CC BY
40
УДК 622.778
РАЗВИТИЕ ПРИНЦИПОВ ВЫБОРА РЕАГЕНТОВ ДЛЯ ФЛОТАЦИИ МИНЕРАЛОВ ВИСМУТА
© П.М. Соложенкин1, |И.П. Соложенкин"Д А.Н. Пшенников3, Н.Е. Нехорошев4
1Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук, 111020, Россия, г. Москва, Крюковский тупик, 4. 2ООО «Неолаб»,
119034, Россия, г. Москва, 1-ый Обыденский пер., 10. 3ОАО «Иргиредмет»,
664025, Россия, г. Иркутск, б-р Гагарина, 38. 4ЗАО «Висмут»,
672000, Россия, г. Чита, ул. Анохина, 91, корп. 1.
Созданы теоретические основы построения молекулярных 3й-моделей основных кластеров минералов сульфидных руд, перспективных флотореагентов для их компьютерного моделирования. Определены заряды отдельных атомов, значения диполя, энергия орбиталей, заселенность электронами Б,р,с1-орбиталей и установлены энергии кластеров минералов и флотационных комплексов. Созданы 3й-модели отдельных висмутовых минералов. Рассмотрено дальнейшее развитие прогноза оценки активности перспективных сульфгидрильных собирателей (ПОАС) с гетероатомами P, N, O и S, их смесей при флотации минералов подгруппы висмута для повышения извлечения висмута из висмутовых руд месторождения Сибири. Созданы комплексы металлов с окислением металлов в степени три с различными собирателями, построены их 3й-модели. Созданы смешанные комплексы металлов с последовательным замещением одной молекулы собирателя другой. Определена величина их энергии и вычислен уровень ПОАС, по значению которого возможно выбирать наиболее эффективный собиратель. Данная закономерность подтверждена рядом исследований.
Ключевые слова: минералы висмута; молекулярное моделирование; флотореагенты; программа МОРАС 2015; прогноз оценки активности собирателей.
DEVELOPMENT OF REAGENT SELECTION PRINCIPLES FOR BISMUTH MINERALS FLOATATION P.M. SolozhenkinJ I.P. Solozhenkin|, A.N. Pshennikov, N.E. Nekhoroshev
Research Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of Russian Academy of Sciences, 4, Krykovsky tupik, Moscow, 111020, Russia. "Neolab" LLC,
10, 1st Obydensky per., Moscow, 119034, Russia. "Irgiredmet" JSC,
38, Gagarin Blvd, Irkutsk, 664025, Russia. "Vismut" CJSC,
91 Anokhin St., block 1, Chita, 672000, Russia.
In this paper we present the theoretical bases of building 3D molecular models of sulphide ore mineral main clusters, promising floatation reagents for their computer simulation. The charges of separate atoms, dipole values, orbital energy, s,p,d-orbital electron populations are determined, and energies of mineral clusters and floatation complexes are identified. The 3D models of separate bismuth minerals are developed. Consideration is given to the further development of the forecast of promising sulphydryl collectors activity evaluation (FCAE) with P, N, O and S heteroatoms, and their mixtures in bismuth minerals floatation in order to improve the recovery of bismuth from the bismuth ores of a Siberian mine. The metal complexes with the third degree of metal oxidation with different collecting agents are created. Their 3D models are developed. Mixed metal complexes with sequential replacement of one collector molecule with another are created. Their energy value and FCAE rate are determined. The value of the latter can be used in the selection of the most effective collecting agent. This mechanism has been proved by a number of researches.
Keywords: bismuth minerals; molecular modelling; floatation reagents; МОРАС 2015 software; forecast of collector activity evaluation (FCAE).
,3
,4
1
Соложенкин Петр Михайлович, доктор технических наук, главный научный сотрудник отдела № 4, e-mail: solozhenkin@mail.ru
Solozhenkin Petr, Doctor of technical sciences, Chief Researcher of the Department no. 4, e-mail: solozhenkin@mail.ru
2Соложенкин Игорь Петрович, кандидат физико-математических наук, технический директор ООО «Неолаб». Solozhenkin Igor, Candidate of Physical and Mathematical sciences, technical director of "Neolab" LLC
3Пшенников Алексей Николаевич старший научный сотрудник, e-mail: pan@irgiredmet.ru Pshennikov Aleksei, Senior Researcher, e-mail: pan@irgiredmet.ru
4Нехорошев Николай Евгеньевич, заместитель генерального директора по технологии, e-mail:nen@vismut-geo.ru Nekhoroshev Nikolai, Deputy Director General for technology, e-mail:nen@vismut-geo.ru
В последние годы в различных отраслях науки интенсивно развивается молекулярное моделирование. Значительные исследования проведены по компьютерному моделированию минералов c окс-гидрильными реагентами [11, 12]. Детально изучены тионокарбаматы с использованием теории функционала плотности (Density functional theory - DFT) [10, 13, 14]. Молекулярное моделирование сульфгидрильных реагентов было осуществлено в ряде работ [15, 16, 18, 19]. К настоящему времени известны десятки миллионов органических соединений различной химической структуры. Практическое применение из них находят десятки тысяч веществ [4].
