机械力活化诱导硫化矿石自燃的热分析动力学-中国有色金属学报.PDF

第 26 卷第 9 期 中国有色金属学报 2016 年 9 月 Volume 26 Number 9 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Sep. 2016 文章编号：1004-0609(2016)-09-1976-06 机械力活化诱导硫化矿石自燃的 热分析动力学 阳富强，刘广宁，刘晓霞，黄贤煜 (福州大学 环境与资源学院，福州 350116) 摘 要：为揭示硫化矿石在经历机械力活化后的氧化自燃特性，运用热分析技术表征矿样在不同功率(100~450 r/min) 、不同料球比(1:3~1:12)条件下活化后的热分解动力学参数；采用 X 射线衍射技术对活化矿样进行线形分 析，比较矿样活化前后的晶格畸变率和晶块尺寸。结果表明：硫化矿石在 530~640 ℃温度区间的氧化热解过程 符合一维扩散反应动力学机制；其表观活化能随着球磨功率、料球比的增加而降低，呈现出较好的一致性；矿 样在未活化、200 r/min 、350 r/min 活化条件下的表观活化能依次为 258.93 、181.34、150.97 kJ/mol，对应的指前 因子分别为 2.35 ×1018、1.45×1013 和 1.60×1011；矿样在料球比为 1:3、1:8 活化条件下的表观活化能依次为 240.57 、150.97 kJ/mol，指前因子分别为 1.58×1017、1.60×1011；硫化矿石的表观活化能的降低与活化矿样晶格 畸变率的增大及晶块尺寸减小存在一定的相关性，进而容易引发自燃。 关键词：硫化矿石；机械活化；自燃；热分析动力学 中图分类号：TD75 文献标志码：A 高硫矿床开采过程中，地压、爆破冲击波，以及 的球磨功率、球料比) 的热分解动力学演变规律。再者， 凿岩机、破碎装置等机械设备产生多种形式的机械力 硫化矿石的自燃特性可以用其氧化分解反应过程的动 共同作用在矿体上，可以视为一个机械力活化过程。 力学参数进行表征[6] 。硫化矿石的反应活化能越大， 该作用可能破坏硫化矿物的晶体结构，提高硫化矿石 表明其自燃倾向性越小；活化能越小，硫化矿石的自 的化学反应活性，最终诱导矿石氧化自燃[1] 。目前关 燃倾向性就越大。此外，硫化矿石氧化自燃反应过程 于硫化矿石机械活化理论的研究主要集中在考察球磨 中所表现出的动力学特性应该是矿石中所有矿物的综 时间对硫化矿物的金属浸出及热行为影响，如 合性质，而并非某单一矿物的动力学行为。因此，本 POURGHAHRAMANI 等[2]利用现代测试技术揭示了 文作者采用球磨装置对典型硫化矿样进行不同强度地 不同活化时间下天然黄铁矿的放热情况对于黄铁矿本 机械活化(改变球磨功率、料球比) ，运用热反应动力 身的物理结构的影响，发现黄铁矿在机械活化过程中 学方程表征各种活化矿样的反应机制，并计算出相应 其晶粒尺寸减少、微观应变增加；PENG 等[3]分析了 的表观活化能大小，从而揭示机械力活化对于硫化矿 机械活化作用对黄铁矿活化电位的影响；胡慧萍等[4] 石氧化自燃特性的影响规律。 用 Friedman 法研究了未活化黄铁矿和经历不同时间 机械活化的黄铁矿在不同升温速率下的热分解动力 1 活化矿样制取 学，发现黄铁矿的热分解活化能降低与活化后黄铁矿 的晶格畸变率增大及晶块尺寸降低有关；HU 等[5]利用 SEM、XRD 和 XPS 技术系统分析了活化前后各类硫 本次实验所用硫化矿样采自江西某典型金属矿 化矿样的微观结构、形貌变化规律。 山，该矿山在开采中已发生严重的