摘要
黄铁矿是自然界中最为常见的硫化矿物，且晶体结构和自然金最接近，并具有最小的原子间距差值，致使自然金在黄铁矿表面最容易成核和生长，由此黄铁矿成为主要的载金矿物之一。自然金在黄铁矿中的存在形式多为裂隙金、间隙金、表面吸附金、包裹金和晶格金，极难提取，因此需要对载金硫化矿进行预处理，而机械活化是最常见的预处理方式。由此可见，研究机械活化对载金黄铁矿的晶格转变及溶解机理就显得尤为重要。 为了研究活化后载金黄铁矿的晶格转变及溶解过程，本论文采用行星研磨机(QM3SP)控制球料比20∶1，分别在200 r·min-1和400 r·min-1的转速下对黄铁矿进行活化，活化时间分别为30、60、90、120、240 min。采用激光粒度仪、物理吸附仪研究活化后的黄铁矿的粒度、比表面积、微观形貌变化，借助Benjaminm模型成功导出了固定转速、固定球料比条件下颗粒粒径随时间变化的方程;同时通过扫描电镜分析观察黄铁矿微观形貌变化。利用X射线衍射仪对活化黄铁矿的晶体结构进行测定，借助Jade对测量的数据进行指标化及结构精修，以研究机械活化对黄铁矿晶粒尺寸、点阵常数、微观应变的影响，并推导出三者之间的变化规律;同时通过测定黄铁矿红外特征参数，分析特征谱带，用来研究不同活化程度的黄铁矿在物理性质、物理学参数以及化学结构上的差异;随后对活化后的黄铁矿进行浸出动力学分析，结合电化学分析获取黄铁矿氧化过程中发生的一些物理化学反应信息;最后应用XRD、粒度分析和差热-热重等分析手段对黄铁矿的失活效应进行探索，研究了暴露于空气中室温存放不同时间的黄铁矿的结构与活性变化。主要得出以下结论:研究表明，机械活化使黄铁矿的粒度、比表面积产生了显著的改变。当研磨速度为200 r·min-1时，随着活化时间的延长，黄铁矿粒度分布变化并不明显，并且粒径随活化时间的变化关系服从方程r=16.7/e0.7658ln(1+0.001872t)，比表面积由2.05 m2·g-1逐渐增加至3.129m2·g-1;当研磨速度为400 r·min-1时，黄铁矿粒度分布变窄，且粒径随活化时间的变化关系服从方程r=16.7/e0.4807ln(1+0.181t)，比表面积由0.25 m2·g-1逐渐增加至6.927 m2·g-1;当颗粒达到一定细度时，范德华力的显著增大足以在相邻质点的接触区引发质点局部塑性变形和相互渗透，使质点间开始附着团聚，最终导致粒径与比表面积不再随活化时间而变化。通过扫面电镜分析可以直观反映黄铁矿在机械活化前后的表面形貌变化与粒度、比表面积变化结果相一致，机械活化后黄铁矿较活化前颗粒更细小、结构更松散，晶体边界逐渐模糊化。 机械活化使黄铁矿晶体结构发生变化，根据XRD结构精修分析结果可知，随活化时间的延长，A系列黄铁矿各晶面的晶面间距均呈现先增大后减小的变化趋势，但是在A-240的各晶面晶面间距仍大于A-30各晶面的晶面间距，这种变化使黄铁矿相应晶面上原子密度也呈现先增大后减小的趋势;而B系列的黄铁矿各晶面的晶面间距则呈现持续增大的趋势，使黄铁矿相应晶面上原子密度持续增大。这是由于在活化过程中黄铁矿晶体受到机械力的作用发生了晶格畸变效应。 黄铁矿作为矿物晶体，经历了数百万年的地质演化，处于低能量的热力学稳定状态。经机械活化后，在机械活化时间、浸出温度都增加的条件下，黄铁矿的浸出率由6.23％提高至20.36％。从动力学结果Arrhenius分析，磨矿时间从30 min增加到240 min活化能即从原来的24.036 kJ·mol-1降至19.164 kJ·mol-1。磨矿速度从原来200 r·min-1增加到400 r·min-1活化能即从原来的29.847 kJ·mol-1降至24.019 kJ·mol-1。400r·min-1转速下的黄铁矿浸出率比200 r·min-1转速下的浸出率要高。浸出率最高为400r·min-1转速，活化时间240 min，浸出温度60℃，浸出率为20.36％。 通过差式扫描量热法(DSC/DTA)研究了暴露于空气中室温存放不同时间的机械活化黄铁矿的结构与活性变化。得出以下结论:经室温存放半年或存放72小时后矿物XRD图谱没有出现宽化，说明在所考察的存放条件下，难以使机械活化硫化矿的晶格畸变发生;机械活化后的黄铁矿失活的时间越久的起始热分解温度就越低。且随着活化后失活时间的增加，黄铁矿的表观热分解活化能增加。这是因为机械活化导致了黄铁矿晶格发生畸变，而黄铁矿内储存能量保留了残存内应力。以能量角度分析，机械活化黄铁矿处于亚稳态，表现出机械活化的黄铁矿容易发生热分解。
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