Изучение абразивно-реакционного взаимодействия минералов

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. ÑÀÂÈÍÖÅÂ
Îáúåäèíåííûé èíñòèòóò ãåîëîãèè, ãåîôèçèêè è ìèíåðàëîãèè èì. À. À. Òðîôèìóêà
Ñèáèðñêîãî îòäåëåíèÿ ÐÀÍ, ïðîñïåêò Àêàäåìèêà Êîïòþãà, 3, Íîâîñèáèðñê 630090 (Ðîññèÿ)
E-mail: [email protected]
(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, [1–3]), 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 [4–12].  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, 2–6 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. ÓÐÀÊÀÅÂ 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
 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 0.4–2.5 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 (5–15 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 44–45î). 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. ÓÐÀÊÀÅÂ 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 t–P–T
(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]). Â 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 FexSy–SiO2. 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 CuxFeyOz–SiO2.
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
1–2 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 1–2 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 02–03–32109 è 03–03–32271), Èíòåãðàöèîííûõ ãðàíòîâ ÑÎ ÐÀÍ, ïðîãðàììû “Óíèâåðñèòåòû
Ðîññèè” (ïðîåêò UR.06.01.001).
ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ
1 K. A. Natarajan, Int. J. Mineral Proc., 46, 3–4 (1996) 205.
2 C. Suryan arayan a, Progr. Mater. Sci., 46, 1–2 (2001) 1.
3 Ã. Í. Êîíûãèí, N. Števulová, Ã. À. Äîðîôååâ è äð., Õèìèÿ â èíòåðåñàõ óñòîé÷èâîãî ðàçâèòèÿ, 10, 1–2
(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, 1–3 (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.