Изучение абразивно-реакционного взаимодействия минералов
advertisement
Õèìèÿ â èíòåðåñàõ óñòîé÷èâîãî ðàçâèòèÿ! #"##`"#' 455 ÓÄÊ 622.7+541.18.053:53.096+621.926.47:977.7 Èçó÷åíèå àáðàçèâíî-ðåàêöèîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìèíåðàëîâ ñ ìàòåðèàëîì ìåëþùèõ òåë ïðè èõ ìåõàíîõèìè÷åñêîé îáðàáîòêå* Ô. Õ. ÓÐÀÊÀÅÂ, Â. Ñ. ØÅÂ×ÅÍÊÎ, Þ. Ï. ÑÀÂÈÍÖÅ Îáúåäèíåííûé èíñòèòóò ãåîëîãèè, ãåîôèçèêè è ìèíåðàëîãèè èì. À. À. Òðîôèìóêà Ñèáèðñêîãî îòäåëåíèÿ ÐÀÍ, ïðîñïåêò Àêàäåìèêà Êîïòþãà, 3, Íîâîñèáèðñê 630090 (Ðîññèÿ) E-mail: urakaev@uiggm.nsc.ru (Ïîñòóïèëà 14.07.04; ïîñëå äîðàáîòêè 13.09.04) Àííîòàöèÿ Èññëåäîâàíà âîçìîæíîñòü ïåðåðàáîòêè ïðèðîäíûõ è òåõíîãåííûõ ìàòåðèàëîâ ïóòåì ïðîâåäåíèÿ ìåõàíîõèìè÷åñêèõ ðåàêöèé ñ ó÷àñòèåì ìàòåðèàëà ìåëþùèõ òåë, îñíîâàííàÿ íà èñïîëüçîâàíèè àáðàçèâíûõ (æåëàòåëüíî àìîðôíûõ) èíåðòíûõ äîáàâîê, íàïðèìåð ñòåêëî, ïëàâëåíûé êâàðö. Ñóòü ìåòîäà ñîñòîèò â àáðàçèâíî-ðåàêöèîííîì èçíîñå ìàòåðèàëà ìåëþùèõ òåë ìåõàíîõèìè÷åñêîãî ðåàêòîðà.  ïëàíåòàðíîé ìåëüíèöå ÀÃÎ-2 ñî ñòàëüíîé ôóðíèòóðîé ïîëó÷åíû ìåòàëë-îêñèä-ñóëüôèäíûå êîìïîçèòû (â ïðîöåññå âñêðûòèÿ òåíîðèòà è ãàëåíèòà) è êîìïîçèòû íà îñíîâå ïèðèòà è êâàðöà (ïðè ìåõàíè÷åñêîé àêòèâàöèè ñìåñè ñåðû è àìîðôíîãî êâàðöà). ÂÂÅÄÅÍÈÅ Êàê ïðàâèëî, àâòîðû (íàïðèìåð, [13]), èññëåäóþùèå âëèÿíèå ïðèðîäû ìàòåðèàëà ìåëþùèõ òåë íà ïðîòåêàíèå ìåõàíîõèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, îãðàíè÷èâàþòñÿ óïîìèíàíèåì î âîçìîæíîì çàãðÿçíåíèè ïðîäóêòîâ ìåõàíè÷åñêîé àêòèâàöèè (ÌÀ) âåùåñòâàìè ôðèêöèîííîãî èçíîñà ìåëþùèõ òåë. Íàñòîÿùàÿ ðàáîòà ïîñâÿùåíà öåëåíàïðàâëåííîìó èçó÷åíèþ âëèÿíèÿ èçíîñà ìåëþùèõ òåë íà ïðîòåêàíèå ÌÀ ñèñòåì ðåàãåíò àáðàçèâ â ìåëüíèöå ñî ñòàëüíîé ôóðíèòóðîé. Âñêðûòèå, îáîãàùåíèå è ïåðåðàáîòêà ìèíåðàëüíîãî ñûðüÿ, â ÷àñòíîñòè êîìïëåêñíûõ îêñèäîâ è ñóëüôèäîâ, ìåòîäàìè ìåõàíîõèìèè ïîëó÷èëè â ïîñëåäíèå ãîäû øèðîêîå ðàçâèòèå [412].  ïåðâóþ î÷åðåäü, ýòî ñâÿçàíî ñ âîçìîæíîñòüþ íåïîñðåäñòâåííîãî ïîëó÷åíèÿ òåðìèòíûìè è ìåõàíîòåðìèòíûìè ìåòîäàìè [6, 7] èç ïðèðîäíûõ è òåõíîãåííûõ ìàòåðèàëîâ ìåòàëëè÷åñêîé ñîñòàâëÿþùåé è ðàçëè÷íûõ êîìïîçèöèîííûõ íàíîêðèñòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ, êàê â ïîñòåïåííîì [6, 11, 12], *Ìàòåðèàëû X Ñåìèíàðà Àçèàòñêî-Òèõîîêåàíñêîé àêàäåìèè ìàòåðèàëîâ «Íàóêà è òåõíîëîãèÿ íàíîñòðóêòóðèðîâàííûõ ìàòåðèàëîâ», Íîâîñèáèðñê, 26 èþíÿ 2003 ã. òàê è âî âçðûâíîì [7, 10] ðåæèìàõ ïðîòåêàíèÿ ýêçîòåðìè÷åñêîé ðåàêöèè.  