Для установления флотационной способности реагента предложен прогноз оценки активности собирателя (ПОАС) -взаимодействия собирателя с кластером минерала - в виде разницы общей энергии комплекса и суммы энергии кластера и энергии собирателя, определяемый по выражению
ДБ = E комплекса - (E кластера + + E собирателя), эВ.
Чем меньше величина ПОАС, тем более предпочтительно взаимодействие собирателя с кластером минерала. Хотя ПОАС не может служить физико-химической характеристикой состояния флотируемой частицы в целом, он все же позволяет сделать ряд весьма важных выводов. Поэтому это уравнение широко применяется при исследовании активности собирателей [11, 14].
В настоящей статье рассмотрено дальнейшее развитие принципов выбора реагентов для флотации минералов висмута на основе компьютерного моделирования, так как флотация данных минералов имеет теоретическое и практическое значение для добывающей промышленности.
Методология экспериментов
Современные способы построения объемных моделей минералов и реагентов реализованы в программе ChemBio 3D специализированного комплекса Che-
mOffice Combridge Soft, а также модуля MOPAC 2012 в вакууме [2, 3]. Данные получены после молекулярной минимизации ММ 2 с использованием расчетов по РМ 7.
В настоящее время авторами данной статьи созданы модели различных минералов элементов платиновой группы, подгруппы мышьяка, а также сульфгидрильных собирателей, применяемых при флотации, названные кластерами минералов (реагентов), так как их строение соответствует химической формуле.
Предложена методика создания флотационных комплексов, включающих кластер минерала и связанных с атомами (атомом) минералов различных сульфгидрильных собирателей (композитов). Эти реакции впервые позволили создать комплекс, подобный соединению при закреплении собирателя на поверхности минерала в процессе реальной флотации. Для исследуемых соединений были рассчитаны высшие занятые молекулярные орбитали -ВЗМО (highest occupied molecular orbital -HOMO), низшие свободные молекулярные орбитали - НСМО (lowest unoccupied molecular orbital - LUMO), в том числе и вторичные занятые орбитали (second occupied molecular orbital - SOMO). Вычислены прогнозы оценки активности собирателя выбранного флотационного реагента и реагента, предложенного в качестве ближайшего аналога - бутиловой ксантогеновой кислоты, определена их разница [8, 9].
Кластеры висмутовых минералов
Авторами выполнено молекулярное моделирование кластеров основных висмутовых минералов и определены основные компьютерные параметры для осуществления моделирования с использованием программ ChemBio 3D specialized complex ChemOffice of corporation Cambridge Soft и МОРАС 2015, а также программы GAUSSIAN и GaussView.
Исследовали следующие минералы висмута: висмутин (Bi2S3); козалит (Pb2Bi2S5); купровисмутит (CuBiS2); павонит (AgBi3S5); айкинит (CuPbBiS3); галеновис-мутит (PbBi2S4), а также менее распространенные - хоробетсуит ((Bi;Sb)2S3); хуанаху-
атит (В128е3); павонит (АдВ1385); галеновис-мутит (РЬВ1234); бончевит (РЬВ14Э7); кани-царит (РЬ2В143д); козалит (РЬ2В1285); лилиа-нит (РЬ3В12Бб); витихенит (Ои3В1Э3); айкинит (ОиРЬВ183); эмплектит (ОиВ182); купровис-мутит (ОиВ182); икунолит (В1483); лайтакарит (В148е28) и пирагуанахуатит (В148в5).
Были созданы молекулярные модели минералов, вычислены молекулярные орбитали и уровень их энергии. Используя принцип «жестких» и «мягких» кислот и оснований (принцип ЖМКО) были определены жесткость и электроотрицательность кластеров минералов [6]. Были созданы комплексы, содержащие прототипы минералов и собирателей, которые были прикреплены к отдельным атомам минералов, и были определены их основные физико-химические параметры.
В процессе окисления висмутина и в щелочной среде возможно получение следующих соединений:
В1283.В1:В1283.В1(БутилКх)3;
В1283.В1(БутилКх)(ДиизобутилДтф)2;
В1283.В1(БутилКх) (ДиметилДтк)2;
В1283.В1(ОИ)(БутилКх)2;
В1283.В1(ОИ)2(Бутил).
