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第s 2 器第3 霸 2O00 卑8 莠 有色衾爝 N O N I - F ．R R O t I SM E T A L S V o i ．5 2 ．№．3 A u g u s t20O0 搅拌磨机械化学改性机理的研究 扬华明，郑冠周 中南工业大学矿物工程系，长涉4 3 0 0 8 3 籀冀精助搅拌磨艘螂糟跨过狂的辊槭豫学毁应髓有绶实蘸糟律视撼化学酸谶．薅1 R 、X P S 、D T A ，槠度等方法分析 了概辕忧拳教性蝻税臻，骈究寝薅，敢毽捕嚣过与籍体袭菇发生静讫孥壤戮、搂棱释键台镭攫稀遮鹫耪臻踱挂瓣嚣瓣。筵壤榜 碎为瓶棱亿掌魏髓过程辩簸翱避嚣斑供7 有利瓣拜缝， 关键谰搅拌磨；机械他学改性精石糟；枫理 中圈分类昔T D 9 2 1 4 表面敬性勰最对粉捧进行一定嚣表嚣处理翻船 工经粉俸表露特性发生改变，麸霸贼予耪搏蒎懿功 穗，充分羧蒋或撵毒羚体琢瓣的瘟莠l 性能戳潢题精 耪辩、耨工艺和新产赫嚣发鹣黎要。对于王业矿糖 米说，表嚣改性是其灏加工的爨要手段，通过表面 改性，可以撮裹矿物螃体的分数性．改善与基体的 相密性，并借助千所赋予的一蚨特殊表筒性能开辟 新的用途。 粉体表面改艘的方法盎要有涂覆改性、表面纯 学改健、沉淀反嵌改性、胶囊诧改健、接校改佼簿 五种“3 ，这些方法都需矮先制备出超细粉体，荐 用特殊的改惶设备 混合搅拌机、流态化床或菔应 盏 对超细粉体进行寝群政性赴理．虽然多年束在 工艺技术辅森焉努蔼取褥7 缀夫静避晟，餐选存在 黻下A 个鹤鬟懿麓爨 1 蒋统懿袭裁设番在鼓性封覆妪捉摸簿单 静搅拌混合。不错使猃髂产嫩麓数性裁有效亲鞭的 袭藩髓蠼，爨嚣泼挫荆农粉体表露附蓉力缀弱，改 性声撼使用效果差。 2 采用改性荆直接加人到粉体中，药削分 散作用蔑，粉体团聚严敷，药荆吸附不均匀。用蚕 犬，艇产成本意。 3 改性工艺袋改健簸果在槽当程度上受到 怒细粉碎技术及超纳粉体性髓的影响。 针对上述问题，国内外学者予9 0 年代初强豳 了一种崭新的粉体政性方法机械仡学改往， 就是在越细粉碎静稳时加入改馁嗣丽实褒耪体嶷霖 敷链静方法，将趣缎糖碎秘簌瓣教牲磁种擦翔羔接 收穰日期1 9 9 9 - l l 1 9 蔫金域氍教育帮酋抵踌懂鳃 希菇盒赘韵籁哥 律者簿奔糖毕碗f l 鲻s ～，舞，媾女，剐教授 术蠢辊缝结合熬寒。霜搴、美国的一蝗学者避姆了 耀哭翦工撵“～。，国内瞧有关于重钙、硅毅石翔 潦嚣钒槭毙学改投赫翔步研究。～”，本文系坑势 辑了枫援他学竣蛙她机理。 l试验 试验所用搅拌膳为郑州东方机器制造厂难产的 Z ，M 一2 0 间歇战搅拌磨，深堋产d S m m 载记错球 作免介质。南京大学生产酶N D - 7 疆靛作为滑石 耪翡改牲粼 奉试涟中塔l D 表乐 ，琢辩滑石粉 - - 4 3 m 1 0 0 ％ 昀掰蚤为2 ．0 k g ，磨矿浓虞6 5 ％， 球料比 蘸量 为4 ． 先将戴亿链球装入搅拌藩中，倒人嚣石粉，辣 取辑器懿疆蟪加入灏葛耪孛，嚣翔提应黪矿浓度的 蒸馏承，进嚣细瓣。至一定鞋翘取样，经真空抽 滤、洗涤、烘乎，鄹可用手梭铡。捡测项强及联用 搜器见表l 。 裹I 濑l 斌项目与所罔仪器 T a b l e1I t e m sm e a s u r e da n di n s t r u m e n t su s e d 测试项目所用仪器 I R ．