非水介質(zhì)中機(jī)械化學(xué)法制備黃鐵礦粉體的動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、近年來(lái)，人們針對(duì)材料機(jī)械化學(xué)制備中的相關(guān)理論問(wèn)題開(kāi)展了一系列的研究，但在對(duì)非水環(huán)境中材料機(jī)械化學(xué)過(guò)程的基礎(chǔ)理論研究尤為欠缺；同時(shí)，黃鐵礦被認(rèn)為是非傳統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)的新型無(wú)機(jī)材料，得到了廣泛的應(yīng)用。已有大量的文獻(xiàn)報(bào)道通過(guò)機(jī)械化學(xué)方法制備黃鐵礦，但對(duì)于研究黃鐵礦制備過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題報(bào)道甚少。因此，迫切需要加強(qiáng)對(duì)機(jī)械化學(xué)制備黃鐵礦的中間過(guò)程的認(rèn)識(shí)，研究機(jī)械化學(xué)制備黃鐵礦過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)模型。 本論文在機(jī)械化學(xué)基本理論的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代檢測(cè)技

2、術(shù)研究并分析了黃鐵礦粉體的機(jī)械球磨制備過(guò)程中非水介質(zhì)對(duì)黃鐵礦的超細(xì)球磨的影響；并且，研究了非水環(huán)境下機(jī)械化學(xué)合成黃鐵礦的結(jié)構(gòu)宏觀動(dòng)力學(xué)，同時(shí)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(jī)械化學(xué)合成黃鐵礦粉體的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)之間的關(guān)系，并探討了機(jī)械化學(xué)合成黃鐵礦粉體的反應(yīng)途徑和機(jī)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(duì)不同的時(shí)間對(duì)粗制黃鐵礦進(jìn)行高能球磨，發(fā)現(xiàn)隨著球磨時(shí)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(shì)隨球磨時(shí)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(xì)，但發(fā)生了氧化分解反應(yīng)；空氣介質(zhì)下黃鐵礦在超細(xì)粉碎過(guò)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(tuán)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(qiáng)度和硬度或者阻礙斷裂鍵的復(fù)合，促使裂紋擴(kuò)展和新表面的生成，產(chǎn)生“劈裂效應(yīng)”。因此，非水環(huán)境中非水介質(zhì)的碳鏈

4、越短，機(jī)械超細(xì)粉碎制備黃鐵礦粉體時(shí)的球磨速度和效率就越大。 3.當(dāng)非水介質(zhì)中的極性基團(tuán)和黃鐵礦的晶格原子相似時(shí)，能更加促進(jìn)黃鐵礦的化學(xué)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(jìn)行浸潤(rùn)，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(jìn)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(jìn)行超細(xì)球磨制備時(shí)，符合無(wú)機(jī)化學(xué)中的軟硬酸堿理論，易與基團(tuán)電負(fù)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(jī)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(jī)械化學(xué)合成黃鐵礦粉體的過(guò)程可分為誘導(dǎo)期、加速期和減速期三個(gè)階段。整個(gè)合成過(guò)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(yīng)生成白鐵礦和白鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)辄S鐵礦處于動(dòng)態(tài)平衡，直至鐵粉和硫粉反應(yīng)完全。 6.機(jī)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(dāng)系統(tǒng)內(nèi)能大于晶型轉(zhuǎn)變的活化能時(shí)，白鐵礦將發(fā)生轉(zhuǎn)變成黃鐵礦。隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，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(dá)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(shí)間緩慢增加，同時(shí)不同球磨環(huán)境下黃鐵礦含量的增加趨勢(shì)也不相同。 7。三種不同介質(zhì)下的黃鐵礦生成動(dòng)力學(xué)方程分別為： 空氣體系： NPyrite=1/1+e14.40-0.63t無(wú)水乙醇體系： NPyrite=1/