非水介質(zhì)中機械化學法制備黃鐵礦粉體的動力學研究.pdf

1、近年來，人們針對材料機械化學制備中的相關(guān)理論問題開展了一系列的研究，但在對非水環(huán)境中材料機械化學過程的基礎理論研究尤為欠缺；同時，黃鐵礦被認為是非傳統(tǒng)領域內(nèi)的新型無機材料，得到了廣泛的應用。已有大量的文獻報道通過機械化學方法制備黃鐵礦，但對于研究黃鐵礦制備過程中的動力學問題報道甚少。因此，迫切需要加強對機械化學制備黃鐵礦的中間過程的認識，研究機械化學制備黃鐵礦過程中的動力學模型。 本論文在機械化學基本理論的基礎上，采用現(xiàn)代檢測技

2、術(shù)研究并分析了黃鐵礦粉體的機械球磨制備過程中非水介質(zhì)對黃鐵礦的超細球磨的影響；并且，研究了非水環(huán)境下機械化學合成黃鐵礦的結(jié)構(gòu)宏觀動力學，同時從晶態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)和自由能角度出發(fā)，揭示了不同的非水環(huán)境與機械化學合成黃鐵礦粉體的反應動力學之間的關(guān)系，并探討了機械化學合成黃鐵礦粉體的反應途徑和機制。 本研究工作得到的主要結(jié)論如下： 1.在乙醇體系中，針對不同的時間對粗制黃鐵礦進行高能球磨，發(fā)現(xiàn)隨著球磨時間的增加，所得到的黃鐵礦粉體

3、的粒度先迅速減小，隨后減小趨勢隨球磨時間的增加而減緩。黃鐵礦在水體系中的球磨速度和效率最大，粒度最細，但發(fā)生了氧化分解反應；空氣介質(zhì)下黃鐵礦在超細粉碎過程中的球磨速度和效率最小，所得到的黃鐵礦粉體的顆粒最粗。 2.在同具有-OH基團的一系列醇類介質(zhì)中，乙醇能更好地吸附在黃鐵礦顆粒的新生表面和裂縫中，從而更大程度地降低顆粒的強度和硬度或者阻礙斷裂鍵的復合，促使裂紋擴展和新表面的生成，產(chǎn)生“劈裂效應”。因此，非水環(huán)境中非水介質(zhì)的碳鏈

4、越短，機械超細粉碎制備黃鐵礦粉體時的球磨速度和效率就越大。 3.當非水介質(zhì)中的極性基團和黃鐵礦的晶格原子相似時，能更加促進黃鐵礦的化學鍵斷裂和新表面生成，并更好地沿黃鐵礦的晶體缺陷和新表面下的裂痕進行浸潤，降低黃鐵礦的晶格能和表面能，以利于黃鐵礦沿這些缺陷和裂紋進行碎裂，從而提高黃鐵礦的球磨速度和效率，降低黃鐵礦粉體的粒度。 4.黃鐵礦在非水介質(zhì)中進行超細球磨制備時，符合無機化學中的軟硬酸堿理論，易與基團電負性較小的非水

5、介質(zhì)相互吸附，因此，在醇類體系中，乙醇介質(zhì)下機械球磨黃鐵礦的球磨速度和效率比在其它的非水介質(zhì)下要大。 5.機械化學合成黃鐵礦粉體的過程可分為誘導期、加速期和減速期三個階段。整個合成過程要先生成中間產(chǎn)物白鐵礦，接著白鐵礦再發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變?yōu)辄S鐵礦，此后，鐵粉和硫粉反應生成白鐵礦和白鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)辄S鐵礦處于動態(tài)平衡，直至鐵粉和硫粉反應完全。 6.機械力的作用先使鐵粉和硫粉的晶粒尺寸減小，晶格畸變程度逐漸增大，并形成結(jié)晶不完整的白鐵礦，隨

6、著系統(tǒng)內(nèi)能的升高，當系統(tǒng)內(nèi)能大于晶型轉(zhuǎn)變的活化能時，白鐵礦將發(fā)生轉(zhuǎn)變成黃鐵礦。隨著球磨時間的延長，鐵相和硫相的含量逐漸減少，自鐵礦相的含量先急劇增加，達到最大值后，白鐵礦相的含量又逐漸減少；而黃鐵礦相的含量隨著球磨時間緩慢增加，同時不同球磨環(huán)境下黃鐵礦含量的增加趨勢也不相同。 7。三種不同介質(zhì)下的黃鐵礦生成動力學方程分別為： 空氣體系： NPyrite=1/1+e14.40-0.63t無水乙醇體系： NPyrite=1/