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《中南大学》 2003年
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机械活化硫化矿能量学研究

肖忠良  
【摘要】:机械活化是强化湿法冶金过程的重要手段之一。固体矿物机械活化储能的方式及储能的大小对强化其浸出过程具有重要的影响。本文以微量热法为实验手段,以机械活化硫化矿为研究对象,进行了矿物机械活化储能的能量学研究,以探讨硫化矿机械活化储能与其结构变化的关系,为机械活化在冶金过程等领域进一步发展及强化措施的进一步改善提供理论依据。主要研究工作如下: (1) 为了进行机械活化硫化矿的能量学研究,改造了Calvet HT-1000微量热计。设计并组装计算机数据采集系统,实现了量热计与计算机的联机,并提高了数据采集精度;在Windows 98操作系统下,开发了基于新硬件系统的量热数据采集及数据处理软件,扩展了原仪器的功能,提高了工作效率。 (2) 设计了安瓿进样式反应器、气动进样式反应器和气动持续搅拌式反应器等三种固液反应器,其中气动持续搅拌式反应器使得利用微量热计进行难溶性固体的固液反应溶解量热研究成为可能,应用焦耳标定法系统地标定改造后的仪器的各项参数,为机械活化硫化矿的能量学研究作好了铺垫。 (3) 首次采用微量热法对闪锌矿、黄铁矿的机械活化储能前期释放进行了直接量热研究,结合XRD、SEM、TEM、激光衍射粒度及红外光谱分析结果,发现:机械活化闪锌矿和黄铁矿在直接量热过程中存在机械活化储能前期释放,量热前后其晶体结构未发生变化;量热测试后,粒度增加,比表面积减小,说明机械活化闪锌矿和黄铁矿的机械活化储能前期释放是由团聚引起表面积减小所致。在惰性气氛相同条件下活化,不同硫化矿的机械活化储能前期释放量大小次序为:E_(srFeS_2)>E_(srPbS)>E_(srZnS),这是由于机械活化产生的表面化学活性点的多少、矿物本身的表面能的大小差异引起。不同球的材质对黄铁矿、闪锌矿机械活化储能前期释放影响显著,而球磨罐的材质的影响不显著,表明机械活化储能为瞬间的储能过程。随着活化时间的增加,闪锌矿机械活化储能前期释放依次增加,而活化时间超过60min后基本不变;黄铁矿机械活化储能前期释放,在40min达到最大。该结果可能与发生机械分解反应产生单质硫磺的相变及浸润作用有关。 (4) 首次设计热化学循环,对闪锌矿、黄铁矿的机械活化储能进 博士学位论文摘要 行氧化溶解量热研究,精确测定了机械活化闪锌矿、黄铁矿的全部机 械活化储能,发现其机械活化储能随活化时间增加而增加,但增加的 趋势随活化时间增加而减缓,最终达到该条件下的机械活化储能极 限。结合比表面积及XRO等测试结果,发现比表面积增加导致其机 械活化储能增加,但不是闪锌矿、黄铁矿机械活化储能的主要原因。 闪锌矿’的机械活化储能主要由于晶格畸变,导致位能增加、体系能量 增高,而不以表而化学活性点储能为主,故不受活化气氛影响。在常 温下空气或惰性气氛存放,其机械活化储能基本不变;惰性气氛中加 热到873K左右才因晶格畸变的部分恢复使其机械活化储能减小。 黄铁矿的机械活化储能主要由于活化过程中产生了大量的表面 化学活性点引起,对活化气氛敏感。当活化过程中吸收能量生成亚稳 的产物时,其机械活化储能大;发生放热反应生成稳定的产物时,机 械活化储能小。在存放过程中,会因活性点的复合,释放其部分机械 活化储能,因此,在惰性气氛中加热或在空气中存放等导致表面化学 活性点减少的过程,均使其机械活化储能减小。在室温下惰性气氛中 存放,其机械活化储能基本保持不变。 单质硫磺含量(S/mg.g一’)、晶块尺寸(D/A)、晶格畸变率(。/o/o)及 比表面积(sG/mZ.g一’)对惰性气氛下黄铁矿、闪锌矿机械活化储能 (E/k J.m。l一’)的影响关系如下: Epyrite=1 1 .7250一0.00408*D+0.7573*SG+0.1904*S Espha一c「ite=一23 .1 83+1 .0053*“+4.9606*50 比表面积增加导致的闪锌矿、黄铁矿机械活化储能在全部机械活 化储能中所占比例随活化时间的增加而下降。如:对闪锌矿活化20min 时占20,l%到活化26Omin时只占5.73%,对黄铁矿活化ZOmin时占 43%到活化260min时只占巧%。 (5)应用过渡态理论初步探讨了硫化矿机械活化储能对其溶解反 应动力学的影响。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TF111.4

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