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近年来，随着矿山的延伸开采，高品位易选矿石逐年减少，传统的重选、磁选等技术已不能满足获取高品质有用矿物的需求，而浮选凭借其在分选低品位、复杂、细粒级和难处理矿石方面的独特优势越来越受科研人员重视。浮选技术最关键、最核心的因素在于浮选药剂的开发与应用。近年来，随着我国大力提倡发展集约经济、节约成本、降低能耗，具有药剂制度简单、易操作、耐低温等优点的阳离子浮选工艺越来越受关注。然而，现有阳离子捕收剂种类偏少，并且常见阳离子捕收剂存在着选择性差等缺点，严重阻碍了该工艺的推广和应用。因此，高选择性阳离子捕收剂的研发对于提高资源的综合利用效率以及矿山的绿色可持续发展具有重要意义。
本文依托赤铁矿反浮选脱硅体系，基于分子模拟，在石英和赤铁矿的溶剂化模型中，结合常见阳离子捕收剂分子构型与其浮选选择性的关系的研究，以选择性指数为判据，设计并合成了五种高选择性的阳离子捕收剂，即N-(2-羟基-1，1-二甲基乙基)十二胺(HDMEA)、N-(2，3-二羟丙基)十二胺(PDDA)、N，N-二甲基-N’-十二烷基-1，3-丙二胺(DPDA)、N-(2-羟乙基)-N-十二烷基-1.2-乙二胺(NHDE)和N，N-二甲基-N-(2-羟乙基)-N-十二烷基-1.3-丙二胺(DMPDA);在对捕收剂进行表征的基础上;通过表面张力测试、单矿物浮选试验和人工混合矿分选试验，系统研究了新型阳离子捕收剂的浮选性能，并通过红外光谱(FTIR)分析、X射线光电子能谱(XPS)分析和动(zeta)电位测试对新型阳离子捕收剂的作用机理进行了研究。
论文首先结合分子模拟技术，在适宜的COMPASSⅡ力场下，以石英(101)面(1O1-1O1… 1Si3-1Si3)和赤铁矿(001)面(1Fe3-3O3…3O3-1Fe3)为初始模型，通过构建石英和赤铁矿溶剂化模型，考察了不同pH值条件下，溶剂化效应对石英和赤铁矿表面模型的影响;基于溶剂化模型，考察了十二胺(DDA)对矿物溶剂化模型的吸附特性;选择中性条件下构建的石英(101)面和赤铁矿(001)而溶剂化模型，作为后续新型阳离子捕收剂设计和筛选的受体矿物模型。利用分子模拟技术，开展了常见的阳离子捕收剂分子构型与其浮选选择性的关系研究;基于研究结果，提出并确定了基于药剂与矿物表面吸附能计算的选择性指数作为药剂选择性表征的判据;在此基础上，结合浮选药剂分子结构设计理论，将含较大电负性活性原子(N原子和O原子)的取代基引入到DDA的极性基团(-CH2NH2)中，在受体矿物模型中，设计出多种具有多活性位点和较大极性基尺寸的新型高选择性阳离子捕收剂。
在实验室条件下，利用亲核取代反应，完成了HDMEA、PDDA、DPDA、NHDE和DMPDA五种捕收剂的合成，并通过元素含量分析、质谱、1H核磁共振和FTIR测试，对合成产物进行了表征;表面张力分析结果表明，相比于DDA，设计的五种捕收剂具有更高的表面活性。
单矿物浮选试验可知，五种新型的阳离子捕收剂对石英具有良好的捕收效果，而对于赤铁矿的捕收性能存在着差异;相同浮选条件下，考察的六种阳离子捕收剂对石英捕收能力强弱顺序为NHDE＞DPDA＞DMPDA＞PDDA＞HDMEA＞DDA，对赤铁矿的捕收能力强弱顺序为NHDE＞DDA＞DPDA＞DMPDA＞PDDA＞HDMEA;添加淀粉后，对石英和赤铁矿表现出两种不同的浮选行为，加入适量(10.0mg/L以下)的淀粉，石英回收率在90.0％左右，而赤铁矿的回收率降至5.0％以下，有可能实现石英和赤铁矿的分选。
在实验室条件下，考察了五种新型阳离子捕收剂对赤铁矿和石英质量比2∶3组成的人工混合矿的分选性能，结果表明，在较宽的pH值范围(7.0～10.0)内，五种新型阳离子捕收剂对该人工混合矿具有良好的分选效果，在矿浆自然pH值条件下，可实现该人工混合矿分选;在矿浆自然pH值条件下，阳离子捕收剂分选性能遵循以下规律:HDMEA＞DMPDA＞DPDA＞PDDA＞NHDE＞DDA，该结果与选择性指数的规律相一致;该研究结果证明了，本文提出的基于选择性指数为判据的高选择性阳离子捕收剂设计思路和方法具有良好的可靠性和适用性。