ñâÿçè ñ íàêîïëåíèåì ñåðû íà ïðåäïðèÿòèÿõ íåôòÿíîãî è ãàçîâîãî êîìïëåêñà çàäà÷à åå óòèëèçàöèè ïðèîáðåòàåò àêòóàëüíîå çíà÷åíèå. Îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ ñåðû ìîãóò áûòü ðàñøèðåíû ïóòåì åå ïåðåâîäà â ñóëüôèäíûå ìàòåðèàëû. Ñóëüôèäû, êàê ïðàâèëî, ïîëó÷àþò èç ýëåìåíòîâ ïðè íàãðåâàíèè, îäíàêî ãîìîãåííîñòü è ìîðôîëîãèÿ öåëåâûõ ïðîäóêòîâ çàâèñÿò îò ìíîãèõ ôàêòîðîâ, â ÷àñòíîñòè îò ðàçìåðîâ è ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè èñõîäíûõ ðåàãåíòîâ. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ìåõàíîõèìè÷åñêîãî ðåàêòîðà ýòèõ íåäîñòàòêîâ íåò [11]. Ñóëüôèäû æåëåçà, îñîáåííî íàíîðàçìåðíûå [11, 12], â íàñòîÿùåå âðåìÿ íàõîäÿò ïðèìåíåíèå â ñïåöèôè÷åñêèõ îáëàñòÿõ: â áàòàðåÿõ ñ âûñîêîé ïëîòíîñòüþ ýíåðãèè, ôîòîýëåêòðîëèçå è ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêå, ñèíòåçå ñâåðõïðîâîäÿùèõ, äèàãíîñòè÷åñêèõ, ëþìèíåñöåíòíûõ ìàòåðèàëîâ è õàëüêîãåíèäíûõ ñòåêîë. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ìåõàíîõèìè÷åñêèõ ðåàêöèé ñ ó÷àñòèåì ñåðû ïîêàçûâàþò [13], ÷òî íàèáîëåå âàæíûì ïðîöåññîì ïðè ñèíòåçå ñóëüôèäîâ öèíêà ÿâ- 456 Ô. Õ. ÓÐÀÊÀÅ è äð. ëÿåòñÿ ïëàñòè÷åñêîå òå÷åíèå ñåðû. Õàðàêòåðèñòèêè ýòîãî ïðîöåññà îïðåäåëÿþòñÿ òîëùèíîé ôóòåðîâàííûõ áîëåå ìÿãêîé ñåðîé ñëîåâ íà ïîâåðõíîñòè ÷àñòèö öèíêà. Ïëàñòè÷åñêîå òå÷åíèå ñåðû ïðèâîäèò ê åå àìîðôèçàöèè (ïîëèìåðèçàöèÿ ñ ïåðåõîäîì â ñòåêëîîáðàçíîå ñîñòîÿíèå), îäíàêî ðåàëèçîâàòü ýòîò ïðîöåññ ýêñïåðèìåíòàëüíûì ïóòåì íå óäàåòñÿ. Ïîýòîìó äëÿ ïîäòâåðæäåíèÿ òåîðèè íåîáõîäèìî âûáðàòü äëÿ ìåõàíè÷åñêîé àêòèâàöèè òàêóþ ñèñòåìó, êîòîðàÿ íàðÿäó ñ êðèñòàëëè÷åñêîé ñåðîé ñîäåðæèò èíåðòíûé, æåëàòåëüíî àìîðôíûé (äëÿ îáëåã÷åíèÿ èíòåðïðåòàöèè ðåçóëüòàòîâ ðåíòãåíîôàçîâîãî àíàëèçà), êîìïîíåíò. Äëÿ ýòîé ðîëè èäåàëüíî ïîäõîäÿò àìîðôíûå ìàòåðèàëû îáû÷íîå ñòåêëî, áëèçêîå ïî òåðìè÷åñêèì è ìåõàíè÷åñêèì ñâîéñòâàì ê öèíêó, è ïëàâëåíûé êâàðö. Èñïîëüçóÿ ýòè äîáàâêè, ìîæíî áóäåò íå òîëüêî îñóùåñòâèòü ïðîöåññ àìîðôèçàöèè ñåðû, íî è ïåðåðàáîòàòü ñåðó