D R m 珊 糖A 矿浆牯麈C q 7 4 0 F T m 红外光谱仪 M i c x o l n bM I _ - t ／毙毒手嚣瓣位 涨一l 差热癸辑坟￡势温措℃／r a i n 球体转动法以括穗硅钠革I l 水俸参照 2 机械化学效应在粉体改慷中的作用 搅拌蒜撬棱能学瘦摊媳避程有强层禽义一是 糕莠l 越缨糖璐过程巾枫壤应力鹃终耀激滔糨搏表 霹，捷耪体表嚣鹣搏续糖与耪理化举性藤发生变 识，跌瑟饔理泼饯，满她应爆嚣要； 是剩耀机械 应力对粉髂表两的激括和由此产生的离子翔游离 万方数据 有色金属第5 2 卷 基，与硅烷发生高效反应附着而实现改性。 超细粉碎过程中，借助搅拌磨的高效性，不但 对粉体进行活化，增大粉体的表面能，为改性过程 的顺利进行提供了必要的条件。另外超细粉碎过程 中还伴随着矿浆温度的变化 见图1 ，随着磨矿过 程的进行，矿浆温度也逐步升高，磨矿9 0 m i n 时， 矿浆温度达到5 0 ℃，温度的升高为机械化学改性创 造了更有利的条件，因而改性效率高，效果显著。 图1 矿浆温度的变化 F i g ．1 V a r i a t i o no fp I | l pt e m p e r a t u r ew i t h g r m d i 岵t i m e 3 改性剂在机械化学改性中的行为 改性剂是对粉体表面实施改性的一种药剂。通 过分析加入硅烷后矿浆粘度的变化 图2 ，可以 看出加入硅烷后，矿浆的粘度急剧降低，如9 0 m i n 时未加硅烷的矿浆粘度为2 0 7 ．4 m P a S ，而加1 ．0 ％ 硅烷后矿浆粘度降至8 3 ．9 m P a s ，降低了近6 0 ％， 这样明显改善了超细粉碎及机械化学改性过程粉体 分散的环境．所以从助磨剂的作用原则来衡量，硅 烷其实也是一种高效的助磨荆。 t ] 址i n 图2 矿浆粘度的变化 F i g ．2V a r i a t i o no fp m pv i s c o s i t yw i t h g r i n d i n gt i m e 4改性剂与粉体的键合作用 试验所用改性剂N D 一7 硅烷的分子式为 C Ⅳ5 - - N H C H 2 - - S i o G H j ， 硅烷与滑石粉的相互作用，随着硅烷的水解、聚合 等反应及超细粉碎的进行而发生一系列的键合作 用。 1 改性剂在水溶液中的水解 R S i X ， 3 H 2 0 - R S i 0 H 3 3 H X 2 生成的R S i O H ，进一步发生自身缩聚反 应，生成聚硅氧烷 ． RRR |I 3 R S i O H ，一H O S i O - S i O S i O H III o HO Ho H 3 硅烷与滑石粉的表面基团 H O M 形 成氢键 o Ho H ．H 、 II／＼ R - S i O H H o M R - S i Oo M II、、／ O HO HH 4 形成的氢键发生脱水反应。并进一步缩 合成一s i o M 共价键。实现表面改性的效果 O HO H I I R - S i O H H O M R - S i O M H 2 0 II O Ho H 综上所述。硅烷偶联剂与滑石粉之间的作用可 表述为下列过程 1 硅烷分子接触水分发生分解反应； 2 硅烷分子间缩聚成低聚物； 3 硅烷水解产物与粉体表面发生羟基缩合 和脱水反应，低聚物与粉体表面羟基形成氢键； 4 脱水反应发生，氢键转化为共价键． 经过上述反应过程。粉体表面最终被一R 基所 覆盖，形成界面区域，超细粉碎过程的粒度减小和 矿浆温度的升高以及搅拌磨强烈的搅拌、分散作 用，为机械化学改性过程快速、有效地进行提供了 极为有利的条件． 5改性剂对粉体表面的吸附 研究改性剂对粉体表面的吸附是为了进一步确 定改性剂在粉体表面的存在状态，分别从D T A 、 X P S 、I R 和D R I R 来进行分析。 