的优势,其它性质较为接近。溶解性与疏水性研究结果表明,N-取代异羟肟酸分子的疏水性能随着非极性碳链的增长而提升。以硝基苯为原料,经过还原和酰化反应,合成五种N-苯基异羟肟酸,NPHA-2、NPHA-4、NPHA-6、NPHA-8和NPHA-12的收率分别为84.86%、82.44%、81.65%、75.78%和80.14%;以苯甲醛肟为原料,经过还原和酰化反应,合成三种N-苄基异羟肟酸,NBHA-2、NBHA-4和NBHA-8的收率分别为64.59%、63.01%和62.18%。所得产品通过红外和核磁分析进行了结构表征,结果表明产物全部为N-取代异羟肟酸系列的目标化合物。系统考察了N-取代异羟肟酸对锡石和黑钨矿的浮选性能与作用机理。N-苯基异羟肟酸对锡石的浮选性能随着非极性碳链的增长而变强,其中NPHA-8对锡石展现出最为优良的浮选性能,在p H=7、浓度为50mg/L条件下的锡石浮选回收率高达95.94%,明显强于BHA,可实现锡石与石英、长石的有效分离。通过吸附实验、接触角分析、Zeta电位、红外光谱和X射线光电子能谱（XPS）研究了NPHA-8与锡石的作用机理。结果显示,NPHA-8可与锡石表面的锡原子进行螯合,同时通过静电吸引与锡石表面的带正电物种进行相互作用,其较强的疏水性能保证了NPHA-8对锡石优良的捕收能力。NPHA-8对黑钨矿也具有很强的捕收能力,不需要添加起泡剂或活化剂,在p H=7、浓度为50mg/L的条件下可浮选96.21%的黑钨矿,可有效地从石英和萤石中分离黑钨矿,分离效果优于BHA和辛基羟肟酸（OHA）。机理研究表明,NPHA-8通过C=O和-NOH基团与黑钨矿表面的铁组分进行螯合作用,形成稳定的五元环配合物,从而吸附在黑钨矿表面。系统考察了N-取代异羟肟酸对氧化铜矿物的浮选性能与作用机理。非极性碳链较短的N-取代异羟肟酸对孔雀石和含钙脉石矿物具有较为理想的分离性能,其中NBHA-4和NPHA-4在最佳浮选p H和浓度为200 mg/L的条件下对孔雀石的回收率都超过了80%,而方解石和石英的回收率都低于30%,对孔雀石的浮选分离性能明显强于BHA。通过接触角实验研究了NBHA-4对孔雀石表面疏水性的影响,结果显示,NBHA-4对孔雀石表面疏水性的提升要明显强于方解石和石英。吸附实验的结果表明,相比于孔雀石,NBHA-4在方解石和石英上的吸附量要明显低得多。通过溶液化学、红外光谱和XPS等手段研究了NBHA-4与孔雀石的作用机理。NBHA-4和孔雀石表面之间除了静电作用外,还可以通过形成N-O-Cu和C-O-Cu键在孔雀石表面进行化学吸附,从而稳固地吸附在孔雀石表面,但该作用在方解石和石英表面并不明显,因此NBHA-4对于孔雀石具有优良的浮选分离性能。将NPHA-8、NPHA-12和NBHA-8作为萃取剂,对N-取代异羟肟酸的萃取性能与规律进行研究。N-取代异羟肟酸对铜离子表现出不错的萃取能力,同时对于铁离子也具有一定的萃取能力,但是对锰离子、钙离子、钴离子和镍离子的萃取性能较差,因此通过萃取条件实验进一步研究了N-取代异羟肟酸对于铜离子的萃取性能。研究了萃取时间、水相初始p H、萃取剂浓度、相比、初始铜离子浓度等参数对铜离子萃取的影响,并与工业药剂Mextral 984H进行对比。实验结果表明,NPHA-8和NPHA-12对于铜离子具有较强的萃取能力,其中NPHA-8对铜离子的萃取能力比Mextral 984H稍弱,强于NPHA-12。相比于Mextral 984H,NPHA-8和NPHA-12的反萃性能较强。另外,NPHA-8可以有效地将铜离子从钴离子和镍离子中分离出来,比Mextral 984H具有更强的分离效果。紫外光谱分析和量子化学计算结果表明,NPHA-8易与铜离子进行化学反应,而与锰、钙、钴和镍等离子作用能力较弱,从而可以选择性地与铜离子作用,对铜离子展现出较强的萃取分离性能。图97幅,表31个,参考文献161篇