â öåëåâûå ñóëüôèäíûå ìàòåðèàëû. Ïî ñóòè, ìû ïðèìåíèëè àáðàçèâíî-ðåàêöèîííûé ñïîñîá ìîäèôèöèðîâàíèÿ ïîâåðõíîñòè îáðàáàòûâàåìûõ â ìåëüíèöå ÷àñòèö êâàðöà ñ ó÷àñòèåì ñòàëüíîãî ìàòåðèàëà ìåëþùèõ òåë [14], êàê äëÿ âîññòàíîâèòåëüíîãî âñêðûòèÿ òåíîðèòà (CuO) è ãàëåíèòà (PbS), òàê è äëÿ îêèñëèòåëüíîé ïåðåðàáîòêè ñåðû â ñóëüôèäû æåëåçà. ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀËÜÍÀß ×ÀÑÒÜ Â êà÷åñòâå ìåõàíîõèìè÷åñêîãî ðåàêòîðà ïðèìåíÿëàñü ñòàëüíàÿ äâóõáàðàáàííàÿ øàð î â à ÿ (âìåñòèìîñòü ê à æ ä î ã î á à ð à á à í à 140 ñì3, 400 øàðîâ ðàäèóñîì 0.2 ñì) âîäîîõëàæäàåìàÿ (ðàñõîä âîäû 1 ñì3/ñ, êîíòðîëü òåìïåðàòóðû âîäû íà âûõîäå) ïëàíåòàðíàÿ ìåëüíèöà ÀÃÎ-2. Ñêîðîñòü îòíîñèòåëüíîãî ñîóäàðåíèÿ ìåëþùèõ òåë ñîñòàâëÿëà 11 ì/ñ [7]. Äëÿ áîëåå ýôôåêòèâíîé îáðàáîòêè îáðàçöîâ èñïîëüçîâàëèñü ÷åòûðå âîçìîæíûå îðèåíòàöèè îñè ìåëüíèöû: âåðòèêàëüíàÿ, ãîðèçîíòàëüíàÿ è ïîä óãëàìè ±15î ê ãîðèçîíòàëüíîé îðèåíòàöèè. Ïðîäóêòû ÌÀ èññëåäîâàëè ñòàíäàðòíûì ìåòîäîì ðåíòãåíîôàçîâîãî àíàëèçà (ÐÔÀ). Ìåõàíè÷åñêè àêòèâèðîâàííûå îáðàçöû èçîòåðìè÷åñêè îòæèãàëè â òå÷åíèå 2 ÷ ïðè Ðèñ. 1. Äàííûå ÐÔÀ ñèñòåìû ïëàâëåíûé êâàðö (3 ã) ãàëåíèò (1.5 ã): 1 èñõîäíàÿ ñìåñü (ñð. ñ PDF 1-880), 2 âðåìÿ ÌÀ 1 ÷ (ñð. ñ PDF-4-686 è 6-696), 3 âðåìÿ ÌÀ 3.5 ÷. ~700 î C â òîêå àðãîíà (~1 ñì3/ñ) â àëóíäîâûõ òèãëÿõ ñ ãðàôèòîâûìè ïðîáêàìè è òèòàíîâîé ãóáêîé, ðàçìåùåííîé ïåðåä òèãëÿìè â íàãðåâàåìîé îáëàñòè êâàðöåâîé òðóáêè äëÿ î÷èñòêè àðãîíà îò âîçìîæíîé ïðèìåñè êèñëîðîäà.  íàâåñêè (3 ã) äðîáëåíîãî ïëàâëåíîãî êâàðöà, à òàêæå îáû÷íîãî ñòåêëà (â ñëó÷àå ñåðû) äîáàâëÿëè òåíîðèò, ãàëåíèò èëè ñåðó â êîëè÷åñòâå 0.42.5 ã. Îáðàçöû ïðåäâàðèòåëüíî èçìåëü÷àëè è ãîìîãåíèçèðîâàëè ñîâìåñòíî ñ êâàðöåì (ñòåêëîì) â òå÷åíèå 1 ÷ â ìåëüíèöå Fritsch Pulverisette, îñíàùåííîé àãàòîâîé ôóðíèòóðîé. Ïî ðåçóëüòàòàì ÐÔÀ îäíîãî èç òàêèõ îáðàçöîâ íà îñíîâå ïðèðîäíîãî ãàëåíèòà (ðèñ. 1, êðèâàÿ 1), â íåì, êðîìå ãàëåíèòà, ïðèñóòñòâóþò è íåêîòîðûå ïðèìåñè (ïðåèìóùåñòâåííî êðèñòàëëè÷åñêèé êâàðö), õàðàêòåðíûå äëÿ ýòîãî ìèíåðàëà. Èñõîäíûé òåíîðèò ïîëó÷åí òåðìè÷åñêèì ðàçëîæåíèåì ìàëàõèòà ïðè ~250 îC â òå÷åíèå 7 ÷. Ðåçóëüòàò ÐÔÀ ïîëó÷åííîãî ïîðîøêà ÷åðíîãî öâåòà ïîêàçàí íà ðèñ. 2, êðèâàÿ 1. ÀÁÐÀÇÈÂÍÎ-ÐÅÀÊÖÈÎÍÍÎÅ ÂÇÀÈÌÎÄÅÉÑÒÂÈÅ ÌÈÍÅÐÀËÎÂ Ñ ÌÀÒÅÐÈÀËÎÌ ÌÅËÞÙÈÕ ÒÅË Ðèñ. 2. Äàííûå ÐÔÀ ñèñòåìû ïëàâëåíûé êâàðö (3 ã) òåíîðèò (1.5 ã): 1 èñõîäíàÿ ñìåñü (PDF 48-1548 è 80-1917), 2 âðåìÿ ÌÀ 1 ÷, 3 âðåìÿ ÌÀ 3.5 ÷, îòæèã 2 ÷ ïðè 700 îÑ (PDF 4-836). ÐÅÇÓËÜÒÀÒÛ È ÎÁÑÓÆÄÅÍÈÅ Ïðåäâàðèòåëüíûå ýêñïåðèìåíòû ïîêàçàëè êàê ñõîæåñòü, òàê è ñóùåñòâåííîå îòëè÷èå â ïðîòåêàíèè ìåõàíîõèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ ñ ó÷àñòèåì òåíîðèòà è ãàëåíèòà.  îáåèõ ñèñòåìàõ èìååò ìåñòî àáðàçèâíûé èçíîñ ñòàëüíûõ ìåëþùèõ òåë, áîëåå ÿðêî âûðàæåííûé â ñëó÷àå ñèñòåìû ñ ãàëåíèòîì. Ïîñëå êðàòêîâðåìåííîé (515 ìèí) ÌÀ ñèñòåìû ñ òåíîðèòîì èìååò ìåñòî ñàìîôóòåðîâêà ìåëþùèõ òåë îáðàáàòûâàåìûì ìàòåðèàëîì [13]. Òåíîðèò íà÷èíàåò ìåíÿòü ÷åðíûé öâåò íà çåëåíûé ÷åðåç 1 ÷ îáðàáîòêè, è â ïðîöåññå äàëüíåéøåé ÌÀ ýòîò öâåò ñòàíîâèòñÿ èíòåíñèâíåå, ñàìîôóòåðîâêà óñèëèâàåòñÿ. Íàïðîòèâ, â ñèñòåìå ñ ãàëåíèòîì ÿâëåíèå ñàìîôóòåðîâêè ïîëíîñòüþ îòñóòñòâóåò, è ÷åðåç êîðîòêîå âðåìÿ ÌÀ îáðàçóåòñÿ ÷åðíûé è îäíîðîäíûé ìàñëÿíèñòûé ïîðîøîê. 457 Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ ïðîäóêòîâ ÌÀ ìåòîäàìè ÐÔÀ è èçîòåðìè÷åñêîãî îòæèãà ïîêàçàëè, ÷òî ïðîèñõîäèò àáðàçèâíûé èçíîñ ñòàëüíûõ ìåëþùèõ òåë, àìîðôèçàöèÿ, âîññòàíîâëåíèå ìåäè èç òåíîðèòà è ñâèíöà èç ãàëåíèòà, ïðè÷åì êðèñòàëëè÷åñêèå ôàçû îêñèäîâ è ñóëüôèäîâ æåëåçà (äðóãèõ ïðîäóêòîâ âîññòàíîâèòåëüíûõ ðåàêöèè, íàïðèìåð CuO + Fe = Cu + FeO (∆rGî = 28.0 êêàë/ìîëü) íå îáíàðóæåíû. Íà ðèñ. 2, êðèâàÿ 2 âèäíî, ÷òî â ñèñòåìå ñ òåíîðèòîì îáðàçóåòñÿ ðåíòãåíîàìîðôíûé ïðîäóêò è ïðîèñõîäèò èçíîñ æåëåçà (ñì. ïèê â èíòåðâàëå óãëîâ 4445î). Ñòåïåíü àìîðôèçàöèè ñ óâåëè÷åíèåì âðåìåíè îáðàáîòêè ðàñòåò ôîðìà ïèêà æåëåçà ñòàíîâèòñÿ áîëåå øèðîêîé è òðóäíîðàçëè÷èìîé. Ïðîäóêòîì îòæèãà ýòîãî îáðàçöà â àòìîñôåðå àðãîíà ïðè ~700 îC (÷òî ñîîòâåòñòâóåò ìàêñèìàëüíîé òåìïåðàòóðå êðèñòàëëèçàöèè ïðîäóêòîâ ÌÀ [6]) ÿâëÿåòñÿ òîëüêî ìåòàëëè÷åñêàÿ ìåäü, ðåôëåêñû äðóãèõ âîçìîæíûõ ïðîäóêòîâ îáìåííîé ðåàêöèè îêñèäîâ æåëåçà îòñóòñòâóþò (ñì. ðèñ. 2, êðèâàÿ 3). Àíàëîãè÷íîå ÿâëåíèå èçíîñà æåëåçà è âîññòàíîâëåíèå èì ãàëåíèòà ñ îáðàçîâàíèåì ìåòàëëè÷åñêîé ôàçû (ñâèíåö), íî óæå íåïîñðåäñòâåííî â ïðîöåññå ÌÀ ñèñòåìû ñ ãàëåíèòîì, ïîêàçàíî íà ðèñ. 1, êðèâàÿ 2. Ñëåäóåò îáðàòèòü