機械活化在冶金中的應用研究進展

機械活化在冶金中的應用研究進展

Summary：近年來，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國冶金工業(yè)規(guī)模不斷擴大。自古以來，人類的生活和金屬有著不可分割的聯(lián)系。21世紀，人們的生活已經(jīng)離不開金屬材料，這就造成了我國鋼鐵企業(yè)在保證金屬材料產(chǎn)量供應的過程中以及生產(chǎn)正常運作的前提下，不斷地要求節(jié)能高效的發(fā)展。機械化學理論應用的發(fā)展，為它在冶金中的應用發(fā)展打下堅不可摧的基石。在冶金工程研究中，一直秉承著要最有效地提高生產(chǎn)效率、最大化地降低生產(chǎn)成本、最大程度地減輕工作者的勞動強度、提高產(chǎn)品的總質量以及把全方位經(jīng)濟效益作為第一的發(fā)展目標。Keys：機械活化；冶金1.機械活化原理機械壓力的應用可以追溯到遠古時期，古人曾用鉆木取火。1887年，OSTWALD提出了“機械化學”的概念，他把力學化學反應看作是機械能引發(fā)的化學反應?！皺C械活化”是從斯梅卡爾引進的機械化學的一個分支，它在冶金、材料、醫(yī)藥、化學等方面得到了廣泛的應用。機械活化主要由磨床完成，10～100μm的目標顆粒被稱作細磨，小于10μm的顆粒被稱為超細磨。磨削除增加表面積、誘發(fā)固體缺陷外，還明顯增加了表面高活性區(qū)的比重。在機械活化時，只有5%的能量被用來減少粒子的大小，更多的機械能將能量傳遞到粒子上，從而造成晶粒結構的斷裂、缺陷等微觀應變的增大，晶格的大小被高能晶界分隔，從而導致礦物的熱力學穩(wěn)定性下降。目前，在冶金工業(yè)中，機械活化主要是通過機械應力來提高材料的反應活性。機械活化是一個多因素、多階段、多步驟的復雜過程，除了細粒度降低、比表面積增大外，機械活化還包括了材料的表面性能以及物理化學性質的變化。機械活化是一種有效的方法，主要設備有行星球磨機和棒磨機。機械活化的實質就是由于機械力的作用，使其結構發(fā)生改變，因此，不同的機械活化裝置，其機械力會導致不同的活化效應。2.國內外機械活化在強化提取冶金中的研究進展李春等人考察了攀枝花鈦鐵礦在旋轉式球磨機、行星球磨機等設備進行了機械激活及浸出反應。實驗結果表明，機械活化可以促進鈦鐵礦的浸出，攪拌磨的浸出效果最佳。在水里攪拌、研磨、活化2h后，用工業(yè)酸礦比50%的硫酸浸泡2h，浸出率71.2%。黃鐵礦、含砷黃鐵礦、黃銅礦等，都是常見的含金、難處理的礦石，為解決這一問題，人們采用機械活化來提高礦石的活性，例如，通過機械加工，可以將黃銅礦石在較為適宜的環(huán)境下進行回收。這主要是由于機械活化提高了礦石的比表面積，增強了礦物的表面活性，改變了晶體的構造，因此礦物活性也隨之增加。胡惠萍等人采用Friedman方法，在加熱速度為2.5K/min、5K/min、7.5K/min和15K/min的條件下，對黃鐵礦1和黃鐵礦2進行了機械活化。機械活化20min，對黃鐵礦1和黃鐵礦2的熱分解動力學進行了分析，結果表明，在加熱速度為2.5K/min、5K/min、7.5K/min和15K/min時，黃鐵礦和機械活化黃鐵礦1、黃鐵礦2的表面激活能(E)、反應級數(shù)n、指前因數(shù)(A)發(fā)生了改變。用X射線衍射方法對黃鐵礦進行了X射線衍射，得出了黃鐵礦1、2的晶格畸變率(e)和晶粒大小(D)。研究發(fā)現(xiàn)，黃鐵礦的熱分解活化能下降與黃鐵礦的晶格畸變和粒徑的減少有關。胡慧萍等人采用機械活化對黃鐵礦、閃鋅礦等硫化礦在不同氛圍、不同時間、不同球料比等條件下進行活化，實驗結果表明機械活化除了使礦物顆粒的比表面積減小之外，還會導致礦物的晶格畸變，從而增大礦物的反應活性。同時，將活化礦物儲存在活性氣體氛圍中，發(fā)現(xiàn)機械活化后的硫化礦晶格畸變不易恢復，比表面積有所降低，當儲存時間超過某一值后，其比表面積不再減小。通過對攀西精礦的機械活化與氧化還原工藝的研究，發(fā)現(xiàn)機械活化與氧化還原能提高鈦精礦中鐵、鈣、鎂的浸出率，而采用鹽酸浸出法生產(chǎn)的人造金紅石中鈣、鎂含量過高，無法達到沸騰氯化法的要求。