[發(fā)明專利]一種基于密度泛函理論的礦物晶面優(yōu)選方法

在審

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• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113311011A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設計）人: 李育彪;魏楨倫
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01N23/20
• 分類號: G01N23/20;G06F30/20
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 陳建軍

本發(fā)明公開了一種基于密度泛函理論的礦物晶面優(yōu)選方法，基于密度泛函理論通過切割礦物晶胞并建立初始晶面，模擬完成了初始晶面模型的建立和弛豫的過程，并通過弛豫后各個晶面的表面能對比，得到礦物的優(yōu)選晶面，為模擬計算中晶面的選擇提供了理論依據，并對后續(xù)礦物表面性質及其與藥劑作用機理的研究提供了重要指導作用。

技術領域

本發(fā)明涉及礦物加工工程領域，特別是一種基于密度泛函理論的礦物晶面優(yōu)選方法。

背景技術

金屬硫化礦是重要的金屬資源礦物，一般經過破碎、磨礦、富集、冶金等流程以獲得金屬或金屬化合物，其中很多工藝流程都與礦物的實際表面性質緊密相關。例如，在浮選流程中，根據目的礦物與脈石礦物表面性質差異，可以使用浮選藥劑將目的礦物選擇性富集；在浸出過程中，根據礦物表面性質可以確定最佳浸出條件，提高浸出率和浸出速率。因此，探究礦物表面性質可以對金屬硫化礦的浮選、浸出等工藝過程提供理論支持，對金屬硫化礦的加工處理有重要意義。

目前，密度泛函理論和分子動力學等模擬計算手段都可以從原子/分子級別直觀地揭示金屬硫化礦表面性質及其與藥劑的作用機理，利用這些模擬手段，可以幫助我們更好地理解金屬硫化礦的富集提純過程。在目前的模擬計算中，研究者們通常選擇礦物所常用的某個晶面或某幾個晶面來探究礦物表面性質及其與藥劑的作用機理；但這些研究中并未給出這些晶面的選擇依據，這些晶面是否具有代表性，或者所選擇的晶面是否更適合應用于實際工藝中，均不能得知。由于礦物在破碎磨礦過程中會暴露出眾多晶面，如何選擇適當的晶面進行后續(xù)礦物表面性質工藝研究，以及礦物晶面與藥劑作用機理的模擬計算變得尤為重要。例如，選定礦物的優(yōu)選晶面后，便可依據此晶面模擬計算系列浮選藥劑與礦物之間的作用，不僅可以節(jié)省藥劑開發(fā)成本，還可以直觀地揭示藥劑與礦物之間的作用機理。故需要提供一種有效的礦物晶面優(yōu)選方法用于彌補現有技術中的不足。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于，提供一種基于密度泛函理論的礦物晶面優(yōu)選方法，用于解決現有技術中缺少有效手段對礦物破碎后晶面進行合理優(yōu)選的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于密度泛函理論的礦物晶面優(yōu)選方法，其步驟包括：對目標礦物進行XRD分析，獲取目標礦物的若干晶面指數和晶格參數；根據目標礦物的晶格參數構建標準晶胞模型，設置優(yōu)化參數條件并對標準晶胞模型進行晶胞幾何優(yōu)化，得到優(yōu)化晶胞模型；沿目標礦物每一晶面指數方向，對優(yōu)化晶胞模型進行切割，并在每一切割面上設置真空層，形成初始晶面模型；基于優(yōu)化參數條件對初始晶面模型進行晶面幾何優(yōu)化，得到弛豫晶面模型；根據優(yōu)化晶胞模型和弛豫晶面模型若干性質參數，計算出弛豫后各個晶面的表面能，并選取表面能最小的晶面作為目標礦物的優(yōu)選晶面。

其中，根據目標礦物的晶格參數構建標準晶胞模型的步驟具體為：將目標礦物的晶格參數導入Materials Studio軟件中，構建得到標準晶胞模型。

其中，根據優(yōu)化晶胞模型的晶格參數變化程度和晶胞能量高低，確定最優(yōu)的優(yōu)化參數條件；優(yōu)化參數條件具體包括標準晶胞模型的交換關聯泛函、截斷能、k點取值、色散力修正以及自旋設置。

優(yōu)選的，優(yōu)化晶胞模型的晶格參數變化程度最小以及晶胞能量最低時，所對應的優(yōu)化參數條件為最佳。

其中，設置優(yōu)化參數條件并對標準晶胞模型進行晶胞幾何優(yōu)化的步驟具體為：將優(yōu)化參數條件輸入Materials Studio軟件的Castep計算模塊，對標準晶胞模型進行幾何結構的優(yōu)化運算。

其中，對優(yōu)化晶胞模型進行切割的步驟具體為：將目標礦物的若干晶面指數輸入Materials Studio軟件里Build模塊的Cleave Surface功能，沿若干晶面指數方向對優(yōu)化晶胞模型進行切割。

其中，在每一切割面上設置真空層的步驟具體為：以優(yōu)化晶胞模型為基礎平移單元，在每一切割面上平移增加出預設厚度的真空層。