万方数据 第3 期糖华明等搅搀詹枧棱纯学政性巍联熬研究 5 ．1I R 分析 图3 是辫五粉的红步} 光谨委，扶图中霉鞋豢 出 1 在改性滑糟粉的红外光谱图中午3 0 2 0 、 2 9 7 8 ．2 9 2 4 c m _ 1 处出现了N H 、c H 的特征峰 位，遮是由虢烷引入的； 2 出现了1 1 6 8 c m 。新 的峰位，这是硅烷嫂性剂上的S i - O 键的伸缩搬 动；3 1 4 9 8 、1 0 1 8 c m 。鲶的谱带逐渐增宽，遗 说明由于硅烷在滑石粉表面的吸附及与滑石将的键 舍佟掰，使褥受一O 键静律缩振动增强； 4 由予 超细粉碎过稷伴随的机械化学效应，有些谱带处的 辘塞赛发垒一定豹赛纯。 W A V EN L r M B E R 豳3 滑石粉的缎外光谱图 F i g ．3I N ．s p e c t r u mo f 诅l cp o w d e r 曼2D R I R 分析 搬据国内矫红外漫反射的一般瑗论”，对滑看 粉的潦反射红外光谱研究 D i f f u s eR e f l e c t a n c e I n f r a - R e d 也表鹌蚕4 ，未敬性潜石静静 K u b e l k a - M u n k 函数R 。的积分强度F R 。 ；O ，l 壤磊经穗蒺竣链粒稽嚣耪，冀籀瘟静积分强 度F R 。 O ．3 1 ，这魁由于粉体表面有机基团的存 在提糍了羚蒋缒漫疑势强赘。 5 ．3D T A 分析 放潜五糖的D T A 燕线露以7 瓣蓟，敬睡溪嚣 粉在1 0 5 ℃处有一个明显的峰，邀是改性荆硅烷 的接棱糖分鹪螅特镁，这充分证实辫石投袈薤确实 吸附有硅烷改性剂． ；‘强} 露 ￡待拄l E 鬈 豳4滑石粉的溅反射数外光谱朋 F 毽4D R - I Rs p e c t r u mo ft a l cp o w d e r 5 ．4X P S 分析 匿5 、6 分割燕改性髓后滑看糙串S 珏，O 。翡 X P S 图，可以看出改性臌S k 的结合能由原矿的 1 0 2 ．b e V 醛至1 0 2 ．2 e V , 这一方瑶麓由于戆细密葶} 起 的 结合前面的机械化学变化研究 ，另一方面是 莲为溪嚣耱表垂疆媲熬羧辩覆黪蘩斡；嚣o 。结 合能的变化也是如此 由5 3 1 ．船V 降至5 3 1 ．2 e v ， 这灌明了疆烷在攒石餐表蒸劳菲舞革鳇糖理终罔， 而是一种复杂的化学吸附效应．黼大大增强改性荆 尊l 捧娜女瀚Ⅺ嘲| ㈣∞啪∞啪獬档“ 嘴l ㈣l 艄 B i n d i n gc n e r g y ／e V 嘲5 潦磊般中S i 每的X P S i n 目l l F i g ．5X P SS l 。L - t l l l n lo fs j 球o ft a i cp o w d e r 鬯P掣．玉硪爵一嚣i∞，驻 万方数据 有色金属孳5 2 卷 在耪体袭弱的啜辫强震。 6 缭论 l j 借勘搅摔密超缨粉碎过程的祝械他学效 繇翡毒效实缝粉俸的枫辘他学敬缝。 2 竣性荆遥避与耪俸袭嚣发生化学暖附、 接被和键合作用磷袭两改性。 3 簸细耪薅为机械化学改性过罄的旗糕进 行提供了有利的环境。 烈佣蹴田娥Ⅸlj 蛐舶∞t 椰“ ∞5 陬椰5 W 。。，船舶M 1 ∞蛳椰 B i 瞄i 噌E n e r g y ／e V 疆6 淆蠢耪中o 。的X P S 壤辫 F 遮6X P Ss p e c t r u mo fo o ft a l cp o w d e r 参考戈献 1郑承袜编著。耪体袋鬻敬瞧．北窳中器建材工娩氆鞭技，1 9 9 5 ．3 1 2K u n i oU ．J ．S o c ．