Выбор оптимальных параметров диспергирования минеральных техногенных отходов в шаровой планетарной мельнице

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

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.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

Л. Герасимова

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

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: l.gerasimova@ksc.ru
Ресей, Академгородок, 26а, Апатиты, Мурманская обл., 184209

Ю. 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
Ресей, Академгородок, 26а, Апатиты, Мурманская обл., 184209

Е. 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
Ресей, Академгородок, 26а, Апатиты, Мурманская обл., 184209

Н. 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
Ресей, Академгородок, 26а, Апатиты, Мурманская обл., 184209

Әдебиет тізімі

  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.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Technogenic waste - mineral mixture.

Жүктеу (230KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Fritsch GmbH Pulverisette-7 planetary ball mill.

Жүктеу (171KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Histogram of particle size distribution.

Жүктеу (77KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Characterisation of the initial mineral mixture: a - diffractogram (■ - sphene, + - aegirine, ● - nepheline, ▲ - apatite); b - SEM image of particles.

Жүктеу (161KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Diffractograms of grinding products obtained at different rotational speeds: 1 - 300, 2 - 500, 3 - 700 rpm; mass ratio W : P = 10 : 1, grinding time - 60 min (■ - sphene, + - aegirine, ● - nepheline, ▲ - apatite).

Жүктеу (108KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Diffractograms of the grinding products obtained at different mass ratios W : P: 1 - 5 : 1, 2 - 10 : 1, 3 - 15 : 1; grinding time - 90 min, rotation speed - 700 rpm (■ - sphene, + - aegirine, ● - nepheline, ▲ - apatite).

Жүктеу (102KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Variation of the specific surface of the ground product depending on the mass ratio W : P: 1 - 5 : 1, 2 - 10 : 1, 3 - 15 : 1, 4 - 20 : 1, as well as processing time; drum rotation speed - 300 rpm.

Жүктеу (77KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. Variation of specific surface of the ground product as a function of mass ratio W : P and processing time, drum rotation speed - 700 rpm; 1-4 - see subp. to Fig. 7.

Жүктеу (78KB)
Метадеректер
10. Fig. 9. Variation of the specific surface area of the pulverised mixture at a rotation speed of 300 rpm as a function of the W : P ratio and pulverisation time.

Жүктеу (421KB)
Метадеректер
11. Fig. 10. Variation of the specific surface of the pulverised mixture at a rotational speed of 700 rpm as a function of the W : P ratio and pulverisation time.

Жүктеу (416KB)
Метадеректер
12. Fig. 11. SEM image of the sample milled at a rotational speed of 300 rpm; W : P ratio = 5 : 1, milling time - 60 min.

Жүктеу (244KB)
Метадеректер
13. Fig. 12. SEM image of the sample milled at a rotational speed of 700 rpm; W : P ratio = 5 : 1, milling time - 60 min.

Жүктеу (273KB)
Метадеректер
14. Fig. 13. Estimation of the crystallite size of the original sphene by the extrapolation equation based on the dependence of the reduced broadening β* (2θ) of the reflections on the magnitude of the scattering vector.

Жүктеу (89KB)
Метадеректер
15. Fig. 14. Dependences of crystallite size (CSD) of sphene on duration of grinding at mass ratio W : P = 20 : 1 and rotation speed: 1 - 300, 2 - 500, 3 - 700 rpm.

Жүктеу (83KB)
Метадеректер
16. Fig. 15. Colour of pigment fillers obtained from crushed mineral mixture: a - initial, b - with Cr2O3 addition, c - with Fe2O3 addition (consumption of colour modifiers - 5 wt. %).

Жүктеу (76KB)
Метадеректер
17. Fig. 16. View of façade paint on a concrete surface.

Жүктеу (29KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024