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磁铁矿低温氧化及动力学研究

丁超  
【摘要】: 本文首先分析了磁铁矿的矿物成分,通过机械干法研磨和人工合成等实验方法生产出不同粒径大小的磁铁矿样品,从矿物学角度研究磁铁矿粒径、相转变、氧化程度和磁化率随着研磨时间的变化规律,探讨了不同粒径磁铁矿颗粒在不同温度下的氧化效果、氧化产物、磁化率值变化并对磁铁矿颗粒低温氧化进行动力学的基本研究。 实验所用铜陵磁铁矿精选矿粉初始粒径约4μm,磁铁矿含量约90%、Si,Ti等含量约为10%。研究表明磁铁矿在机械研磨作用下,随研磨时间延长,粒径逐渐变细,在球磨机转速为500 r/min、反应时间为30h时,磁铁矿表面发生氧化反应其氧化率最高达18.6%,磁化率值降低3.8×10~(-4)m~3kg~(-1),XRD衍射图谱分析表明部分磁铁矿转化为赤铁矿。在不同温度下对研磨后矿物粒径为2μm的磁铁矿样品进行氧化试验,在温度为320℃、反应时间为30天时,磁化率值下降10×10~(-4)m~3kg~(-1)。左右,氧化程度明显、有赤铁矿生成。采用共沉淀、水热法、沉淀氧化等方法合成一系列不同大小的均匀粒径的单畴纳米磁铁矿样品。选择合成效果较好样品进行室温氧化试验,在颗粒粒径为30nm、反应时间为2个月时,磁化率值下降0.2×10~(-4)m~3kg~(-1),氧化率升高1.2%,有少量赤铁矿生成。实验研究表明磁铁矿颗粒形貌大小、温度是影响磁铁矿低温氧化的主要因素,其中颗粒粒径的大小和均匀程度对氧化程度和氧化产物有不同程度的影响,机理较复杂,而反应温度对氧化程度影响显著;磁铁矿低温氧化产物为赤铁矿或赤铁矿和磁赤铁矿混合体。 动力学实验研究表明磁铁矿机械研磨氧化反应与不同粒径磁铁矿室温氧化反应可以用一级反应模型进行线性拟合,磁铁矿不同温度静止氧化反应用伪二级模型进行线性拟合。基本上,三个反应都是由氧气从磁铁矿表面扩散到内部步骤控制的反应,即扩散控制反应。


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