晶面断裂能及晶体断裂机理:以锆石为例

探索矿物晶体断裂及晶面暴露机制,对于精准调控矿物表面性质具有重要指导意义。前期提出的断裂键密度D_(b)法,可准确解析具有一种类型断裂键的矿物/材料晶体的断裂机制。然而,对于具有两种及以上类型断裂键的晶体,需要探索新方法。本文以具有3种类型断裂键的锆石晶体为例,采用第一性原理计算与Bader电荷分析,提出基于键级权重的晶面断裂能密度(S_(c))方法,快速评估锆石沿各晶面断裂的难易度,揭示晶面暴露规律。晶体化学键键能计算分析表明,锆石晶体中各化学键键能大小顺序为Si—O(6.00 eV)>Zr—O_(β)(2.87 eV)>Zr—O_(α)(1.60 eV)。晶面断裂能密度S_(c)计算表明,锆石晶体沿(200)面最易断裂,因此(200)面最易暴露。此外,S_(c)与表面能有良好相关性,在一定条件下,晶面断裂能密度S_(c)可用于快速评价晶面稳定性和反应性。

彩钼铅矿电子结构和暴露面预测的第一性原理计算研究

彩钼铅矿是重要的钼氧化矿,同时富含钼和铅两种有价元素,具有重要的综合利用价值。基于密度泛函理论,采用第一性原理研究了彩钼铅矿的电子结构,从晶面未饱和键密度和表面能角度对彩钼铅矿的暴露面进行了预测,并与彩钼铅矿纯矿物的X射线衍射分析结果(XRD)进行了对比。结果表明,理想彩钼铅矿属直接带隙p型半导体,费米能级附近主要要由Mo的4d~5轨道、O的2p~4轨道和小部分的Pb 6s~2轨道电子贡献,Mo—O键重叠布居较大,在MoO_4四面体基团内部沿着Mo—O键电子云分布较均匀,表现出较强的共价性,不易断裂。Pb—O键重叠布居较少,沿Pb—O键没有明显电子云分布,说明Pb—O键极有可能是以离子键键合或者不成键的形式存在。彩钼铅矿的{112}面和{001}面由于更低的表面能、更小的断裂键密度和更大的层间距,是彩钼铅矿的最可能暴露面,这一结果与XRD的分析结果相一致,也验证了第一性原理计算结果的准确性。上述结论有助于深入了解彩钼铅矿的物化性质,并为相关浮选机理的研究提供参考。