С этими продуктами на поверхности висмутина взаимодействует собиратель (смесь собирателей) с образованием комплекса, который и был предметом исследования.
Исследуемые флотореагенты
На рис. 1 представлены основные сульфгидрильные соединения, которые оценивались как флотореагенты для флотации минералов висмута. Изучены бинарные смеси реагентов типа: бутиловый ксан-тогенат и диизобутилдитиофосфат (дибу-тилдитиофосфат); бутиловый ксантогенат и диметилдитиокарбамат; бутиловый ксантогенат и меркаптохинолин; аминоксантоге-нат и О-алкилалкилдитиофосфонат.
Для представления процесса докин-га собирателей при создании комплекса было предложено показывать донорно-акцепторную связь в виде стрелки к атому водорода собирателя или реакции присоединения [5-7].
Связывание собирателя (композита) с кластером минерала осуществляли следующими способами:
1. Сульфгидрильный собиратель в виде кислоты в программе ChemBioDraw Ultra 12.0. стрелкой прикрепляли к атому металла кластера.
Академик РАН В.И. Минкин, Б.Я. Симкин, Р.М. Миняев считают, что в этом случае связь можно рассматривать как частный случай координационной связи, так как число связей, образуемых центральным атомом Н, превышает его формальную валентность. Созданный с помощью программы ChemBio3D Ultra 12.0 комплекс трансформировали в соответствующую 3D-модель для получения необходимых данных в МОРАС 2012.
2. Связывание собирателя с атомом кластера осуществляли с использованием реакции присоединения.
Пограничные орбитали ВЗМО и НСМО молекул включают движение электронов между ними. Этот процесс проследили при изучении зарядов кластеров в созданных комплексах. Исследовали различные системы:
- комплекс висмута с бутиловым ксантогенатом и диизобутилдитиофосфа-том (дибутилдитиофосфатом);
- комплекс висмута с бутиловым ксантогенатом и диметилдитиокарбаматом;
- комплекс висмута с бутиловым ксантогенатом и меркаптохинолином;
- комплекс висмута с аминоксанто-генатом и о-алкилалкилдитиофосфонатом при различном соотношении;
- комплекс висмута с висмутолом и меркаптохинолином (из всех висмутолов использовали пока фенилвисмутол).
Комплекс висмута, мышьяка с бутиловым ксантогенатом и диизо-бутилдитиофосфатом (Диизобу-тилДтф) дибутилдитиофосфатом (ДибутилДтф).
Были созданы 3D-модели и вычислена энергия комплексов висмута типа В^БутилКх)3, В^БутилКх)2(ДибутилДтф), В^БутилКх)(ДибутилДтф)2, В^ДибутилДтф)3.
При введении в комплекс молекулы ДибутилДтф общая энергия комплексов уменьшается на -964,8 ккал/моль. В табл. 1
приведены физико-химические параметры созданных комплексов.
>
W
у"
н
д
Рис. 1. Анионы сульфгидрильных реагентов: диизобутилдитиофосфинат (а) и его Эй-модель (б); О-гексилэтилдитиофосфонат (в) и его 3й-модель (г); О-тилбутилдитиофосфонат (д); 3й-модель 8-меркаптохинолина (е)
б
а
в
г
е
Таблица 1
Физико-химические параметры созданных комплексов_
Параметр Б1(БутилКх)3 Б1(БутилКх)2 (ДибутилДтф) Б1(БутилКх) (ДибутилДтф)2 Bi (Дибу-тилДтф)э
Растяжение валентных связей 1,3767 1,7698 1,9795 2,4155
Изгиб валентных углов 3,2874 6,0730 7,0651 11,5045
Поправки на изгиб-растяжение 0,4289 0,6023 0,6816 0,8691
Внутреннее вращение -0,1185 1,7805 0,4606 16,0079
Не -1,4 ВДВ* -6,5634 -11,3767 -18,8687 -21,0818
1,4 ВДВ 15,4662 19,8865 22,5611 24,8132
Диполь/диполь 4,7981 1,2845 -1,8003 -5,0699
Общая энергия, ккал/моль 18,6755 20,0198 12,0791 29,4585
*Ван-дер-ваальсово взаимодействие.
Из данных, приведенных в табл. 1, следует, что ван-дер-ваальсово взаимодействие (1,4 ВДВ) закономерно увеличивается от Б1(БутилКх)з до Б1(ДибутилДтф)з. Поэтому добавление в смесь реагентов типа дибутилдитиофосфата положительно скажется на флотации минералов висмута.
В табл. 2 приведен расчет ПОАС для смеси от Б1Рп3(БутилКх) до Б1Рп3(ДиизодибутилДтф), в табл. 3 - для смеси от АБРпЗ(БутилКх) до А8Рп3(ДибутилДтф)РБ2.