âíèìàíèå íà îòñóòñòâèå ðåôëåêñîâ äðóãèõ âîçìîæíûõ ïðîäóêòîâ îáìåííîé ðåàêöèè ñóëüôèäîâ æåëåçà. Óâåëè÷åíèå âðåìåíè ÌÀ äî 2 ÷ íå ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ ñïåêòðà, çà èñêëþ÷åíèåì èñ÷åçíîâåíèÿ (àìîðôèçàöèè) ðåôëåêñîâ ïðèìåñè êðèñòàëëè÷åñêîãî êâàðöà â ïðèðîäíîì ãàëåíèòå. Ïîñëå îòæèãà ýòèõ ïðîäóêòîâ îòìå÷àþòñÿ òîëüêî íåñóùåñòâåííûå èçìåíåíèÿ îòíîñèòåëüíûõ èíòåíñèâíîñòåé è çíà÷èòåëüíîå ñóæåíèå ñîîòâåòñòâóþùèõ ðåôëåêñîâ. Äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå ïðîäîëæèòåëüíîñòè ÌÀ ïðèâîäèò ê ïðåâàëèðîâàíèþ àáðàçèâíîãî èçíîñà æåëåçà íàä âñåìè äðóãèìè ïðîöåññàìè (ñì. ðèñ. 1, êðèâàÿ 3). Äàííûå ÐÔÀ ïîäãîòîâëåííûõ îáðàçöîâ íà îñíîâå ñòåêëà è êâàðöà ñ ñåðîé óêàçûâàþò íà íàëè÷èå òîëüêî îðòîðîìáè÷åñêèõ êðèñòàëëîâ èñõîäíîé ñåðû (ñì. PDF 83-2285). Ðåçóëüòàòû ÐÔÀ ïî ÌÀ êðèñòàëëîâ ñåðû (íàâåñêà 2 ã, âðåìÿ àêòèâàöèè äî 3 ÷) áåç äîáàâîê àáðàçèâà ïîêàçûâàþò, ÷òî ñåðà íå 458 Ô. Õ. ÓÐÀÊÀÅ è äð. Ðèñ. 3. Äàííûå ÐÔÀ ñèñòåì: à ñòåêëî (3 ã) ñåðà (0.4 ã), ÌÀ 135 ìèí; á ïëàâëåíûé êâàðö (3 ã) ñåðà (1.6 ã), ÌÀ 135 ìèí. ïîäâåðãàåòñÿ ñòðóêòóðíûì ïåðåñòðîéêàì. Ñîõðàíÿþòñÿ âñå ðåôëåêñû áåç óøèðåíèÿ èëè èçìåíåíèÿ îòíîñèòåëüíûõ èíòåíñèâíîñòåé, çà èñêëþ÷åíèåì îòñóòñòâèÿ ãàëî, îáóñëîâëåííîãî ïðèñóòñòâèåì àìîðôíûõ ÷àñòèö àáðàçèâà. Ñèòóàöèÿ èçìåíÿåòñÿ (ðèñ. 3, à), êîãäà îáðàáîòêó ñåðû ïðîâîäÿò â ñìåñè ñî ñòåêëîì. Ïðîèçîøåäøèå ñòðóêòóðíûå èçìåíåíèÿ ñåðû îáóñëîâëåíû äîñòèæåíèåì íåîáõîäèìûõ tPT (âðåìÿ äàâëåíèå òåìïåðàòóðà) óñëîâèé â ìåñòå óäàðíî-ôðèêöèîííîãî êîíòàêòà ôóòåðîâàííûõ ñåðîé ÷àñòèö ñòåêëà ñîãëàñíî ðåçóëüòàòàì ìîäåëèðîâàíèÿ [13]. Õîòÿ òâåðäîñòü ÷àñòèö ñòåêëà ÷óòü âûøå òâåðäîñòè ñòàëè, àáðàçèâíûé èçíîñ ñòàëüíîé ôóðíèòóðû íåçíà÷èòåëåí. Êðîìå òîãî, çíà÷åíèå èìïóëüñà òåìïåðàòóðû â ìåñòå óäàðíî-ôðèêöèîííîãî êîíòàêòà ìåëþùèõ òåë è îáðàáàòûâàåìûõ ÷àñòèö ñòåêëà íå ìîæåò ïðåâûøàòü òåìïåðàòóðû ðàçìÿã÷åíèÿ ñòåêëà (~500 îC), ïîýòîìó ñóëüôèäû æåëåçà çà óêàçàííîå âðåìÿ àêòèâàöèè íå îáðàçóþòñÿ. Îòìåòèì, ÷òî ñèíòåç ñóëüôèäîâ æåëåçà ïðè ìåõàíè÷åñêîì ñïëàâëåíèè ïîðîøêîâ æåëåçà è ñåðû [11] îñóùåñòâëÿåòñÿ çà ñîòíè ÷àñîâ ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè. Êàðäèíàëüíûå èçìåíåíèÿ ïðîèñõîäÿò ïðè àêòèâàöèè îáðàçöîâ íà îñíîâå àìîðôíîãî êâàðöà. Íà ðèñ. 3, á ïîêàçàíî îáðàçîâàíèå ïèðèòà (FeS2, PDF 71-2219). Òâåðäîñòü ÷àñòèö êâàðöà çíà÷èòåëüíî âûøå òâåðäîñòè ñòàëè, à òåìïåðàòóðà åãî ïëàâëåíèÿ íàìíîãî ïðåâîñõîäèò òåìïåðàòóðó ïëàâëåíèÿ ñòåêëà.  