P o w d e rT e c b n o l ，J a p a n ，1 9 9 2 ，2 9 尊1 6 8 3T o h mN 。工S o e ．P o w d e rT e c h n o l ，J a p a n ，1 9 9 2 ，2 9 3 v1 7 4 4K u n i oU 。王S o e ．P o w d e rT e c h n o l ，J a p a n ，1 9 9 0 , 2 X 3 1 6 5 5 丁潦．彝垒属矿，1 9 9 7 , 4 3 2 6 邦撩盛．第秘凰垒簿鞭粒耧裔与魅理学术食议论文集．镣婶，l 鲻3 3 6 7 卒冷，罄舞髌．嚣金属矿，1 9 9 3 ，f 秘1 3 8 掘华嘴。f 博士论文l ，长渗审南工业大学，1 9 9 8 9 触最势．辍辩工监 1 9 9 4 , 3 4 1 弹殛琏A N 鹣囊耋o F 静睡X 鬟重矗粼。一e 翔陲魏鞋C A L 潲封l 尊重C j T 鼢{ M 疆l 馘S 瓣辩R E D 奈鲴置也 Y A N Gf l u a m i n g 搿U 蕊m 曲* D e t Ⅻ, o n e n } 够M i n e r a lE n g i n e m l n gC m l t r a | S o “t hU n i t m s i t yo fT e c h n d o ．珊∽ 轴4 j ∞躲， 矗B 瓣A I C T O nt h eb a s i so ft h em e c h a n o - 曲e m i c a le f f e c to fu l t r a f i n eg r i n d i n gw i t hs t i r r e dm i l l ．aI l e Wp r o c e s s o fm e c h a n o c h e m ／c a lm o d i f i c a t i o no f p o w d e r s i s d e v e l o p e d ．M e c h a n i s m o fm e c h a n o c h e m i c a l m o d ／f i c a t i o ni s a n a i y z e dt h r o u g hI R ，X P S ，D R ”I R ，D T Aa n dv i s c o s i t yi nt h i sp a p e r ．秘掂r e s u l t si n - d i c a t ct h a ts u r f a c i a l ／n O d i f i c a t i o nc a l lb eo b t a i n e dt h r o u g hm o d i f i e r ’Sa d s o r p t i o n ，c o n n e c t i o n ，a n db o n d e f f e c t0 1 1p o w d e rs u r f a c e U l t r a f i n eg r i n d i n gc a ne f f e c t i v e l yp r o m o t et h e8 H o ＆嚣so fm e c h a n o “c h e m i c a l 1 1 1 0 出f i c a t i o n ． K 腿W O R D Ss t i r r e dm i l l ；m e c h a n o c h e m i c a lm o d i f i c a t i o n ；t a l cp o w d e r ；m e c h a n i s m 万方数据
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