ПОАС в смешанных комплектах висмута уменьшается от -3,65185 до -5,128 е, в смешанных комплектах мышьяка ПОАС уменьшается более существенно - от -9,12589 до -14,86609, е.
На рис. 2 представлены схемы смешанных комплексов висмута с бутиловым ксантогенатом и диизобутилдитиофосфа-том при их различном соотношении.
В табл. 4 показано изменение зарядов на отдельных атомах смеси реагентов.
Отметим, что за счет переноса электронов на одном из атомов серы наблюдается положительный заряд. Величина заряда на атоме фосфора зависит от соотношения собирателя в смеси реагентов.
Композиция реагентов бутилового ксантогената и диизобутилдитиофосфата была проверена при флотации золото-,
висмут-, магнетитсодержащих руд забайкальского месторождения железной руды «Железный кряж». В табл. 5, 6 представлены режим и технологические показатели флотационного обогащения проб руды. Бинарные собиратели типа смесь бутилКх + ДиизобутилДтф (ФРИМ-9) (смесь диэтил-дитиокарбаминовая + дибутилдитиофос-форная кислоты) более эффективны, так как их ПОАС минимален. Использование смеси данных реагентов при переработке руды месторождения «Железный кряж» позволило получить отвальные по золоту хвосты и отказаться от второй стадии цианирования [17].
Комплекс висмута с бутиловым ксантогенатом и диметилдитиокар-баматом (ДиметилДтк)
В табл. 7 показан расчет ПОАС для смеси бутилового ксантогената с диметил-дитиокарбаматом (ДиметилДтк). Для смешанных комплектов висмута ПОАС уменьшается от -5,128 до -6,52328 е с последовательным замещением одной молекулы собирателя другой. При введение в комплекс молекулы БутилКх общая энергия комплекса уменьшается на 395,6 ккал/моль. Электроотрицательность х при этом постепенно возрастает с 4,493 до 5,528 е.
Таблица 2
Расчет ПОАС для смеси от Б1Рп3(БутилКх) до Б1Рг13(ДиизодибутилДтф)_
Энергия (1) Комплекс (2) Минерал (3) Собиратель (4) Сумма 4 I (3+4) ПОАС, эВ ДЕ (2)-(3+4)
Б1Рп3(ДиизодибутилДтф)
Общая энергия -7528,71754 -118,65123 -2468,80482 -2468,80482 -2468,80482 7406,41446 7525,06569 -3,65185
Б1Рп(БутилКх) + 2Б1Рп3(Диизодибутил Дтф)
Общая энергия -6443,80845 -118,65123 -1383,04752 -2468,80482 -2468,80482 6320,65716 -6439,30839 -4,50006
Б1Рп2(БутилКх) + Б1Рп3(Диизодибутил Дтф)
Общая энергия -5358,30650 -118,65123 -1383,04752 -1383,04752 2766,09504 -2468,80482 5234,89986 5353,55109 -4,75541
Б1Рг13(БутилКх)
Общая энергия -4272,92179 -118,65123 -1383,04752 -1383,04752 -1383,04752 4149,14256 -4267,79379 -5,128
Таблица 3 Расчет ПОАС для смеси от АвРп3(БутилКх) до АвРг13(Диизобутил)Р32
Энергия (1) Комплекс (2) Минерал (3) Собиратель (4) Сумма 4 I (3+4) ПОАС, эВ ДЕ (2)-(3+4)
АэРпЗ(БутилКх)
Общая энергия -4282,15575 -123,88730 -1383,04752 -1383,04752 -1383,04752 4149,14256 4273,02986 -9,12589
АэРг1(БутилКх) + (Диизобутил^2
Общая энергия -5246,47415 -123,88730 -1383,04752 -1383,04752 2766,09504 -2345,68197 5111,77701 5235,66431 -10,80984
АэРп(БутилКх ) + 2(Диизобутил^2
Общая энергия -6211,34120 -123,88730 -1383,04752 -2345,68197 -2345,68197 -4691,36394 6074,41146 6198,29876 -13,04244
АэРп3( Диизобутил^2
Общая энергия -7175,79930 -123,88730 -2345,68197 -2345,68197 -2345,68197 7037,04591 7160,93321 -14,86609
а б
Рис. 2. 30-модели комплекса БутилКх + диизобутилдитиофосфат при различном соотношении компонентов: а - 2БутилКх + диизобутилдитиофосфат; б - БутилКх + 2диизобутилдитиофосфат
Таблица 4
Величина зарядов на отдельных атомах смеси реагентов
Б1(БутилКх)3 Б^БутилКх)2 (БутилДтф) Bi (БутилКх) (БутилДтф)2 Bi(БутилДтф)з
C 0,311496 C 0,295265 C 0,285629 Bi 0,593642
O -0,283724 O -0,318853 O -0,297209 P 0,148945
S -0,163764 S -0,201792 S -0,128985 O -0,374762
S -0,388299 S -0,393577 S -0,404396 O -0,376156