äàííîì ñëó÷àå ïðîöåññû àìîðôèçàöèè ñåðû è åå õèìè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñ ÷àñòèöàìè æåëåçà, îáðàçóþùåãîñÿ óæå â çíà÷èòåëüíûõ êîëè÷åñòâàõ â ðåçóëüòàòå àáðàçèâíîãî èçíîñà ñòàëüíîé ôóðíèòóðû [14], ïðîòåêàþò îäíîâðåìåííî è ïðèâîäÿò ê ñèíòåçó ïèðèòà FeS2 â ðåæèìå ãîðåíèÿ (ñð. ñ [6, 7, 10]).  ðåæèìå ãîðåíèÿ îáðàçóþòñÿ, êàê ïðàâèëî [7], îêðèñòàëëèçîâàííûå êîíå÷íûå ïðîäóêòû, à â ïîñòåïåííîì ðåæèìå àìîðôíûå. Ïåðåõîäÿ ê îáñóæäåíèþ, åùå ðàç êîñíåìñÿ âëèÿíèÿ ñàìîôóòåðîâêè íà ïðîòåêàíèå ìåõàíîõèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ. Ïîëó÷åííûå äàííûå îäíîçíà÷íî ïîäòâåðæäàþò, ÷òî ñàìîôóòåðîâêà ìåëþùèõ òåë ïðåïÿòñòâóåò èõ àáðàçèâíîìó èçíîñó è, êàê ñëåäñòâèå, âîññòàíîâèòåëüíîé ðåàêöèè òåíîðèòà ñ ìàòåðèàëîì ìåëþùèõ òåë â ïðîöåññå ÌÀ. Ïîëíîå îòñóòñòâèå ñàìîôóòåðîâêè ìåëþùèõ òåë â ñèñòåìå ñ ãàëåíèòîì, íàïðîòèâ, ïðèâîäèò ê áûñòðîìó âñêðûòèþ ãàëåíèòà ñòàëüíûì ìàòåðèàëîì ìåëþùèõ òåë. Áåç ïðîâåäåíèÿ êîìïëåêñíîãî èçó÷åíèÿ ÌÀ ïðèðîäíîãî êâàðöà â ïëàíåòàðíîé ìåëüíèöå ñî ñòàëüíîé ôóðíèòóðîé [14] îäíîçíà÷íî îáúÿñíèòü èñ÷åçíîâåíèå ðåôëåêñîâ îêñèäîâ (ñóëüôèäîâ) æåëåçà ïîñëå âîññòàíîâèòåëüíîãî âñêðûòèÿ òåíîðèòà (ãàëåíèòà) áûëî áû çàòðóäíèòåëüíî. Îäíàêî íà îñíîâàíèè ðåçóëüòîâ äàííîé ðàáîòû ìîæíî óòâåðæäàòü, ÷òî ïîâåðõíîñòü ÷àñòèö êâàðöà ìîæåò áûòü ìîäèôèöèðîâàíà íå òîëüêî â ðåçóëüòàòå îáðàçîâàíèÿ àìîðôíûõ ñèëèêàòîâ æåëåçà (÷òî èìååò ìåñòî ïîñëå îòæèãà ÌÀ-îáðàçöîâ òåíîðèòà), íî è ñóëüôèäîâ æåëåçà ïîñëå ÌÀ ãàëåíèòà ñîâìåñòíî ñ àìîðôíûìè ÷àñòèöàìè êâàðöà.  ñëó÷àå ñ ãàëåíèòîì íàíîðàçìåðíûé ïîâåðõíîñòíûé ñëîé íà ÷àñòèöàõ êâàðöà ïî ñîñòàâó, ïî-âèäèìîìó, ñîîòâåòñòâóåò íåêîòîðîìó àìîðôíîìó ñîåäèíåíèþ â ñèñòåìå FexSySiO2. Åùå áîëåå ñëîæíîå âåùåñòâî, îáðàçóþùååñÿ ïîñëå ÌÀ òåíîðèòà è ñîäåðæàùåå íàíîðàçìåðíûå ÷àñòèöû àáðàçèâíîãî èçíîñà ñòàëüíîé ôóðíèòóðû ìåëüíèöû (ñì. ðèñ. 2, êðèâàÿ 2), ïî-âèäèìîìó, ñîîòâåòñòâóåò àìîðôíîìó ïðîäóêòó, êîòîðûé ïîëó÷àåòñÿ íà ïîâåðõíîñòè êâàðöà â ñèñòåìå