机械活化硫化矿结构与性质变化规律的基础研究-冶金物理化学专业论文.docx

博士学位论文 博士学位论文 摘要 摘 要 f机械活化可有效地强化大多数难浸硫化矿的湿法冶金工艺，而对 少数难浸硫化矿的强化效果不明显。因此，有必要探索硫化矿机械活 化机理和机械活化效果的一般性规律。卜 本文借助x．射线衍射分析、粒度分析、重量分析和X-射线光电子 能谱等现代表征技术，首次系统地研究了机械活化黄铁矿、闪锌矿、 方铅矿和辉钼矿的结构变化规律。(发现，在相同球磨时间下，硫化矿 的晶格畸变率由大Nd,JI顷序是：闪锌矿方铅矿黄铁矿辉钼矿；随着 球磨时间的增加，硫化矿的比表面积增大，但对黄铁矿、闪锌矿和方 铅矿，当球磨时间增加到某一值后，相应硫化矿的比表面积不再随球 磨时间的增加而变化；闪锌矿和辉钼矿在机械活化过程中不产生单质 硫磺，而黄铁矿和方铅矿则随着球磨时间增加，产生的单质硫磺含量 增大：对氧化性球磨气氛的敏感程度由大Nd,JIl顷序是：黄铁矿方铅矿 闪锌矿≈辉铝矿。说明在机械活化活化过程中黄铁矿以产生大量活性 点为主，方铅矿以产生少量活性点和晶格畸变为主。闪锌矿和辉钼矿以 产生晶格畸变为主，辉钼矿的晶格畸变率极小。十一 首次系统地对不同条件存放后机械活化硫化矿的结构变化进行了 研究。f经惰性气氛中存放后，机械活化硫化矿的晶格畸变不易回复， 只是比表面积变小，当存放时间超过某一值后，机械活化硫化矿的比 表面积不再降低；经室温空气中存放后，机械活化硫化矿被氧化程度 由大N4,的顺序是：黄铁矿方铅矿闪锌矿，其中，机械活化闪锌矿 在室温空气中不被氧化。进一步说明机械活化黄铁矿和机械活化方铅 矿的表面形成了活性点。P 用热重分析法首次研究了未活化与机械活化硫化矿的热行为。(惰 性气氛下的TGA分析发现，未活化、机械活化闪锌矿和辉钼矿在 250C～10000C范围内，不发生热分解，黄铁矿和方铅矿则发生热分解， 机械活化硫化矿的起始热分解温度均比相应未活化硫化矿的低，机械 活化黄铁矿的表观热分解反应活化能比未活化黄铁矿的低；氧气气氛 下的TGA分析发现，机械活化闪锌矿、方铅矿和辉钼矿比相应未活化 矿更易被氧化。说明未活化硫化矿的反应活性不及机械活化硫化矿。 经惰性气氛存放后，机械活化黄铁矿的起始热分解温度略有升高，某 垫主堂垡笙塞 垫主堂垡笙塞 塑量 一时间后，其起始热分解温度不再升高。经室温空气中存放后的机械 活化黄铁矿在TGA曲线的约400K处出现一失重台阶，主要是机械活 化黄铁矿经存放时发生了氧化反应所致。进一步说明黄铁矿在机械活 化过程中产生了大量活性点。} 首次研究了机械活化硫化矿的浸出率与球磨气氛、存放条件的关 系。(结果表明，机械活化黄铁矿的铁浸出率分别与球磨气氛、存放气 氛有关，机械活化方铅矿和闪锌矿的浸出率分别与球磨气氛、存放气 氛无关。这都由机械活化硫化矿的表面结构差异所引起。十一 为了从微观上研究机械活化硫化矿的结构变化与其反应活性的关 系，本文运用CRYSTAL 98程序，选取基于从头算的密度泛函法进行 量子化学理论计算，进一步说明硫化矿的热稳定性与硫化矿的电子结 构密切相关；在外力作用下，硫化矿的能隙降低、费米能级升高，不 同硫化矿对外力的敏感程度不同；不同硫化矿沿解理面破裂的难易程 度有差异；沿解理面形成的具有硫空位的新表面(defect slab)比沿解 理面形成的无硫空位的新表面(slab)更容易吸附氧气。 (在上述研究工作的基础上，首次获得了硫化矿机械活化机理和机 械活化效果的一般性规律。上～ ／ ，7、，—．．—．—、，，，7ii 关键词机械活做硫化矿，、表面结构÷性凰厂量子化学理论计算)V 八、——／ 博士学位论文 博士学位论文 ABSTRACT ABSTRACT Mechanical activation effectively enhance the hydrometallurgical processes for predominant amount of sulphide difficult tO be lcached． Therefore．it is necessary for tO fmd the general law in 0rder to predict the mechanisms and the effects of mechanical activation of different sulphide The structural changes of non．activated and mechanically activated pyrite，sphalerite，galena and molybdenite were investigated using X—ray diffraction analysis(XR