辉钼矿是最重要的钥矿物之一,世界上钼产量中的99%是从辉钼矿中获得的。辉钥矿广泛地与其他硫化铜共生,其中以斑岩型铜钼矿的工业价值最大。由于铜、钼硫化物矿物的可浮性相近、辉钼矿嵌布粒度细等原因,致使铜钼矿石浮选过程存在选铜作业中钼回收率低、铜钼分离困难等问题。“抑铜浮钼”是铜钼矿石浮选分离最常用的流程,因此黄铜矿抑制剂的抑制性能在铜钼矿石浮选中显得至关重要。作为一种典型的硫化铜矿物,黄铜矿的浮选理论研究一直是国内外的研究热点。现有的理论研究工作多集中在黄铜矿捕收剂方面,而在抑制理论方面则鲜见报道。另外,由于抑制剂与矿物表面作用的复杂性,常规的检测手段和分析方法的局限性,关于黄铜矿表面原子构型、抑制剂-黄铜矿作用过程电子迁移特性等方面的研究还存在很多不足。因此,基于量子化学原理,从原子尺度,研究不同分子构型的抑制剂与黄铜矿弛豫表面的相互作用,对深刻理解抑制剂与黄铜矿之间的作用机理具有重要意义,同时对抑制剂研制提供了技术支持。本文在广泛查阅文献的基础上,选取2,3-二巯基丁二酸(DMSA)、巯基丁二酸(TMA)、3-巯基丙酸(MPA)、半胱氨酸(CYS)和壳聚糖(CTS)5种抑制剂,分别考察了它们在单矿物、人工混合矿、含钼铜精矿的浮选过程中的作用效果,并与硫化钠的作用效果进行了比较;在此基础上利用Zeta电位分析、吸附量测定、IR分析、ToF-SIMS成像等手段探讨了抑制剂与矿物的作用机理;最后对抑制剂的抑制性能参数进行了计算,并利用密度泛函理论计算等方法研究了黄铜矿晶体的电子结构和弛豫表面性质,计算了抑制剂与难免离子Cu2+、Fe2+的配合过程中电子迁移特性。浮选试验结果表明,DMSA、TMA、MPA、CYS和CTS均对黄铜矿有显著的抑制作用,而对辉钼矿的作用很弱。与硫化钠相比,在抑制效果相近时,这5种抑制剂的用量仅为硫化钠的1/62～1/8。动电位测定结果表明,DMSA、TMA、MPA和CYS在黄铜矿表面发生化学吸附和静电吸附,在辉钼矿表面仅存在静电吸附;CTS在黄铜矿和辉钼矿表面均发生吸附,除了静电吸附还可能存在化学吸附,CTS在黄铜矿表面的吸附强度大于在辉钼矿表面的。吸附量和ToF-SIMS试验结果显示,4种巯基类抑制剂在黄铜矿表面的吸附量明显大于在辉钼矿表面的;CTS在两种矿物表面的吸附量相当,捕收剂的预先覆盖阻碍了CTS在辉钼矿表面的吸附,增加了 CTS的选择性。红外光谱分析结果表明,CTS同时通过胺Ⅲ(N-H)基团和质子化胺基基团(NH2+)吸附与黄铜矿吸附,但仅通过胺Ⅲ(N-H)基团在辉钼矿表面发生吸附。抑制性能指数计算结果表明,第二巯基的引入和α位氨基取代增加了抑制剂分子的电负性、浮选特性指数和偶极矩,增大了 DMSA和CYS的抑制性能。密度泛函理论计算结果显示,第二巯基的引入并未显著改变抑制剂分子的前线轨道能,双巯基通过与金属原子的螯合作用增大配合能;α位氨基妨碍了羧基对巯基S电子的吸引,降低了 CYS分子的LUMO能级,减小了能隙AE3,增大了分子活性。Mulliken电荷分布分析显示,在抑制剂与金属离子配合过程中,抑制剂巯基中的S和氨基中的N向Cu2+和Fe2+提供电子形成正配键。电荷迁移分解分析显示,Cu2+和Fe2+向亲固基反馈电子形成反馈键,反馈电子数Fe2+>Cu2+,反馈键降低了配合能,对反应不利。黄铜矿晶体性质计算结果表明,黄铜矿带隙为0.3 eV,属于半导体,晶格中相邻层Fe原子的自旋方向相反且自旋态密度不对称,造成黄铜矿具有微弱磁性。黄铜矿弛豫表面出现原子重构;S-(0 0 1)表面相邻S原子两两成对生成双硫二聚体;M-(0 0 1)面表层金属原子下沉,次层S原子整体向上迁移,形成“富硫”表面。4种巯基抑制剂和CTS吸附于黄铜矿表面时,与矿物表面发生作用的是分别是巯基中的S原子和氨基中的N原子。DMSA分子的双疏基S原子与黄铜矿表面Cu、Fe原子形成桥连位吸附,TMA、MPA、CYS和CTS的S原子和N原子与黄铜矿表面金属原子形成Top位吸附。巯基中的S原子和氨基中的N原子主要通过向黄铜矿表面金属原子转移p电子生成正配键,部分电子由金属原子反馈回S、N原子形成反馈键;电子交换时,正配键电子优先转移到金属原子的s、d轨道,反馈键电子优先转移到S、N原子的s轨道。通过矿物浮选分离试验、吸附量、Zeta电位、IR、ToF-SIMS、DFT理论计算等,对比研究了抑制剂的不同分子构型对抑制效果和作用机理的影响,发现抑制剂双巯基螯合作用和α位推电子基团取代可以改善药剂的抑制效果,反馈键不利于抑制剂与难免离子和黄铜矿表面发生吸附。