CuxFeyOzSiO2. Ñëåäóþùèé àñïåêò ñâÿçàí ñ ðàçìåðíûìè ýôôåêòàìè. Ïðè òðàäèöèîííîì ñïîñîáå ìåõàíîõèìè÷åñêîãî âîññòàíîâëåíèÿ, íàïðèìåð, ÀÁÐÀÇÈÂÍÎ-ÐÅÀÊÖÈÎÍÍÎÅ ÂÇÀÈÌÎÄÅÉÑÒÂÈÅ ÌÈÍÅÐÀËÎÂ Ñ ÌÀÒÅÐÈÀËÎÌ ÌÅËÞÙÈÕ ÒÅË ñóëüôèäîâ ìåäè [12] ñ ïðèìåíåíèåì ìåòàëëè÷åñêèõ ïîðîøêîâ æåëåçà ñ èñõîäíûìè ðàçìåðàìè ÷àñòèö ~50 ìêì, ïðîäîëæèòåëüíîñòü ÌÀ ñîñòàâëÿåò äåñÿòêè ÷àñîâ.  ïðåäëàãàåìîì íàìè íîâîì àáðàçèâíî-âîññòàíîâèòåëüíîì ñïîñîáå âñêðûòèÿ, íàïðèìåð ãàëåíèòà, ðàçìåð èñõîäíûõ ÷àñòèö àáðàçèâíîãî èçíîñà æåëåçà ñîñòàâëÿåò îêîëî 10 íì, ò. å. íà ïîðÿäêè ìåíüøå, ÷åì ïðè òðàäèöèîííîì ñïîñîáå ïðîâåäåíèÿ îáìåííîé ìåõàíîõèìè÷åñêîé ðåàêöèè. Ïîýòîìó ñêîðîñòü ïðîâåäåíèÿ ðåàêöèè âñêðûòèÿ ïî àáðàçèâíî-ðåàêöèîííîìó ìåòîäó ñ ó÷àñòèåì ìàòåðèàëà ñòàëüíûõ ìåëþùèõ òåë âûøå è, êàê ñëåäñòâèå, âðåìÿ ÌÀ âñêðûòèÿ ìèíåðàëîâ óìåíüøàåòñÿ íà 12 ïîðÿäêà. Ñ èñïîëüçîâàíèåì äàííûõ ÐÔÀ èçâåñòíûì ìåòîäîì [2, 4, 11, 12] ïðîâåäåí ðàñ÷åò ðàçìåðîâ êðèñòàëëè÷åñêèõ áëîêîâ â ñòðóêòóðå ïîëó÷åííûõ ìåòàëëè÷åñêèõ ÷àñòèö â ïðîöåññå ÌÀ ñèñòåìû ñ ãàëåíèòîì. Ïàðàìåòðû òîíêîé êðèñòàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðû ðàññ÷èòûâàëè èñõîäÿ èç ïîëóøèðèíû ïðîôèëÿ èíòåíñèâíîñòè äèôðàêöèîííûõ ïèêîâ (ñì. ðèñ. 1, êðèâûå 2 è 3) äëÿ çíà÷åíèé âðåìåíè ÌÀ 1, 3.5 è 2 ÷ (ñïåêòð ÐÔÀ ïîñëåäíåãî íå ïðåäñòàâëåí). Äëÿ îïðåäåëåíèÿ èíñòðóìåíòàëüíîãî óøèðåíèÿ ëèíèé èñïîëüçîâàëñÿ ïðîôèëü ñîîòâåòñòâóþùèõ ðåôëåêñîâ ïîñëå îòæèãà ýòèõ îáðàçöîâ. Ïîëó÷åííûå ðàçìåðû áëîêîâ ñâèíöà â çàâèñèìîñòè îò âðåìåíè ÌÀ ñîñòàâèëè 83 (1 ÷), 61 (2 ÷) è 46 íì (3.5 ÷). Ñîîòâåòñòâóþùèå äàííûå äëÿ ÷àñòèö èçíîñà æåëåçà 24, 19 è 12 íì. Ïðîâåäåíû òàêæå ðàñ÷åòû êðèñòàëëè÷åñêèõ áëîêîâ è âåëè÷èíû èñêàæåíèé â ñòðóêòóðå ïîëó÷åííîãî ïèðèòíîãî êîìïîçèòà (ñì. ðèñ. 3, á). Ïàðàìåòðû òîíêîé êðèñòàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðû ðàññ÷èòûâàëè èñõîäÿ èç ïîëóøèðèíû ïðîôèëÿ èíòåíñèâíîñòè äèôðàêöèîííûõ ïèêîâ (220) è (440), ïðèíÿòûõ äëÿ ïèðèòà [4]. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ èíñòðóìåíòàëüíîãî óøèðåíèÿ èñïîëüçîâàëñÿ ïðîôèëü ëèíèé êðèñòàëëè÷åñêîãî ïèðèòà. Ïîëó÷åííûé ðàçìåð áëîêîâ â ïèðèòå ñîñòàâèë ~24 íì (äëÿ ÷àñòèö æåëåçà îêîëî 10 íì), âåëè÷èíà èñêàæåíèé ïðèìåðíî 1 %. 