矿物浮选是最重要的选矿方法之一,而浮选药剂的应用是浮选成功的关键,研究高效环保的浮选药剂具有重要意义。论文分别围绕典型的硫化矿物黄铁矿以及复杂硅酸盐矿物红柱石及两者的常见浮选捕收剂卞黄药以及烷基异羟肟酸展开研究,基于密度泛函理论方法进行模拟分析,主要结果和结论如下:(1)硫化矿物卞黄药类捕收剂的分子设计。通过考核,交换关联函数选择为GGA-PBE,截断能采取267e V,模拟结果与实验结果吻合。计算得到,黄铁矿能隙值为0.954,体相Mulliken电荷分布表明Fe带-0.170e负电荷,S带0.090e正电荷,而黄铁矿(100)表面上,Fe带+0.070e正电荷,表面顶端S带-0.100e负电荷;黄铁矿表面,Fe(3d)分波态密度向低能方向偏移,靠近费米能级处的导带部分出现一个新的态密度峰;卞黄药离子中的两个S原子向表面的Fe原子靠近,相互作用距离分别为2.256?和2.359?;设计的15种新型卞黄药类捕收剂中的8种效果得到改善,捕收效果最高改善18.008%,最低改善1.022%。(2)红柱石电子结构的量化计算。通过考核选取了GGA-PW91交换关联函数,410e V截断能以及4×4×5的k点取样密度,计算得到的红柱石晶格常数与原子分数坐标与实验值有较好的一致性。结果表明,压力对红柱石结构的影响较小;红柱石中Al-O键比Si-O键离子性强,破碎时,表面会带有较多Al离子;红柱石(001)表面产生弛豫,Al原子并未直接暴露在表层。(3)烷基异羟肟酸性质的量化计算。采用DFT/B3LYP方法,在DNP基组上研究了烷基异羟肟酸分子和一价阴离子的反应活性区域和活性中心,结果表明,分子和离子中的-CONHOH是反应活性区域,基团中的两个氧原子所带负电荷最多是化学反应活性中心,并且离子中两个O原子所带负电荷多于中性分子中两个O原子所带的负电荷。(4)烷基异羟肟酸与红柱石作用机理及烷基异羟肟酸类捕收剂的分子设计。烷基异羟肟酸离子中的两个O原子与矿物表面Al原子生成了五元螯合环。增加羟肟酸类捕收剂的极性基可以与矿物表面形成多环螯合物增强药剂亲固性,由此加强吸附体系的稳定性。在辛基异羟肟酸分子内分别植入-OH、-C(O)NH2和-C(O)NHOH,计算结果表明,植入-C(O)NHOH和-C(O)NH2后,药剂捕收效果改善明显,并由亲水-疏水平衡关系确定前者的疏水碳链的最佳长度为10,后者最合适直链长度范围为5~10。综上分析,密度泛函理论方法有助于人们深刻认识矿物浮选分离过程,因此,可以为实际生产中新工艺以及新型药剂的研发提供理论基础。