中國粉體網(wǎng)訊 機械力化學又稱機械化學，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)和物理化學性質(zhì)變化的新興交叉學科。

超細碳酸鈣

目前，在礦物加工領域，除了制備功能型礦物材料外，機械力化學技術(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效應，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、涂料填料等領域發(fā)揮更大應用價值。

常規(guī)化學改性與機械力化學改性碳酸鈣效果對比

1、礦物機械力化學效應

天然礦物在細碎粉磨時，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，理化反應活性也隨之提升。

天然礦物典型的機械力效應主要體現(xiàn)在3個方面：一是物理效應，即顆粒及晶粒細化、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；三是化學變化，包括結(jié)晶水或結(jié)構(gòu)羥基的脫除、反應活化能的降低，化學鍵斷裂及重排等。

2、機械力化學技術(shù)在碳酸鈣領域應用

（1）礦物表面改性

機械力化學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摩爾比化學沉淀低濃度重金屬的目標，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的工藝參數(shù)以獲得最佳的修復效果。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，其混施后改良修復效果最佳，在鈍化修復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)碳酸鈣的復合碳酸鈣。通過分析表明，通過機械活化后復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，復合碳酸鈣的吸附性能明顯提高，復合碳酸鈣吸附后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與碳酸鈣界面化學鍵形成的電子傳輸通道作用成為導致納米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，球磨機為浸出反應設備，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、反應時間10min和液固比4∶1最佳反應條件下，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效應產(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復合光催化劑及性能研究，中國地質(zhì)大學（北京）

劉春琦，天然礦物的機械力化學活化改性研究進展，遼寧科技大學

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

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

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

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

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)

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