459 Àíàëîãè÷íûå ðåçóëüòàòû ïîëó÷åíû è â [11], íî òàì ìåõàíè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ñìåñè ïîðîøêîâ Fe + 2S äëèëàñü áîëåå 110 ÷. ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅ Òàêèì îáðàçîì, â ïðîöåññå ÌÀ ïðèðîäíûõ (òåíîðèò è ãàëåíèò) è òåõíîãåííûõ (ñåðà) ìèíåðàëîâ â ñìåñè ñ àáðàçèâîì (àìîðôíûé êâàðö) â ìåëüíèöå ÀÃÎ-2 ñî ñòàëüíîé ôóðíèòóðîé ïîëó÷åíû ìåòàëë-îêñèäíî-ñóëüôèäíûå íàíîêîìïîçèòíûå ïîðîøêè íà îñíîâå êâàðöåâîé ìàòðèöû çà âðåìÿ, íà 12 ïîðÿäêà ìåíüøåå, ÷åì ïðè òðàäèöèîííîì ìåõàíè÷åñêîì ñïëàâëåíèè èñõîäíûõ ïîðîøêîâ æåëåçà è ñîîòâåòñòâóþùèõ âåùåñòâ. Îòìåòèì òàêæå, ÷òî â êà÷åñòâå íàïîëíèòåëÿ (ìåëþùèõ òåë) ìîæíî èñïîëüçîâàòü ëîì ëþáûõ äðóãèõ ìåòàëëîâ ñ ïîëó÷åíèåì íàíîêîìïîçèòîâ íà îñíîâå èõ îêñèäîâ è/èëè ñóëüôèäîâ. Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ïîääåðæêå ÐÔÔÈ (ãðàíòû ¹ 020332109 è 030332271), Èíòåãðàöèîííûõ ãðàíòîâ ÑÎ ÐÀÍ, ïðîãðàììû Óíèâåðñèòåòû Ðîññèè (ïðîåêò UR.06.01.001). ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ 1 K. A. Natarajan, Int. J. Mineral Proc., 46, 34 (1996) 205. 2 C. Suryan arayan a, Progr. Mater. Sci., 46, 12 (2001) 1. 3 Ã. Í. Êîíûãèí, N. tevulová, Ã. À. Äîðîôååâ è äð., Õèìèÿ â èíòåðåñàõ óñòîé÷èâîãî ðàçâèòèÿ, 10, 12 (2002) 119. 4 Â. Ã. Êóëåáàêèí, Â. È. Òåðåõîâà, Â. È. Ìîë÷àíîâ è äð., Àêòèâàöèÿ âñêðûòèÿ ìèíåðàëüíîãî ñûðüÿ, Íàóêà, Íîâîñèáèðñê, 1999, 264 ñ. 5 P. Balaz, Extractive Metallurgy of Activated Minerals, Elsevier Sci., Amsterdam, 2000, 290 p. 6 Ô. Õ. Óðàêàåâ, Â. Ñ. Øåâ÷åíêî, À. Ï. ×óïàõèí è äð., ÔÒÏÐÏÈ, 6 (2001) 78. 7 Ô. Õ. Óðàêàåâ, Â. Ñ. Øåâ÷åíêî, Â. Ä. Íàðòèêîåâ è äð., Õèìèÿ â èíòåðåñàõ óñòîé÷èâîãî ðàçâèòèÿ, 10, 3 (2002) 365. 8 N. J. Welham, Miner. Eng., 14, 3 (2001) 341. 9 J. Ficeriova, P. Balaz, E. Boldizarova et al., Hydrometallurgy, 67, 13 (2002) 37. 10 A. Bakhshai, R. Pragani, L. Takacs, Metall. Mater. Trans. A., 33, 11 (2002) 3521. 11 J. Z. Jiang, R. K. Larsen, R. Lin R. et al., J. Solid State Chem., 138, 1 (1998) 114. 12 P. Balaz, L. Takacs, J. Z. Jiang et al., Kovove Materialy, 40, 4 (2002) 268. 13 Ò. À. Êåòåãåíîâ, Ô. Õ. Óðàêàåâ, Í. Í. Ìîôà è äð., Äîêë. ÍÀÍ ÐÊ, 2 (2003) 66. 14 Ô. Õ. Óðàêàåâ, Ë. Òàêà÷, Â. Ñîéêà è äð., ÆÔÕ, 75, 12 (2001) 2174.
