Структура тонкой пленки электрохимически активированной воды на поверхности пирита
К.В. Прохоров1, М.А. Чибисова1, А. Шривастава2
1 Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск, Российская Федерация
2 Индийский институт информационных технологий и менеджмента, Гвалиор, Индия
Russian Mining Industry №4S / 2025 p. 63-67
Резюме: Цель работы – проведение экспериментальных и теоретических исследований для детального понимания кинетики закрепления частиц FeS2 на поверхности пузырька воздуха и поиска возможности интенсификации закрепления частиц FeS2 в элементарном акте флотации путем электрохимической активации растворов. С помощью метода теории функционала плотности проведено моделирование молекулярной структуры молекул пленочной воды на поверхности пирита (100). При добавлении в воду иона гидроксония расстояние Fe-O увеличивается с 2,145 Å до 3,245 Å, что влияет и на связь между молекулами пленочной воды. Общее количество водородных связей между молекулами воды уменьшается на расстоянии до 5,5 Å от поверхности FeS2. Молекулярно-динамическое моделирование показывает перенос протона от приповерхностных слоев воды к верхним слоям. Результаты моделирования согласуются с экспериментальными данными исследования кинетики закрепления частиц пирита на пузырьке воздуха. После электрохимической активации раствора соды наблюдается рост нагрузки пузырька частицами пирита до 32%.
Ключевые слова: пирит, флотация, теория функционала плотности, молекулярная динамика, межфазная вода
Благодарности: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №24-27-20084, https://rscf.ru/project/24-27-20084/ и гранта в форме субсидий из краевого бюджета Хабаровского края (соглашение №110С/2024 от 31.07.2024 г.)
Для цитирования: Прохоров К.В., Чибисова М.А., Шривастава А. Структура тонкой пленки электрохимически активированной воды на поверхности пирита. Горная промышленность. 2025;(4S):63–67. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-4S-63-67
Информация о статье
Поступила в редакцию: 02.07.2025
Поступила после рецензирования: 13.08.2025
Принята к публикации: 19.08.2025
Информация об авторах
Прохоров Константин Валерьевич – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0003-4569-1928; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Чибисова Мария Анатольевна – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник вычислительного центра, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск, Российская Федерация;
Анураг Шривастава – доктор наук (Университет Баркатулла, Бхопал), профессор группы исследований перспективных материалов лаборатории исследований передовых материалов, Индийский институт информационных технологий и менеджмента, Гвалиор, Индия
Список литературы
1. Чантурия В.А., Вигдергауз В.Е. Электрохимия сульфидов. Теория и практика флотации. М.: Руда и металлы; 2008. 272 с.
2. Reis A.S., Barrozo M.A.S. A study on bubble formation and its relation with the performance of apatite flotation. Separation and Purification Technology. 2016;161:112–120. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2016.01.038
3. Chau T.T. A review of techniques for measurement of contact angles and their applicability on mineral surfaces. Minerals Engineering. 2009;22(3):213–219. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2008.07.009
4. Chanturiya V.A., Kondratiev S.A. Contemporary understanding and developments in the flotation theory of non-ferrous ores. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2019;40(6):390–401. https://doi.org/10.1080/08827508.2019.1657863
5. Кондратьев С.А. Оценка активности и селективности действия карбоновых кислот, используемых в качестве флотационных реагентов. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2012;(6):116–125.Kondrat’ev S.A. Activity and selectivity of carboxylic acids as flotation agents. Journal of Mining Science. 2012;48(6):1039–1046. https://doi.org/10.1134/S1062739148060123
6. Liu Y., Chen J., Li Y., Zhang J., Kang D. First-principles study on the adsorption structure of water molecules on a pyrite (100) surface. Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2021;57(2);121–130. https://doi.org/10.37190/ppmp/133010
7. Wang S., Kong R. Analyzing the flotation kinetics of long-flame coal slurry using water-soluble emulsified collector mixtures. Fuel. 2024;360:130572. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.130572
8. Wang S., Wang Y., Kong R. Investigation of flotation bubble-particle attachment interactions influenced by monovalent cations and cationic surfactants from macro and molecular scales. Advanced Powder Technology. 2024;35(7):104549. https://doi.org/10.1016/j.apt.2024.104549
9. Kong R., Wang S., Gui D. Effects of microemulsion collector mixtures on the flotation performance of low-rank coal: A combined simulation and experimental study. Advanced Powder Technology. 2024;35(2):104334. https://doi.org/10.1016/j.apt.2024.104334
10. Чантурия Е.Л., Чантурия В.А., Перспективы использования электрохимической технологии водоподготовки при флотационном обогащении медно-цинковых руд. Цветные металлы. 2016;(1):13–19. https://doi.org/10.17580/tsm.2016.01.02Chanturiya E.L., Chanturiya V.A., Zhuravleva E.S. Prospects of application of water preparation of electrochemical technology in copper-zinc ores flotation. Tsvetnye Metally. 2016;(1):13–19. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/tsm.2016.01.02
11. Прохоров К.В., Копылова А.Е. Перспективные способы интенсификации процесса флотации медно-порфировых и золотосеребряных руд путем применения электрохимической обработки. Проблемы недропользования. 2020;(2):96–106. Режим доступа: https://trud.igduran.ru/index.php/psu/article/view/351 (дата обращения: 29.05.2025).Prokhorov K.V., Kopylova A.E. Promising ways to intensify the flotation process of copper-porphyry and gold-silver ores by applying electrochemical processing. Problems of Subsoil Use. 2020;(2):96–106. (In Russ.) Available at: https://trud.igduran.ru/index.php/psu/article/view/351 (accessed: 29.05.2025).
12. Николаев А.А., Петрова А.А., Горячев Б.Е. Кинетика закрепления зерен пирита на пузырьке воздуха в условиях перемешивания суспензии. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2016;(2):131–139.Nikolaev A.A., Petrova A.A., Goryachev B.E. Pyrite grain and air bubble attachment kinetics in agitated pulp. Journal of Mining Science. 2016;52(2):352–359. https://doi.org/10.1134/S1062739116020502
13. Huebsch M.-T., Nomoto T., Suzuki M.-T., Arita R. Benchmark for Ab initio prediction of magnetic structures based on cluster-multipole theory. Physical Review X. 2021;11:011031. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.11.011031
14. Santos E.C., Silva J.C.M., Duarte H.A. Pyrite oxidation mechanism by oxygen in aqueous medium. Journal of Physical Chemistry C. 2016;120(5):2760–2768. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b10949
15. Stirling A., Bernasconi M., Parrinello M. Ab initio simulation of water interaction with the (100) surface of pyrite. Journal of Chemical Physics. 2003;118(19):8917–8926. https://doi.org/10.1063/1.1566936
16. Steiner T. The hydrogen bond in the solid state. Angewandte Chemie International Edition. 2002;41(1):48–76. https://doi.org/10.1002/1521-3773(20020104)41:1<48::AID-ANIE48>3.0.CO;2-U
17. Чжо З.Я., Пьё Ч.Ч., Копылов А.Б., Ковалев Р.А. Совершенствование реагентных режимов флотации сфалерита и пирита из месторождений колчеданных медно-цинковых и полиметаллических руд. Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2021;(4):374–388. Kyaw Z.Ya., Phyo K.K., Kopylov A.B., Kovalev R.A. Improvement of reagent regimes of flota tion of sphalerite and pyrite from silver copper-zinc and polymetallic ore deposits. Izvestiya Tulskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Nauki o Zemle. 2021;(4):374–388. (In Russ.)
