物料粉碎過程中的“機械力化學效應”是指通過對物料施加機械力而引起物料發生結構及物理化學性質變化的過程。在機械力的不斷作用下,物料顆粒尺寸減小、比表面積增大,一定程度后,由于小顆粒的聚集出現粉磨平衡。在粉碎過程中,粉體性質發生了許多機械力化學效應。
粒度的變化
物料經超微粉碎后,最明顯的變化就是粒度變細。按照粒度的不同,超細粉體可分為:粒徑在1~30μm的微米級、粒徑在1~0.1μm的亞微米級和粒徑在0.001~0.1μm的納米級。
晶體結構的變化
在超細粉碎的過程中,由于機械力強烈且持久的作用,物料會在不同程度上發生晶格畸變,如顆粒表面層離子的極化變形與重排、晶粒結構無序化、晶粒尺寸變小、多晶轉換等。這些變化可通過X衍射、紅外光譜、核磁共振、電子順磁共振以及差熱儀等進行檢測。
理化性質的變化
機械力作用引起的物料顆粒細化、產生裂紋、比表面積增加等,最終會引起物料的分散度、溶解度、溶解速率、密度、吸附性、導電性、催化性、燒結性、離子交換能力和置換能力、表面自由能等理化性質的改變。
化學成分的變化
較強烈的機械激活作用會引起物料化學鍵的斷裂,生成不飽和基團、自由離子和電子,產生新的表面,造成晶格缺陷,從而使物料內能增高,處于一種不穩定的化學活性狀態,在超細粉碎過程中的某些情況下會直接發生化學反應。反應類型包括分解、氣-固、液-固、固-固反應等。
機械化學效應的應用
非金屬礦物料可利用機械作用使礦物局部發生晶格畸變,形成晶格缺陷,使晶格內能增高,表面改性、反應活性增強,以便礦物浮選富集和提取,從而改善浸出過程。
非金屬礦也可利用攪拌、沖擊、研磨等機械作用使改性劑在被改性的顆粒表面均勻分布包覆,增加顆粒與改性劑之間的結合力,從而改變粉體顆粒的表面狀態,達到改性的目的。
此外,機械力化學效應還可用于制備納米材料、合成機高分子、處理有毒廢物等。隨著對機械力化學效應的深入研究,機械力化學將具備廣闊的工業應用前景。
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