所得的人造金紅石TiO2含量為90.50%，總鐵含量為1.37%，總鈣鎂含量為1.00%，符合沸水氯化法的工藝條件。劉晶晶等人研究了球磨參數(shù)對煤矸石粉體性能的影響，探究了不同球磨時間、球磨轉速以及球料比等工藝條件。實驗結果表明，隨著球磨時間的延長、球磨轉速的增大和球料比的增加，粉末中的粒度差異逐漸縮小，較小的粒子數(shù)量增加，較大的粒子數(shù)量減少，粉末的粒度變得更均勻。同時，其整體粒徑減少，比表面積增大。劉海軍等通過對釩鈦磁鐵礦尾礦進行機械活化，結果表明機械活化可以降低尾砂的粒徑，改善其反應活性。研究發(fā)現(xiàn)在活化1h和5h后，其活性指數(shù)由51.23%提高到67.89%。經(jīng)過5h的活化，加入35%的尾礦水泥砂漿，7天后其抗壓強度為29.86MPa，28天后為45.27MPa，其綜合機械性能為42.5R，達到了GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》的標準。BaoyuGeng將過共晶高鉻鑄鐵試樣在3種不同冷卻速度下凝固，采用光學顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射、電子探針顯微分析、透射電鏡、硬度測試等手段研究碳化物的變化。經(jīng)過研究結果表明，層錯密度隨冷卻速度的增大而增大。在斷裂密度比較高的碳化物中發(fā)現(xiàn)了由于層錯引起的部分位錯。釩鈦磁鐵礦作為主要的鈦礦資源，蘊藏著大量的鈦資源。目前釩鈦磁鐵礦各類冶煉工藝均無法實現(xiàn)釩鈦磁鐵礦中鐵、釩、鈦的同時回收利用，其冶煉過程中均產(chǎn)生大量的高鈦冶煉渣，這部分冶煉渣爐渣已堆積如山，這不僅造成了巨大的資源浪費，也造成含鈦高爐渣大量堆存威脅環(huán)境。目前，無論是高爐法還是非高爐法，都沒有實現(xiàn)釩鈦磁鐵礦中鐵、釩、鈦的同時回收利用，其冶煉過程中均產(chǎn)生大量的高鈦冶煉渣，綜合開發(fā)利用釩鈦磁鐵礦冶煉過程中所產(chǎn)生的冶煉渣中鈦資源對國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和國防建設具有重要意義。因此，朱山等人采用機械活化對釩鈦磁鐵礦高爐渣進行預處理，結合XRD、BET、激光粒度分析、SEM等分析檢測技術，根據(jù)機械活化前后釩鈦磁鐵礦冶煉渣的晶胞體積、晶格畸變率、粒度分布、比表面積等物理化學性質變化，獲得最佳的釩鈦磁鐵礦冶煉渣機械活化工藝條件為球料比20:1、活化時間170min、球磨轉速400r/min。并根據(jù)機械活化前后釩鈦磁鐵礦冶煉渣的物理化學性質差異，分析得出機械活化可以提高釩鈦磁鐵礦冶煉渣比表面積、破壞含鈦組分的晶格、提高礦物晶格畸變率、細化礦物顆粒，從而加快釩鈦磁鐵礦冶煉渣中鈦反應性能，提高有價金屬的綜合回收率，為釩鈦磁鐵礦高爐渣的綜合利用奠定理論和實驗基礎。3.結論機械活化可以通過高能球磨的方式，利用機械作用可以對固體物質的顆粒造成物理性質與化學性質以及顆粒本質晶體結構的一系列改變。在工程研究中，冶金工業(yè)一直秉承著要最有效地提高生產(chǎn)效率、最大化地降低生產(chǎn)成本、最大程度地減輕工作者的勞動強度、提高產(chǎn)品的綜合質量以及把綜合經(jīng)濟效益作為首要的發(fā)展目標。目前，越來越多的冶金專業(yè)人員意識到機械活化獨特的優(yōu)勢。機械活化可以很大程度地強化冶金過程，因此，機械活化被廣泛地應用于固體顆粒的加工技術中。在冶金的提煉當中，氧化物、硫化物、高溫難熔礦物在經(jīng)過由一些高能球磨活化后，可以出現(xiàn)新的反應表面、相變和礦物晶體結構變形，這一系列反應很大程度地提高了固體顆粒的反應活化性能。綜上所述，機械活化確實可以強化礦物中有價金屬的提取過程，提高礦物的活化能，加快提取反應速率，提高有價金屬的綜合回收率。Reference[1]

李春,陳勝平,吳子兵,郭靈虹,梁斌.機械活化方式對攀枝花鈦鐵礦浸出強化作用[J].化工學報,2006(04):832-837.[2]

何奧希,陳晉,李毅恒,馮康露,黃秀蘭,彭金輝,陳菓,阮.機械活化在礦物浸出過程中的應用研究[J].