滑石是黄铜矿、辉钼矿等硫化矿石中最常见的脉石矿物之一。由于其天然可浮性强,在浮选过程中极易随气泡上浮进入精矿,降低精矿品位。并且滑石易泥化,会在目标矿物表面发生矿泥罩盖,难以实现与目标矿物的分离,也增加了后续金属冶炼难度。目前应用于矿物浮选的滑石抑制剂主要有水玻璃、六偏磷酸钠、瓜尔胶、羧甲基纤维素和淀粉等。其中多糖类抑制剂由于其种类繁多、价格便宜、绿色环保、对滑石抑制作用强等特点,已有几种被作为滑石抑制剂广泛应用于矿物浮选中。对于多糖类抑制剂与滑石表面的作用研究,目前大多采用浮选实验、电位测试和吸附量测试等方法,采用密度泛函理论从微观层面的作用机理研究还较为少见。本课题基于密度泛函理论研究了晶格缺陷对滑石(001)表面性质的影响;构建了黄原胶(XA)、瓜尔胶(GG)、普鲁兰多糖(PU)、麦芽糊精(MA)、羧甲基壳聚糖(CC)以及壳聚糖(CH)等六种多糖类抑制剂分子在滑石(001)表面的吸附模型,并对吸附能和界面成键情况进行分析;采用微量热实验、浮选实验、接触角测试等方法,多角度诠释多糖类抑制剂在滑石表面的吸附作用机理。研究结果如下:(1)采用基于密度泛函理论(DFT)的Castep模块,对滑石原晶胞进行几何优化,得到滑石原晶胞晶格参数计算值为a=5.33(?),b=9.21(?),c=9.46(?),与实验值相比误差为3.5%。自然条件下滑石晶体为绝缘体,带隙宽度为5.29eV,滑石中氧原子的2p轨道对滑石总电子密度的贡献最大。(2)滑石(001)面晶格缺陷模拟计算结果表明,几种杂质原子对滑石中Mg原子的取代顺序为:Fe>Ca>Al>Ni>Mn;晶格缺陷使滑石(001)表面中Si原子电子密度略有降低;成键Mulliken重叠布居表明,杂质缺陷使滑石(001)表面内部Si-O_b键的电荷密度重叠区域小于与Mg原子相连的Si-O_b键,使键的共价性减弱,离子性增强,从而影响滑石(001)表面亲疏水性质。Fe、Mn、Ni杂质缺陷使滑石(001)表面带隙宽度明显下降至2eV以下,使滑石表面金属性增强,说明这三种杂质缺陷会对滑石(001)表面的导电性产生影响。(3)采用基于密度泛函理论紧束缚法(DFTB)的DFTB+模块,通过参数化建立了可以计算滑石体系的matsci-Mg.skflib参数库(Slater-Koster library)。该数据库对瓜尔胶、壳聚糖、羧甲基壳聚糖、普鲁兰多糖、麦芽糖糊精和黄原胶等六种多糖类抑制剂的结构、性质以及在滑石(001)表面的吸附机理进行稳定而高效的计算。结果表明:多糖类抑制剂分子在滑石(001)表面的吸附主要依靠氢键作用;它们在滑石(001)表面的吸附强弱顺序为:黄原胶>瓜尔胶>普鲁兰多糖>麦芽糊精>羧甲基壳聚糖>壳聚糖。其中黄原胶吸附能力最强,形成的氢键键长最短,键角最大。从态密度图可知,吸附多糖类抑制剂分子后,滑石(001)表面氧原子的电子轨道更加稳定。(4)纯矿物浮选实验结果表明,黄原胶在低浓度下就可以抑制滑石,浓度为500mg/L时,使滑石浮选回收率从90%下降至10%以下。六种多糖类抑制剂对滑石的抑制作用强弱顺序为:黄原胶>瓜尔胶>普鲁兰多糖>麦芽糊精>羧甲基壳聚糖>壳聚糖。接触角测试结果表明,六种多糖类抑制剂的吸附都使滑石表面与水的接触角减小,其中黄原胶与瓜尔胶使滑石表面与水的接触角从79°分别降至44°和46°。其他几种多糖类抑制剂使滑石表面与水的接触角减小至60°以下,说明滑石表面吸附多糖类抑制剂后亲水性显著增强。(5)微量热动力学实验结果表明,黄原胶和瓜尔胶在滑石表面吸附是放热过程,ΔG_≠^θ值均在308.15K时有最大值,分别为57.834kJ·mol^-1和57.811kJ·mol^-1。黄原胶在298.15K时反应速率系数最大为1.020×10^-3/(s),瓜尔胶在303.15K时反应速率系数有最大值k=1.024×10^-3/(s)。黄原胶在滑石表面吸附的活化能(E_a)为0.756kJ/mol^-1略小于瓜尔胶(0.913 kJ/mol^-1),相同条件下黄原胶更易吸附在滑石表面。实验测试与计算结果变化规律一致,说明计算所构建的模型是科学合理的。