通过FTIR、XPS和矿物zeta电位分析可知，新型阳离子捕收剂在矿物表面发生了物理吸附作用，该吸附主要靠静电引力和氢键作用;石英表面的氧元素参与了吸附反应过程。
本文依托赤铁矿反浮选脱硅体系，基于分子模拟，在石英和赤铁矿的溶剂化模型中，结合常见阳离子捕收剂分子构型与其浮选选择性的关系的研究，以选择性指数为判据，设计并合成了五种高选择性的阳离子捕收剂，即N-(2-羟基-1，1-二甲基乙基)十二胺(HDMEA)、N-(2，3-二羟丙基)十二胺(PDDA)、N，N-二甲基-N’-十二烷基-1，3-丙二胺(DPDA)、N-(2-羟乙基)-N-十二烷基-1.2-乙二胺(NHDE)和N，N-二甲基-N-(2-羟乙基)-N-十二烷基-1.3-丙二胺(DMPDA);在对捕收剂进行表征的基础上;通过表面张力测试、单矿物浮选试验和人工混合矿分选试验，系统研究了新型阳离子捕收剂的浮选性能，并通过红外光谱(FTIR)分析、X射线光电子能谱(XPS)分析和动(zeta)电位测试对新型阳离子捕收剂的作用机理进行了研究。
论文首先结合分子模拟技术，在适宜的COMPASSⅡ力场下，以石英(101)面(1O1-1O1… 1Si3-1Si3)和赤铁矿(001)面(1Fe3-3O3…3O3-1Fe3)为初始模型，通过构建石英和赤铁矿溶剂化模型，考察了不同pH值条件下，溶剂化效应对石英和赤铁矿表面模型的影响;基于溶剂化模型，考察了十二胺(DDA)对矿物溶剂化模型的吸附特性;选择中性条件下构建的石英(101)面和赤铁矿(001)而溶剂化模型，作为后续新型阳离子捕收剂设计和筛选的受体矿物模型。利用分子模拟技术，开展了常见的阳离子捕收剂分子构型与其浮选选择性的关系研究;基于研究结果，提出并确定了基于药剂与矿物表面吸附能计算的选择性指数作为药剂选择性表征的判据;在此基础上，结合浮选药剂分子结构设计理论，将含较大电负性活性原子(N原子和O原子)的取代基引入到DDA的极性基团(-CH2NH2)中，在受体矿物模型中，设计出多种具有多活性位点和较大极性基尺寸的新型高选择性阳离子捕收剂。
在实验室条件下，利用亲核取代反应，完成了HDMEA、PDDA、DPDA、NHDE和DMPDA五种捕收剂的合成，并通过元素含量分析、质谱、1H核磁共振和FTIR测试，对合成产物进行了表征;表面张力分析结果表明，相比于DDA，设计的五种捕收剂具有更高的表面活性。
单矿物浮选试验可知，五种新型的阳离子捕收剂对石英具有良好的捕收效果，而对于赤铁矿的捕收性能存在着差异;相同浮选条件下，考察的六种阳离子捕收剂对石英捕收能力强弱顺序为NHDE＞DPDA＞DMPDA＞PDDA＞HDMEA＞DDA，对赤铁矿的捕收能力强弱顺序为NHDE＞DDA＞DPDA＞DMPDA＞PDDA＞HDMEA;添加淀粉后，对石英和赤铁矿表现出两种不同的浮选行为，加入适量(10.0mg/L以下)的淀粉，石英回收率在90.0％左右，而赤铁矿的回收率降至5.0％以下，有可能实现石英和赤铁矿的分选。
在实验室条件下，考察了五种新型阳离子捕收剂对赤铁矿和石英质量比2∶3组成的人工混合矿的分选性能，结果表明，在较宽的pH值范围(7.0～10.0)内，五种新型阳离子捕收剂对该人工混合矿具有良好的分选效果，在矿浆自然pH值条件下，可实现该人工混合矿分选;在矿浆自然pH值条件下，阳离子捕收剂分选性能遵循以下规律:HDMEA＞DMPDA＞DPDA＞PDDA＞NHDE＞DDA，该结果与选择性指数的规律相一致;该研究结果证明了，本文提出的基于选择性指数为判据的高选择性阳离子捕收剂设计思路和方法具有良好的可靠性和适用性。
通过FTIR、XPS和矿物zeta电位分析可知，新型阳离子捕收剂在矿物表面发生了物理吸附作用，该吸附主要靠静电引力和氢键作用;石英表面的氧元素参与了吸附反应过程。