Выбор оптимальных параметров диспергирования минеральных техногенных отходов в шаровой планетарной мельнице

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Приведены результаты исследований по полезному использованию одного из техногенных отходов поликомпонентного минерального состава, который получается при обогащении апатит-нефелиновых руд. Методом высокоэнергетической обработки минеральной смеси в планетарной шаровой мельнице получен тонкодисперсный порошок. При этом изучен процесс диспергирования минеральных компонентов смеси в зависимости от основных параметров процесса: скорости вращения барабана, отношения массы шаров и порошка, продолжительности измельчения. Показано, что в “жестких” условиях измельчения разрушение хрупких частиц минералов сфена и эгирина замедляется благодаря пластичности частиц минералов апатита и нефелина, что снижает эффективность высокоэнергетической обработки, направленной на повышение дисперсности и удельной поверхности частиц измельченного материала. Отмечено, что в процессе диспергирования происходят не только снижение размера минеральных частиц, но и изменение оптических свойств за счет аморфизации их поверхности. Это позволяет использовать механически активированный порошок в качестве прекурсора при получении цветных атмосферостойких пигментных наполнителей для строительных и лакокрасочных материалов взамен дорогостоящих синтетических аналогов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. Г. Герасимова

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение Кольского научного центра Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: l.gerasimova@ksc.ru
Россия, Академгородок, 26а, Апатиты, Мурманская обл., 184209

Ю. В. Кузьмич

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение Кольского научного центра Российской академии наук

Email: l.gerasimova@ksc.ru
Россия, Академгородок, 26а, Апатиты, Мурманская обл., 184209

Е. С. Щукина

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение Кольского научного центра Российской академии наук

Email: l.gerasimova@ksc.ru
Россия, Академгородок, 26а, Апатиты, Мурманская обл., 184209

Н. А. Яковлева

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение Кольского научного центра Российской академии наук

Email: l.gerasimova@ksc.ru
Россия, Академгородок, 26а, Апатиты, Мурманская обл., 184209

Список литературы

  1. Gilman J.J. Mechanochemistry // Science. 1996. V. 274. P. 65. https://doi.org/ 10.1126/science.274.5284.65
  2. Boldyrev V.V. Mechanical Activation of Solids and Its Application to Technology // J. Chem. Phys. 1986. V. 83. P. 821–829.
  3. Koch C.C. The Synthesis and Structure of Nanocrystalline Materials Produced by Mechanical Attrition: A Review // Nanostruct. Mater. 1993. V. 2. № 2. P. 109–129. https://doi.org/10.1016/0965-9773(93)90016-5
  4. Davis R.M., McDermott B.T., Koch C.C. Mechanical Alloying of Brittle Materials // Metall. Trans. A. 1988. V. 19. P. 2867–2874. https://doi.org/ 10.1007/bf02647712
  5. McDermott B.T., Koch C.C. Preparation of Beta Brass by Mechanical Alloying of Elemental Copper and Zinc // Scr. Metall. 1986. V. 20. № 5. P. 669–672. https://doi.org/ 10.1016/0036-9748(86)90487-4
  6. Sánchez J.L., Navarro E., Rodríguez-Granado F. et al. Multiphase Materials Based on the Fe73.9Si15.5Cu1Nb3B6.6 Alloy Obtained by Dry and Wet High-energy Ball Milling Processes // J. Alloys Compd. 2021. V. 864. Р. 158136. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.158136
  7. Zhang D.L. Processing of Advanced Materials Using High-energy Mechanical Milling // Prog. Mater. Sci. 2004. V. 49. P. 537–560. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(03)00034
  8. Suryanarayana C. Mechanical Alloying and Milling // Prog. Mater. Sci. 2001. V. 46. № 1–2. P. 1–184. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(99)00010-9
  9. Зырянов В.В. Механохимический синтез сложных оксидов // Успехи химии. 2008. Т.77. № 2. С. 107–137. https://doi.org/10.1070/RC2008v077n02ABEH003709
  10. Плешаков Ю.В., Алексеев А.И., Брыляков Ю.Е., Николаев А.И. Технология комплексного обогащения апатито-нефелиновых руд // Обогащение руд. 2004. № 2. С. 15–17.
  11. Брыляков Ю.Е. Перспективы комплексного использования апатито-нефелиновых руд Хибинских месторождений // Обогащение руд. 2005. № 3. С. 28–31.
  12. Gerasimova L.G., Maslova M.V., Shchukina E.S. Synthesis of Sorption Materials from Low Grade Titanium Raw Materials // Materials. 2022. V. 15(5). P. 1922. https://doi.org/10.3390/ma15051922
  13. Кривуля С.В., Соловьев В.О., Терещенко В.А., Фык И.М., Щербина В.Г. Справочник по геологии. Харьков: Колорит, 2013. 328 с.
  14. Gerasimova. L.G., Shchukina E.S., Kiselev Yu.G. Preparation of Functional Materials from Raw Materials with a Low Amount of Titanium // Theor. Found. Chem. Eng. 2022. V. 56. № 5. Р. 908–914. https://doi.org/ 10.1134/S0040579522310025
  15. Герасимова Л.Г., Скороходова О.Н. Наполнители для лакокрасочной промышленности. М.: ЛКМ-пресс, 2011. 237 с.
  16. Дорофеев Г.А., Стрелецкий А.Н., Повстугар И.В., Протасов А.В., Елсуков Е.П. Определение размеров наночастиц методами рентгеновской дифракции // Коллоидный журн.. 2012. Т. 74. № 6. С. 710–720.
  17. Gerasimova L.G., Kuzmich Yu.V., Yakovleva N.A., Shchukina E.S. Grinding the Components of a Mineral Mixture in a High-energy Planetary Ball Mill // VI Int. Conf. “Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies”. Novosibirsk. 2022. P. 175.
  18. Гусев А.И., Курлов А.С. Аттестация нанокристаллических материалов по размеру частиц (зерен) // Металлофизика и новейшие технологии. 2008. Т. 30. № 5. С. 679–694.
  19. Williamson G.K., Hall W.H. X-ray Line Broadening from Filed Aluminium and Wolfram // Acta Metall. 1953. V. 1. № 1. P. 22–31.
  20. Герасимова Л.Г., Щукина Е.С., Кузьмич Ю.В. Способ переработки пенного продукта апатито-нефелиновой флотации. Пат. РФ № 2809816. ФИЦ КНЦ РАН. №2023111036/05; заявл. 27.04.2023, опубл. 19.12.2023, Бюл. № 35.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Техногенный отход – минеральная смесь.

