Применение РСА для оценки эффективности предварительной механоактивации концентратов

Широкому применению эффекта предварительной механоактивации (МА) препятствует нестабильность получаемого результата. Это вызвано значительным количеством факторов, влияющих на конечный результат. Как отмечено акад. В.В. Болдыревым «по механоактивации в основном происходит накопление экспериментальных данных. Но этим нельзя заниматься без конца». Но до сих пор, основными эмпирическими критериям оценки эффективности МА является продолжительность и величина удельной поверхности. Чем больше, тем лучше! Однако эти характеристики не является объективными. Так в работе А.И. Траутваин наглядно показано, что достижение определенной величины удельной поверхности не гарантирует максимальных значений активных центров, следовательно, и эффективности МА.

Таким образом, несмотря на многолетние исследования, проблема оценки энергетического состояния неравновесных структур, получаемых различными методами (МА и др.) и их реакционной способности остается актуальной.

Процесс МА сопровождается образованием в активируемом материале различного рода дефектов. Однако на данном этапе точно выделить работу, затраченную на образование одного типа дефектов, не представляется возможным. Кроме того, механическая энергия расходуется как на образование дефектов, так и на последующее их разрушение. Следовательно, методика контроля энергетического состояния кристаллических решеток после механоактивации должна учитывать энергию структурных изменений оказывающих наибольшее влияние на реакционную способность материала.

Из основных методов исследования активированных материалов для оценки степени воздействия предварительной МА одним из перспективных является рентгеноструктурный анализ (РСА). РСА позволяет оценить изменение межплоскостных расстояний кристаллической решетки, среднеквадратичную микродеформацию и размеры блоков мозаики. Изменению каждого из этих параметров соответствует изменение энергии кристаллической решетки обрабатываемого материала ( A E_d, A E_E, A E s , соответственно), а запасенная при активации энергия равна: A E ^ = A E_d+ AE_S + A E_e.

Однако применение РСА требует разработки концепции связывающей степень структурных нарушений с энергетикой активированных структур.

Предварительная механоактивация ( < 3,5мин) применялась для интенсификации низкотемпературного ( < 100 o C) выщелачивания концентратов: вольфрамитовых растворами NaOH, шеелитового – Na₂CO₃, лопаритового – HNO 3 , перовскитового – HNO 3 , аризо-нитнового и ильменитового – HCl.

Влияние энергий A E_d, A E_E, A E_S и изменения энергии активации процесса последующего выщелачивания Δ Е а на реакционную способность целевых фаз перечисленных концентратов определено в результате технологических исследований. Установлено, для образцов    с    экспоненциальной    зависимостью

AEJAE a от A E_d и имеющих неблагоприятную термодинамику (лопарит, шеелит, аризонит) реакционная способность минералов зависит от величины ( A E s + A E _£ ) и   А Е_а   следующим образом:

ln(1 — аМе) = -а' exp[b ‘ AEa (AES + AEe )х ].   В остальных случаях, в том числе для образцов с линейной зависимостью AE, AE от AEd  реакционная

^       а способность минералов зависит в явном виде от (AEs + AE6),       так       как       А Еа «const:

ln(1 — а_Ме) = — а " е^хРЬ '(AE_s + AE_e ) х ] . В приведенных зависимостях а , b - коэффициенты, которые зависят от режимов выщелачивания, а х для аризонита, вольфрамита, ильменита, лопарита, перовскита, шеелита составил 0,75; 0,6; 0,35; 0,8;0,4 и 0,35, соответственно.

Таким образом, метод контроля энергетического состояния кристаллических решеток (ЭСКР ) после механоактивации позволяет прогнозировать энергосодержание и реакционную способность минералов после МА с помощью РСА без применения химических и физических методов, разрушающих образец и требующих значительного количества активированного материала.