粉碎机械力化学课件

粉碎机械力化学2007年10月20日17.1概述

粉碎机械力化学概念：固体物质在各种形式的机械力作用下所诱发的化学变化和物理化学变化称为机械力化学效应，研究粉碎过程中伴随的机械力化学效应的学科称为粉碎机械力化学。背景：

19世纪90年代，AreyLea在研磨HgCl2时发现有Cl2逸出！

20世纪60年代提出了机械力化学概念，

K.Peter定义：物质受机械力作用而发生化学变化或物理化学变化的现象。(1962,第一届欧洲粉体会议，机械力化学反应)

20世纪80年代开始，机械力化学作为一门新兴学科在冶金合金及化工等领域受到了广泛的重视。

近年来，机械力化学在纳米材料、复合材料制备及材料改性方面有着广泛的应用。27.2粉碎机械力化学作用及机理前言－－机械激活与化学激活：

固体物质受到各种形式的机械力作用时，会在不同程度上被激活，若体系仅发生物理性质变化而其组成和结构不变时称为机械激活；若物质的结构或化学组成也同时发生了变化，则称为化学激活。－－粉碎过程被粉碎材料发生的几种变化：

（1）物理变化：颗粒的细化，内部裂纹产生扩展，密度及比表面积的变化等，（2）结晶状态变化：产生晶格缺陷，发生晶格畸变，结晶程度降低甚至无定形化，晶型转变等。（3）化学变化：含结晶水或羟基物质的脱水、形成合金或固溶体，降低体系的反应活化能，并通过固相反应生成新相。37.2粉碎机械力化学作用及机理

②晶型转变：同质多晶型矿物材料在常温下由于机械力的作用常常会发生晶型转变。如：方解石、二氧化钛等。

图7-10－－原因：由于机械力反复作用，晶格内积聚的能量不断增加，使结构中某些结合键发生断裂并重新排列形成新的结合键。－－物理化学变化：随着晶体结构的变化，物料的物理化学性质也将发生变化，主要表现为：溶解度、表面自用能增大；溶解速率、表面吸附能力和交换能力提高；产生电荷、游离基等。5

7.2粉碎机械力化学作用及机理（3）物理化学变化

①分散度：随磨矿时间的变化分为增大、聚集和团聚三个阶段。②溶解度：随磨矿时间的加大而增大，而后达到极值，随时间加长下降并趋于定值。③密度：随磨矿时间的加长而增大（矿物原始晶格发生变化）④电性：与矿物性质及结构有关。如：膨润土介电常数下降，而钛酸钡介电常数提高。⑤颗粒表面吸附能力：随磨矿时间的加长而提高（活性增加）⑥离子交换和置换能力：前期提高，后期降低（团聚包裹）⑦表面自由能：体系总自由能增大。6（4）机械力作用导致的化学反应

①脱水效应：二水石膏、滑石及Ca(OH)2、Mg(OH)2

②固相反应：粉磨过程中，粉体颗粒承受较大应力或反复应力作用的局部区域可以产生分解反应、溶解反应、水合反应、合金化、金属与有机化合物的聚合反应及直接形成新相的固相反应等。机械力化学反应的特点是：主要是因颗粒的活化点之间的相互作用而导致的。

a机械合金化：通过高能球磨过程中的机械合金化作用可以合成弥散强化合金、纳米晶合金及金属间化合物等。b分解反应：c化合反应：d置换反应：e其它反应：7.2粉碎机械力化学作用及机理77.2粉碎机械力化学作用及机理（5）机械力化学反应的机理①摩擦等离子区模型

②活化态热力学模型

③质子作用模型87.3粉碎机械力化学的应用

(4)机械力化学在水泥、混凝土生产中的应用掺加助磨剂提高水泥细度机理：①助磨剂分子吸附于固体颗粒表面，改变了颗粒的结构性质，降低了颗粒的强度或硬度。②减小了颗粒的表面能，阻止颗粒间相互团聚。

③助磨剂分子吸附于新形成的裂缝中，阻止了裂纹愈合熟料矿物及混合材料的活化

高炉矿渣及粉煤灰等具有潜在的水硬水化活性，提高其粉磨细度，增大其与激发组分的接触面积并通过表面结构的改变增强其水化活性是提高高掺量混合材水泥早期性能的有效措施。107.3粉碎机械力化学的应用

合成硅酸盐矿物

将氢氧化钙、石膏和氢氧化铝混合后，在行星磨中干法粉磨120分钟，出现水化硫铝酸钙。废弃混凝土的机械力化学活化再利用

水泥熟料表面积（m2/kg)矿渣表面积（m2/kg)掺入量（%）40030060-65（425#）35040060（525#）11①原料性质的影响：不同原料组成和组分配比②球磨强度的影响：强度低，形成非晶的时间较长；强度高时，形成非晶时间较短；球磨能量高到一定程度时更易形成稳定的化合物而不是非晶；球磨强度较低时，对一些硬度和强