晶格缺陷对闪锌矿表面性质和铜活化影响的量子力学研究

陈建华¹，陈晔²，李玉琼²

1. 广西大学资源与冶金学院，南宁530004;
2. 广西大学化学化工学院，南宁530004收稿日期：2009年7月15日; 接受2009年11月2日

摘要：用密度泛函理论计算了闪锌矿（110）表面含Fe，Mn，Cd杂质的电子性质，研究了杂质对闪锌矿活化的影响。 计算结果表明，Fe和Mn杂质都会使闪锌矿表面的带隙变窄，导致费米能级转移到导带。 由带隙中出现的Fe3d和Mn3d轨道组成的杂质能级有利于电子从价带向导带的转移，提高表面电导率和电化学活性。 结果表明，铁和锰杂质不能被铜原子取代，这减少了铜原子的交换位置（Zn），因此含铁和锰的闪锌矿很难被铜活化。 Cd杂质对闪锌矿表面电子结构影响不大; 然而，Cd原子容易被Cu原子取代，这就是含镉闪锌矿容易漂浮的原因。

关键词：闪锌矿; 晶格杂质; DFT计算; 铜活化

介绍

闪锌矿是一种重要的含锌矿物，也是锌金属的主要来源。 闪锌矿可以通过泡沫浮选回收。 然而，由于锌黄药的相对不稳定性，其对短链硫醇收集器不太好反应; 因此需要铜活化来提高捕收剂分子和闪锌矿表面之间的吸附[1]。 天然闪锌矿通常含有杂质，如铁，镉，锰和铜，取代锌原子，在自然界中呈现出广泛的颜色。 闪锌矿的铁含量在不同温度和结晶化学环境下从0.4％到22％（质量分数）变化。 当铁含量超过6％时，闪锌矿被称为马铁矿[2]。 被镉富集的闪锌矿被称为pribramite。 众所周知，天然闪锌矿中普遍存在锰杂质。 闪锌矿中的杂质在闪锌矿浮选过程中起着重要作用。 一般来说，铁的存在使得闪锌矿的可浮性变差，相反，

镉会使闪锌矿易于漂浮[3]。

众所周知，晶格缺陷会对矿物的表面性质产生相当大的影响[4]。 铁的存在减少了闪锌矿的带隙，闪锌矿自然是绝缘体，并影响其反应性[5]。 铁杂质影响闪锌矿的铜活化和随后的浮选行为; 然而，已经有相互矛盾的结果报道。 最近，BOULTON等[6]报道闪锌矿晶格中铁的存在减少了Cu² 的交换位置（锌）。 然而，XPS分析表明，闪锌矿表面Cu² 的吸附量随着闪锌矿含铁量的增加而增加[7]。 HARMER等[4]认为闪锌矿的高铁含量增加了表面缺陷位置的数量，并且与低铁含量（较少缺陷位置）的样品相比，允许更多量的Cu² 吸附到闪锌矿表面上。 此外，铁杂质含量高的样品会发生快速氧化。 如我们所知，晶格中的Cd杂质改善了闪锌矿的可浮性; 然而，影响闪锌矿浮选行为的镉的性质却鲜有报道。

为了研究杂质在体内的作用

基金项目：国家自然科学基金项目（50864001）通讯作者：陈叶; 电话： 86-771-3233565; 传真： 86-771-3233566; E-MAil：fby18@126.com DOI：10.1016 / S1003-6326（09）60266-1