Bi 0,546972 Bi 0,534102 Bi 0,575920 S 0,038360
C 0,321191 C 0,276016 P 0,166822 S -0,205912
O -0,313541 O -0,289077 O -0,325873 P 0,163989
S -0,272217 S -0,000340 O -0,436436 O -0,412809
S -0,377961 S -0,366144 S 0,112715 O -0,383543
C 0,301623 P 0,145527 S -0,131423 S 0,253573
O -0,394257 O -0,358881 P 0,161018 S -0,153851
S 0,022061 O -0,336132 O -0,352133 P 0,159535
S -0,216954 S 0,131031 O -0,398349 O -0,371937
C -0,437224 S -0,199445 S 0,085632 O -0,412144
H 0,146095 C -0,440113 S -0,166603 S 0,115818
- H 0,139421 C -0,439106 S -0,206874
- - H 0,146706 C -0,442777
- - - H 0,127607
Таблица 5
Схема флотации и расход реагентов_
Операция Расход реагентов, г/т Продолжительность, мин Массовая доля твердого, % Крупность питания флотации % класса -0,071 мм
БКК СМ ФРИМ 9
Основная флотация 300 90 150 10 30 95-98
Контрольная флотация 1 150 - 50 15 25
Контрольная флотация 2 150 - 50 15 25
Таблица 7
ПОАС для смеси бутилового ксантогената с диметилдитиокарбаматом
(ДиметилДтк)
Таблица 6
Технологические показатели флотационного обогащения проб руды_
Проба Наименование продукта Выход, % Содержание золота, г/т Извлечение золота, % Содержание висмута, % Извлечение висмута, %
Проба 1 Концентрат 34,18 7,3 90,4 0,473 96,8
Хвосты 65,82 0,40 9,6 0,008 3,2
Руда 100,00 2,76 100,0 0,167 100,0
Проба 2 Концентрат 30,88 6,9 89,5 0,620 97,2
Хвосты 69,12 0,36 10,5 0,008 2,8
Руда 100,00 2,38 100,0 0,197 100,0
Энергия (1) Комплекс (2) Минерал (Э) Собиратель (4) Сумма 4 I (3+4) ПОАС, эВ ДБ (2)-(3+4)
BiPri3 (БутилКх)
Общая энергия -4272,92179 -118,65123 -1383,04752 -1383,04752 -1383,04752 4149,14256 -4267,79379 -5,128
BiPri2(БутилКх) + ДиметилДтк
Общая энергия -3877,94638 -118,65123 -1383,04752 -1383,04752 2766,09504 -987,72786 3753,8229 3872,47413 -5,47225
BiPri(БутилКх) + 2(ДиметилДтк)
Общая энергия -3483,52285 -118,65123 -1383,04752 -987,72786 -987,72786 1975,45572 3358,50324 3477,15447 -6,36838
BiPri3(ДиметилДтк)
Общая энергия -3088,35809 -118,65123 -987,72786 -987,72786 -987,72786 2963,18358 3081,83481 -6,52328
Комплекс золота, висмута, мышьяка с бутиловым ксантогенатом и меркаптохинолином
На рис. 3 показаны комплексы мер-каптохинолина золота, мышьяка и смешанного комплекса мышьяка с двумя молекулами меркаптохинолина и бутиловым ксан-
тогенатом и Эй-модель меркаптохинолина золота. В табл. 8 приведен расчет ПОАС для смеси смешанных комплексов мышьяка с последовательным замещением одной молекулы БутилКх собирателем хиноли-ном.
Рис. 3. Комплекс меркаптохинолина золота (а) и его Эй-модель (б); комплекс меркаптохинолина мышьяка (в) и смешанного комплекса мышьяка с двумя молекулами меркаптохинолина и бутиловым ксантогенатом (г)
Таблица 8
Расчет ПОАС для смеси бутилового ксантогената с хинолином_
Энергия (1) Комплекс (2) Минерал (3) Собиратель (4) Сумма 4 I (3+4) ПОАС, эВ ДЕ (2)-(3+4)
AsPri3 БутилКх)
-1547,90529
Общая энергия -4767,47180 -118,65123 -547,90529 -1547,90529 4643,71587 -4762,3671 -5,1047
AsPri3 Хинолин)
-1547,90529
Общая энергия -4776,09405 -123,88730 -1547,90529 -1547,90529 4643,71587 -4767,60317 -8,49088
AsPri2(Хинолин) + БутилКх
-1547,90529
Общая энергия -4611,23898 -123,88730 -1547,90529 3095,81058 -1383,04752 4478,8581 -4602,7454 -8,49358
AsPri(Хинолин) + 2(БутилКх)
-1547,90529
Общая энергия -4445,67347 -123,88730 -1383,04752 -1383,04752 -2766,09504 4314,00033 -4437,88763 -7,78584
Комплекс висмута с аминоксан-тогенатом и О-алкилалкилдитиофос-фонатом при различном их соотношении
В табл. 9 приведен расчет ПОАС для смешанных комплексов висмута с последовательным замещением одной молекулы ЭтиламиноКх собирателем О-этил-бутилдитиофосфонатом (С2Н5О)(С4НдР32).
