中國粉體網(wǎng)訊 機械力化學(xué)又稱機械化學(xué)，是一門研究物質(zhì)在粉磨過程中，在沖擊、擠壓、剪切、摩擦等機械力的誘發(fā)和作用下發(fā)生微觀晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)變化的新興交叉學(xué)科。

超細(xì)碳酸鈣

目前，在礦物加工領(lǐng)域，除了制備功能型礦物材料外，機械力化學(xué)技術(shù)主要用來對天然礦物進行活化及改性處理，即利用天然礦物的機械力化學(xué)效應(yīng)，改變其晶體結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)和理化特性，使其在資源環(huán)境、農(nóng)林化工、涂料填料等領(lǐng)域發(fā)揮更大應(yīng)用價值。

常規(guī)化學(xué)改性與機械力化學(xué)改性碳酸鈣效果對比

1、礦物機械力化學(xué)效應(yīng)

天然礦物在細(xì)碎粉磨時，粒度減小、比表面積增大，而且隨著大量新鮮表面的持續(xù)生成，其表面自由能不斷增加，理化反應(yīng)活性也隨之提升。

天然礦物典型的機械力效應(yīng)主要體現(xiàn)在3個方面：一是物理效應(yīng)，即顆粒及晶粒細(xì)化、表面產(chǎn)生裂紋、比表面積增大、密度變化等；二是結(jié)晶性質(zhì)，包括產(chǎn)生晶格缺陷、晶格形變、結(jié)晶度降低、晶體無定形化等；三是化學(xué)變化，包括結(jié)晶水或結(jié)構(gòu)羥基的脫除、反應(yīng)活化能的降低，化學(xué)鍵斷裂及重排等。

2、機械力化學(xué)技術(shù)在碳酸鈣領(lǐng)域應(yīng)用

（1）礦物表面改性

機械力化學(xué)改性法是指通過粉碎、磨碎、摩擦等強烈的機械力作用下使無機填料表面得到激活，填料顆粒晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使無機填料與有機基體之間的反應(yīng)活性得到增強以達到改性的目的。Ilker等人采用油酸鈉作為改性劑，使用攪拌球磨機對方解石進行機械化學(xué)改性。隨著油酸鈉用量的增加，粉狀方解石的疏水性增強，在油酸鈉用量為5.0kg/ton和7.5kg/ton時，活性比分別為99.0%和100.0%。因此，濕攪拌球磨法可使方解石礦物的親水表面容易有效地轉(zhuǎn)化為疏水表面。

（2）廢物污染處理

胡慧敏等開展了濕式球磨攪拌活化碳酸鈣（CaCO₃）處理低濃度Pb²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺重金屬廢水的研究。采用濕式球磨攪拌活化CaCO₃的工藝，不僅實現(xiàn)了CaCO₃代替Ca(OH)₂摩爾比化學(xué)沉淀低濃度重金屬的目標(biāo)，沉淀產(chǎn)物且隨金屬離子而變化，揭示了不同金屬離子間不同的沉淀機理。在最佳實驗條件下，重金屬去除率可高達99.79%，處理后溶液pH=7.94，剩余溶度為0.12mg/L可直接排放。

王雪等通過篩選酸性土壤調(diào)理劑，與鐵基材料進行混配，優(yōu)化砷污染土壤改良修復(fù)的工藝參數(shù)以獲得最佳的修復(fù)效果。將活化碳酸鈣（CaCO₃）與零價鐵（ZVI）進行混配，實現(xiàn)一步調(diào)酸固砷的高效修復(fù)效果。混配比為5:1，即2.5%ZVI+0.5%活化CaCO₃，其混施后改良修復(fù)效果最佳，在鈍化修復(fù)50天時鈍化率仍高達96.05%，且土壤pH穩(wěn)定控制在合理區(qū)間內(nèi)，具備長期改良的穩(wěn)定態(tài)勢。作者認(rèn)為，施用機械力活化后的CaCO₃和ZVI混配的鈍化劑對土壤的修復(fù)可一步達到“調(diào)酸固重”的雙重效果，不僅有效的調(diào)理酸性土壤，且協(xié)同處理下顯著提高固定砷污染土壤鈍化效率。

郭亞寧等利用球磨機進行機械活化改性，成功制備了新型納米碳酸鈣包覆重質(zhì)碳酸鈣的復(fù)合碳酸鈣。通過分析表明，通過機械活化后復(fù)合碳酸鈣表面的活性基團增加，粒徑減小，比表面積增加并具有介孔結(jié)構(gòu)，有利于重金屬離子的吸附。與重質(zhì)碳酸鈣相比，復(fù)合碳酸鈣的吸附性能明顯提高，復(fù)合碳酸鈣吸附后Cu²⁺去除率達到98%、吸附量達到65mg/g。

（3）材料性能優(yōu)化

徐卓群等分別對干法研磨和濕法研磨制備的碳酸鈣-納米TiO₂復(fù)合光催化劑降解不同濃度甲基橙溶液及其循環(huán)利用和可回收性能進行了研究。干法研磨產(chǎn)物循環(huán)5次、濕法研磨產(chǎn)物在循環(huán)4次后，紫外光照20min，甲基橙降解率在90%以上。與純TiO₂相比，碳酸鈣-納米TiO₂復(fù)合光催化劑懸浮液離心沉降速度快，具有很好的回收性。研究表明，TiO₂顆粒分散性提高及TiO₂與碳酸鈣界面化學(xué)鍵形成的電子傳輸通道作用成為導(dǎo)致納米TiO₂的光催化效能提升和在碳酸鈣-TiO₂中減量的重要機制。

（4）難冶礦物資源選擇性提取

鄧超群等以氯化銨為浸出劑，球磨機為浸出反應(yīng)設(shè)備，采用密閉機械活化手段進行處理，探究了浸出劑用量、機械攪拌轉(zhuǎn)速、反應(yīng)時間和液固比等工藝參數(shù)對電石渣中Ca浸出率的影響。結(jié)果表明，在氯化銨用量為理論用量的1.1倍、球磨機轉(zhuǎn)速500r/min、反應(yīng)時間10min和液固比4∶1最佳反應(yīng)條件下，Ca浸出率可達到89.76%，濾液Ca濃度高達79.4g/L。相較于常規(guī)浸出，采用密閉機械活化手段可提高Ca浸出率3個百分點，且可大幅度降低氨氣揮發(fā)，保證良好操作環(huán)境。

結(jié)語

上述研究表明，利用礦物的機械力化學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生的各種變化，可進行材料性能優(yōu)化、難冶礦物資源選擇性提取、礦物表面改性和廢物污染處理等。

參考來源：

徐卓群，機械研磨制備碳酸鈣-納米TiO₂復(fù)合光催化劑及性能研究，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）

劉春琦，天然礦物的機械力化學(xué)活化改性研究進展，遼寧科技大學(xué)

鄧超群，密閉機械活化浸出電石渣制備高純鈣溶液，礦冶科技集團有限公司

胡慧敏，濕式球磨攪拌活化碳酸鈣處理低濃度重金屬廢水的研究，武漢理工大學(xué)

王雪，機械力活化碳酸鈣強化鐵基材料修復(fù)砷污染土壤研究，武漢輕工業(yè)大學(xué)

郭亞寧，機械活化重質(zhì)碳酸鈣制備復(fù)合碳酸鈣及其對溶液中的Cu²⁺吸附性能，廣西大學(xué)

張炳震，機械化學(xué)法制備碳酸鈣基催化劑及其構(gòu)效關(guān)系研究，南昌大學(xué)

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)

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