Скачать (230KB)
3. Рис. 2. Планетарная шаровая мельница Fritsch GmbH Pulverisette-7.

Скачать (171KB)
4. Рис. 3. Гистограмма распределения частиц по размерам.

Скачать (77KB)
5. Рис. 4. Характеристика исходной минеральной смеси: а – дифрактограмма (■ – сфен, + – эгирин, ● – нефелин, ▲ – апатит); б – РЭМ-изображение частиц.

Скачать (161KB)
6. Рис. 5. Дифрактограммы продуктов измельчения, полученных при различных скоростях вращения: 1 – 300, 2 – 500, 3 – 700 об./мин; отношение масс Ш : П = 10 : 1, время измельчения – 60 мин (■ – сфен, + – эгирин, ● – нефелин, ▲ – апатит).

Скачать (108KB)
7. Рис. 6. Дифрактограммы продуктов измельчения, полученных при различных отношениях масс Ш : П: 1 – 5 : 1, 2 – 10 : 1, 3 – 15 : 1; время измельчения – 90 мин, скорость вращения – 700 об./мин (■ – сфен, + – эгирин, ● – нефелин, ▲ – апатит).

Скачать (102KB)
8. Рис. 7. Изменение удельной поверхности измельченного продукта в зависимости от отношения масс Ш : П: 1 – 5 : 1, 2 – 10 : 1, 3 – 15 : 1, 4 – 20 : 1, а также времени обработки; скорость вращения барабана – 300 об./мин.

Скачать (77KB)
9. Рис. 8. Изменение удельной поверхности измельченного продукта в зависимости от отношения масс Ш : П и времени обработки, скорость вращения барабана – 700 об./мин; 1–4 – см. подп. к рис. 7.

Скачать (78KB)
10. Рис. 9. Изменение удельной поверхности измельченной смеси при скорости вращения 300 об./мин в зависимости от соотношения Ш : П и времени измельчения.

Скачать (421KB)
11. Рис. 10. Изменение удельной поверхности измельченной смеси при скорости вращения 700 об./мин в зависимости от соотношения Ш : П и времени измельчения.

Скачать (416KB)
12. Рис. 11. РЭМ-изображение образца, измельченного при скорости вращения 300 об./мин; соотношение Ш : П = 5 : 1, время измельчения – 60 мин.

Скачать (244KB)
13. Рис. 12. РЭМ-изображение образца, измельченного при скорости вращения 700 об./мин; соотношение Ш : П = 5 : 1, время измельчения – 60 мин.

Скачать (273KB)
14. Рис. 13. Оценка размера кристаллитов исходного сфена по экстраполяционному уравнению на основе зависимости приведенного уширения β* (2θ) рефлексов от величины вектора рассеяния.

Скачать (89KB)
15. Рис. 14. Зависимости размера кристаллитов (ОКР) сфена от продолжительности измельчения при отношении масс Ш : П = 20 : 1 и скорости вращения: 1 – 300, 2 – 500, 3 – 700 об./мин.

Скачать (83KB)
16. Рис. 15. Цвет пигментных наполнителей, полученных из измельченной минеральной смеси: а – исходный, б – с добавкой Cr2O3, в – с добавкой Fe2O3 (расход цветных модификаторов – 5 мас. %).

Скачать (76KB)
17. Рис. 16. Вид фасадной краски на бетонной поверхности.

Скачать (29KB)

© Российская академия наук, 2024