Комплекс висмута с висмутолом и меркаптохинолином
Для этого комплекса были построены модели висмута типа Б1(Висмутол)з, Б1(Висмутол)2(Хинолин), Б1(Висмутол)(Хинолин)2, Б1(Хинолин)3. Был осуществлен расчет ПОАС для смешанного комплекса висмута с висмутолом и меркаптохинолином и определена их энергия. Изменение ПОАС в смеси реагентов незначительное, данные пока не приводятся.
Изучение флотации самородного и цементного (губчатого) висмута и редких и окисленных минералов висмута
Установлено, что флотируемость должна возрастать в следующем порядке в соответствии с уменьшением величины ПОАС: купровисмутит (СиБ1Б2) > висмутин (Б12Б3) > павонит (АдБ13Б5) > козалит (РЬ2Б12Б5). Вычисленные величины ПОАС коррелируют с флотируемостью висмутовых минералов [1].
Было установлено, что наиболее эффективными собирателями цементного висмута являются различные ксантогенаты (этиловый, изобутиловый, бутиловый амиловый, изоамиловый), дикрезилдитиофос-форная кислота, диэтилдитиокарбамат натрия, 8-оксихинолин, тиокарбанилид. Исследовали механизм взаимодействия Б1 с сульфгидрильными собирателями и были построены модели комплексов.
Таблица 9
Расчет ПОАС для смешанного комплекса висмута с ЭтиламиноКх
и (C2H5O )(C4H9PS2)
Энергия (1) Комплекс (2) Минерал (3) Собиратель (4) Сумма 4 I (3+4) ПОАС, эВ ДБ (2)-(3+4)
Б1(ЗтиламиноКх)3
Общая энергия -5770,62865 -118,65123 -1882,06828 -1882,06828 -1882,06828 5646,20484 -5764,85607 -5,77258
Б1Рп2(ЗтиламиноКх) + (C2H5O)(C4H9)PS2
Общая энергия -5640,52520 -118,65123 -1882,06828 -1882,06828 3764,13656 -1751,21307 5515,34963 -5634,00086 -6,52434
Б1Рп(ЗтиламиноКх) + 2((C2H5O)(C4H9)PS2)
Общая энергия -5510,01891 -118,65123 -1882,06828 -1751,21307 -1751,21307 3502,42614 5384,49442 -5503,14565 -6,87326
BiPri3((C2H5O)(C4H9)PS2))
Общая энергия -5378,46902 -118,65123 -1751,21307 -1751,21307 -1751,21307 5253,63921 -5372,29044 -6,17858
Итоги проведенных исследований можно сформулировать следующим образом:
- созданы теоретические основы построения молекулярных 3й-моделей для основных кластеров минералов сульфидных руд, перспективных флотореагентов, осуществлено их компьютерное моделирование. Определены заряды отдельных атомов, значения диполя, энергия орбита-лей, заселенность электронами в,р,Ь-орбиталей и установление энергии кластеров минералов и флотационных комплексов;
- рассмотрено дальнейшее развитие прогноза оценки активности перспективных сульфгидрильных собирателей (ПОАС) с гетероатомами Р, N. О и Б, их
смесей при флотации минералов подгруппы мышьяка;
- для ряда сульфгидрильных собирателей и их смесей оценен ПОАС наиболее эффективных сульфгидрильных собирателей для повышения извлечения висмута из висмутовых руд различных месторождений;
- созданы комплексы металлов с разной степенью их окисления и различных собирателей, построены их 3й-модели. Созданы смешанные комплексы металлов с последовательным замещением одной молекулы собирателя другой. Определена величина их энергии, по значению которой возможно выбирать наиболее эффективный собиратель. Данная закономерность подтверждена на примере ряда реагентов.
Статья поступила 28.01.2016 г.
Библиографический список
1. Глембоцкий В.А., Соколов Е.С, Соложенкин П.М. Обогащение висмутсодержащих руд / отв. ред. И.А. Глухов. Душанбе: Дониш, 1972. 186 с.
