《MetaResource》：Mechanism of Synergistic Regulation of the Interfacial Hydration Layer on Galena by Combined Collectors
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本文针对单一捕收剂在复杂贫细矿物浮选中吸附强度不足、选择性差等问题，研究了EX、BX、DDTP、DDTC四种捕收剂及其组合在方铅矿(100)面的协同机理。通过DFTB+和分子动力学模拟发现，BX与DDTP组合通过空间互补和疏水协同显著增大水-矿物距离至5.31 ?，破坏氢键网络，降低界面自由能，为高效浮选药剂设计提供了分子理论依据。
随着矿产资源日益贫化，开发高效浮选药剂成为选矿领域的迫切需求。方铅矿作为最重要的铅金属来源，其浮选行为一直备受关注。传统单一捕收剂如黄药类（EX、BX）、黑药类（DDTP）和硫氨酯类（DDTC）虽广泛应用，但面对复杂贫细矿石时，暴露出吸附密度不足、抗浆体干扰能力弱等局限性。组合捕收剂系统通过"1+1>2"的协同效应，在实践中展现出提升回收率、降低药耗等优势，然而其微观协同机制长期缺乏系统阐释。矿物-药剂-水三相界面的分子组装、界面水化层结构动态变化等关键科学问题，亟需原子尺度的解析。
为揭示协同机制，本研究以方铅矿为对象，选取EX、BX、DDTP、DDTC四种典型捕收剂及其二元组合，采用基于密度泛函的紧束缚方法（DFTB+）结合分子动力学模拟，突破传统实验技术的局限。研究人员首先构建了方铅矿(100)面模型（晶格参数优化后为6.022072 ?，误差仅1.45%），并建立包含360个水分子的立方水盒环境。
通过计算吸附能、分析电子态密度和径向分布函数，系统探究了药剂吸附构型、水分子行为及界面水化层结构变化。
关键技术方法包括：采用DFTB+方法进行电子结构计算，使用PbOrg参数集处理Pb、S等元素；利用分子动力学模块开展NVT系综模拟，温度298 K，时长200 ps；通过径向分布函数定量分析水分子与矿物表面距离（g(Pb0-O)）及水分子间氢键网络（g(O-O)）。
3.1 单一捕收剂系统吸附
单个捕收剂分子通过S原子与表面Pb原子发生化学吸附，吸附能分别为EX(-293.18 kJ/mol)、BX(-274.84 kJ/mol)、DDTP(-311.26 kJ/mol)、DDTC(-286.13 kJ/mol)，其中DDTP因分子结构紧凑且Pb-S键最短（2.827 ?）而吸附最强。
水环境能增强吸附稳定性，使平均Pb-S键缩短至2.286-2.478 ?。疏水性分析显示，DDTC处理的表面g(Pb0-O)第一峰位于4.53 ?，疏水性最佳；而EX和DDTP系统的g(O-O)第一峰距离较小（2.51-2.53 ?），表明水分子间氢键作用较强。
3.2 组合捕收剂系统吸附行为
组合使用时，空间位阻小的EX、BX、DDTC与位阻大的DDTP形成互补，显著提升表面吸附密度。
径向分布函数表明，BX+DDTP组合的g(Pb0-O)第一峰移至5.31 ?，远高于单一药剂（4.27-4.35 ?），说明水分子被最大限度阻隔；同时g(O-O)第一峰右移至2.69 ?，氢键网络被显著破坏。
这种协同源于BX的低位阻与DDTP的长烃链疏水屏障共同作用，形成致密疏水膜。
研究结论表明，组合捕收剂通过分子结构互补与疏水协同，有效破坏界面水化层稳定性，降低界面自由能。其中BX+DDTP组合效果最优，为复杂矿石浮选分离提供了分子设计依据。该工作发表于《MetaResource》，通过多尺度模拟揭示了协同机制，推动了浮选药剂开发从经验导向向理论设计的转变。
