第五章 粉碎机械力化学课件.pptVIP

3、物料在机械力作用下，表面层结构发生破坏，趋向于无定形化，能储存大量能量，使表面层能量更高，活性更强。 4、 粉碎中输入机械能较大一部分转变成热能，使粉体物料温度升高，也提高了颗粒的表面活性。 摩擦等离子区模型：认为在机械能转变成化学能的过程中，热能为中间步骤。在微接触点处，温度可达1300K以上，化学反应在这些热点处进行。物质受到高速冲击时，在一个极短的时间和极小的空间内，使固体结构遭到破坏，释放出电子、离子，形成等离子区。 等离子区处于高能状态，粒子分布不服从Boltzman分布。这种状态寿命仅维持10-8～10-7s，随后体系能量迅速下降并逐渐趋缓，最终部分能量以塑性变形的形式在固体中储存起来。 无机械力作用时，反应速度非常慢；引入机械力作用时，反应速度迅速提高，随后达到稳定。停止机械力作用则反应速度迅速下降。 活化态热力学模型：认为活性固体是一种热力学和结构上很不稳定的状态，其自由能和熵值较稳态物质高得多。缺陷和位错影响到固体的反应活性。物质受到机械力作用时，在接触点处或裂纹顶端产生高度应力集中。 这一应力场可用通过多种方式衰减，这取决于物质的性质、机械作用状态及其它有关条件。当机械力作用较弱时，应力场主要通过发热的方式衰减；但机械力作用增强至某一临界值时，就会产生破碎；如果机械作用力更强，使得形成裂纹的临界时间短于产生这种裂纹的机械作用时间，或受到机械力作用的颗粒尺寸小于形成裂纹的临界尺寸时，都不会产生裂纹，而会产生塑性变形和各种缺陷的积累。这一过程即为机械活化。 由于机械活化，反应物的活性增强，使化学反应的表观活化能大为降低，反应速率常数迅速增大。 质子作用模型： A为Mg(OH)2表面上的两个OH-离子；B表示借助于TiO2表面的质子作用使Mg(OH)2脱水，小黑点表示质子；C表示脱水后使MgO和TiO2结合起来形成MgTiO3，并分离出水分子。 粉碎机械力化学在工程中的应用 粉体表面改性是指利用物理、化学、机械等方法对粉体进行表面处理，有目的地改变其表面物理化学性质，以满足不同的工艺要求。 作为塑料、橡胶等填料的粉体经表面改性后可提高其在树脂和有机聚合物中的分散性，改善填料与基体的界面相容性，从而提高力学性能。 在造纸过程中，改变颗粒的表面荷电性质可增加其与带相反电荷的纤维的结合强度，从而提高纸张的强度和填料的存留率；通过表面改性可使涂料、化妆品等具有良好的光学效应，增强其装饰效果。对有害健康和环境的物质进行表面覆盖，封闭其表面活性点，可消除其污染作用。 粉体改性方法：包覆法、沉淀反应法、表面反应法、接枝法及机械力化学法等。 机械力化学改性：通过粉碎、磨碎、摩擦等机械方法使物料晶格结构及晶型发生变化，体系内能增大，温度升高，使粒子溶解、热分解、产生游离基或离子，增强表面活性，促使物质与其它物质发生化学反应或相互附着，从而达到表面改性的目的。 机械力化学改性机理：一是利用物料超细粉碎过程中机械应力的作用激活物料表面，使表面晶体结构与物料化学性质发生变化，从而实现改性；其二是利用机械盈利对表面的激活作用和由此产生的离子或游离基引发单体烯烃类有机物聚会或使偶联剂等表面改性剂高附着而实现改性。 机械力化学改性的优点 高效性：粉磨改性工艺集超细粉碎和表面改性于一体，大大简化了加工工艺，并且可通过调整粉料改性条件，选用适当的工艺流程，使非金属矿物的粉碎和表面改性相互促进。粉磨改性充分利用了超细粉碎时的自生热，不需外加热，可节省能源。 非均相反应的区域性：在固体的热传导系数较小时，冲击碰撞的摩擦过程中产生的能量引起局部温度急剧上升，甚至导致出现等离子体。在振动粉磨过程中，碰撞区是发生粉磨改性的主要区域，这是因为： 碰撞区域温度高，表面改性剂易融化，增强了表面改性剂的渗透和扩散能力，起到了强制扩散作用； 粒子在碰撞区进一步细化，粉体比表面积提高，增大了表面改性剂与粉体的表面接触； 冲击压缩作用缩短了表面改性剂在粉体中的扩散距离； 碰撞区域由于冲击作用强烈，因而在粒子表面产生更多的活化中心。 超细粉碎与表面改性的同步性：在粉碎过程中，一方面，改性物质与粉体粒子在活化点处发生键合或吸附，另一方面，键合或吸附的粒子表面能降低，减弱了表面电荷或官能团相同的粒子间的团聚，有利于超细粉碎的继续。 机械力化学在水泥、混凝土中的应用 掺杂助磨剂提高水泥的细度：在水泥粉磨过程中，加入少量的外加剂，可消除细粉黏附和团聚现象，加速物料粉磨过程，提高粉磨效率，降低单位粉磨电耗，提高水泥产量。 熟料矿物及混合材料的活化：将水泥熟料粉磨至比表面积400m2/kg，矿渣比表面积为300 m2/kg，则矿渣的掺入量高达60%-65%时依然可得到425#矿渣水泥。 合成硅酸盐矿物：将Ca/Si摩尔比为1.5的Ca(OH)2与硅胶的混合物在行星磨内粉磨2h，可