2. Компьютерное моделирование флотореагентов и кластеров минералов: учеб. пособие для студентов вузов / П.М. Соложенкин, О.П. Шавакулева, Н.А. Мудрых, О.И. Соложенкин. Магнитогорск: Изд-во МГТУ им. Г.И. Носова, 2014. 263 с.
3. Молекулярное моделирование. Теория и практика / Х.-Д. Хельтье, В. Зиппль, Д. Роньян, Г. Фолькерс. 2-е изд.; пер. с англ.; под ред. В.А. Палюлина и Е.В. Радченко. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 318 с.
4. Реутов О.А., Курц А.П., Бутин К.П. Органическая химия: учебник для студентов вузов: в 4 ч. Ч. 1. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2005. 570 с.
5. Рябой В.И. О поверхностных реакциях флотореагентов с минералами на основе их донорно-акцепторного взаимодействия // Обогащение руд. 2008. № 6. С. 24-30.
6. Рябой В.И. Создание и применение более эффективных реагентов на основе физико-химических представлений // Обогащение руд. 2002. № 1. С. 19-23.
7. Рябой В.И. О возможности образования дативной п-связи при взаимодействии тионокарбаматов с медью и халькопиритом // Журнал физической химии. 1981. Т. IV. № 4. С. 56-58.
8. Соложенкин П.М., Дегодя Е.Ю., Шавакулева О.П. Модифицированные жирные кислоты, их молекулярное моделирование для прогноза флотации руд щелочноземельных элементов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2015. № 4. С. 16-20.
9. Соложенкин П.М. Комплексная переработка руд на основе компьютерного моделирования перспек-
тивных модифицированных реагентов // Горный. Отд. вып. 1 «Труды международного научного симпозиума "Неделя горняка-2015"». 2015. C. 397-424.
10. A DFT on the flotation performance of thiol collectors for copper sulfide flotation / Guangyi Liu, Yongquan Wang, Lu Yuan, Zhenghe Xu, Yiping Lu, Hongbo Zeng, Hong Zhong // Books of Abstracts. XXVI International Mineral Processing Congress IMPC-2012 (New Delhi, 24-28 September 2012). Vol. 2. Р. 02947-02958.
11. Beena Rai. Molecular modeling for the design of novel performance chemicals and materials. Roca Raton (USA): CRC Press, Taylor&Francis Group, 2012. 398 p.
12. Beena Rai. Molecular modeling and rational design of flotation reagents // International Journal of Mineral Processing. 2003. Vol. 72. P. 95-110.
13. Investigation of the effect of N-substituents on performance of thionocarbamates as selective collectors for copper sulfides by ab initio calculations / Guangyi Liu, Hong Zhong, Tagen Dai, Liuyin Xia // Mineral Engineering. 2008. Vol. 21. P. 1650-1654.
14. Guiye Wu, Longli Liu, Ming'an Wei, Fayu He, Chuanyao Sun. Computer-based study on QSAR of small molecule depressors for chalcopyrite // Books of Abstracts. XXVII International Mineral Processing Congress (Santiago, 20-24 October 2014). Vol. 1. P. 122.
15. Porento M., Hirva P. Theoretical studies on the interaction of anionic collectors with Cu+, Cu2+, Zn2+ and Pb2+ ions // Theoretical Chemistry Accounts. 2002. No. 107. P. 200-205.
16. Porento M., Hirva P. A theoretical study on the interaction of sulfhydryl surfactants with a covellite (001) surface // Surface Science. 2004. Vol. 555. P. 75-82.
17. The Technology of processing gold-bismuth - magnetite ores and molecular modelling / A. Pshennikov, N. Voyloshnikova, P. Solozhenkin, N. Nekhoroshev //
Books of Abstracts. XXVII International Mineral Processing Congress (Santiago, 20-24 October 2014). Vol. 2. P. 418.
18. Yekeler M., Yekeler H. Reactivities of some thiol collectors and their interactions with Ag+ ion by molecular modeling // Applied Surface Science. 2004. Vol. 236. P. 435-443.
19. Yekeler M., Yekeler H. A density functional study on the efficiencies of 2-mercaptobenzoxazole and its derivatives as chelating agents in flotation processes // Colloids Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2006. Vol. 286. P. 121-125.
References
1. Glembockij V.A., Sokolov E.S, Solozhenkin P.M. Obogashhenie vismutsoderzhashhih rud [Benefication of bismuth ores]. Dushanbe, Donish Publ., 1972, 186 p.
2. Solozhenkin P.M., Shavakuleva O.P., Mudryh N.A., Solozhenkin O.I. Kompjuternoe modelirovanie flotorea-gentov i klasterov mineralov [Computer modeling of floatation reagents and minerals clusters]. Magnitogorsk, MGTU im. G.I. Nosova Publ., 2014, 263 p.
3. Hel't'e H.-D., Zippl' V., Ron'jan D., Fol'kers G. Mole-kuljarnoe modelirovanie. Teorija i praktika [Molecular modeling. Theory and practice]. Moscow, BINOM Publ., 2013, 318 p.
4. Reutov O.A., Kurc A.P., Butin K.P. Organicheskaja himija [Organic chemistry]. Moscow, BINOM Publ., 2005, 570 p.
5. Rjaboj V.I. O poverhnostnyh reakcijah flotoreagentov s mineralami na osnove ih donorno-akceptornogo vzaimodejstvija [On surface reactions of floatation reagents with minerals based on their donor-acceptor interaction]. Obogashhenie rud - Ore benefication, 2008, no. 6, pp. 24-30.
6. Rjaboj V.I. Sozdanie i primenenie bolee jeffektivnyh reagentov na osnove fiziko-himicheskih predstavlenij [Creation and use of more efficient reagents based on physico-chemical concepts]. Obogashhenie rud - Ore benefication, 2002, no. 1, pp. 19-23.
7. Rjaboj V.I. O vozmozhnosti obrazovanija dativnoj n-svjazi pri vzaimodejstvii tionokarbamatov s med'ju i hal'kopiritom [On the possibility to form a n-dative connection under thionocarbamates interaction with copper and chalcopyrite]. Zhurnal fizicheskoj himii - Physical chemistry journal, 1981, vol. IV, no. 4, pp. 56-58.
8. Solozhenkin P.M., Degodja E.Ju., Shavakuleva O.P. Modificirovannye zhirnye kisloty, ih molekuljarnoe modelirovanie dlja prognoza flotacii rud shhelochnozemel'n-yh jelementov [Modified fatty acids, their molecular modeling for the prediction of alkaline earth element ore flotation]. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova - Bulletin of the Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov, 2015, no. 4, pp. 16-20.
9. Solozhenkin P.M. Kompleksnaja pererabotka rud na osnove komp'juternogo modelirovanija perspektivnyh modificirovannyh reagentov [Complex processing of ores based on computer modeling of promising modified reagents]. Gornyj. Otd. vyp. 1 "Trudy mezhdu-narodnogo nauchnogo simpoziuma "Nedelja gornjaka-
2015"" - [Proceedings of the International Scientific Symposium "Miner's Week -2015], 2015, pp. 397-424.
10. Guangyi Liu, Yongquan Wang, Lu Yuan, Zhenghe Xu, Yiping Lu, Hongbo Zeng, Hong Zhong. A DFT on the flotation performance of thiol collectors for copper sulfide flotation. Books of Abstracts. XXVI International Mineral Processing Congress IMPC-2012, vol. 2, pp. 02947-02958.
11. Beena Rai. Molecular modeling for the design of novel performance chemicals and materials. Roca Raton (USA): CRC Press, Taylor&Francis Group, 2012, 398 p.
12. Beena Rai. Molecular modeling and rational design of flotation reagents. International Journal of Mineral Processing, 2003, vol. 72, pp. 95-110.
13. Guangyi Liu, Hong Zhong, Tagen Dai, Liuyin Xia. Investigation of the effect of N-substituents on performance of thionocarbamates as selective collectors for copper sulfides by ab initio calculations, Mineral Engineering, 2008, vol. 21, pp. 1650-1654.
14. Guiye Wu, Longli Liu, Ming'an Wei, Fayu He, Chuanyao Sun. Computer-based study on QSAR of small molecule depressors for chalcopyrite. Books of Abstracts. XXVII International Mineral Processing Congress, vol. 1, p. 122.
15. Porento M., Hirva P. Theoretical studies on the interaction of anionic collectors with Cu+, Cu2+, Zn2+ and Pb2+ ions. Theoretical Chemistry Accounts, 2002, no. 107, pp. 200-205.
16. Porento M., Hirva P. A theoretical study on the interaction of sulfhydryl surfactants with a covellite (001) surface. Surface Science, 2004, vol. 555, pp. 75-82.
17. Pshennikov A., Voyloshnikova N., Solozhenkin P., Nekhoroshev N. The Technology of processing gold-bismuth - magnetite ores and molecular modelling. Books of Abstracts. XXVII International Mineral Processing Congress, vol. 2, p. 418.
18. Yekeler M., Yekeler H. Reactivities of some thiol collectors and their interactions with Ag+ ion by molecular modeling. Applied Surface Science, 2004, vol. 236, pp. 435-443.
19. Yekeler M., Yekeler H. A density functional study on the efficiencies of 2-mercaptobenzoxazole and its derivatives as chelating agents in flotation processes. Colloids Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2006, vol. 286, pp. 121-125.
