机械化学热量仪与机械化学能量学研究

摘要

机械化学过程中的能量学研究对机械活化处理矿物、机械合金化以及制备粉体和化合物均具有重要意义。本文对自行研制的搅拌磨机械化学热量仪进行了标定和性能测试，并对黄铁矿以及两种氧化物(氧化锌和氧化铜)的机械活化储能进行了研究。 1.对搅拌磨机械化学热量仪分别进行了电能标定、稳定性测试、不同工作温度和工作介质的空白实验以及可靠性测试，结果表明该热量仪性能稳定，测量结果准确可靠，适宜于机械化学能量学在线测量的研究。机械搅拌释放热能随搅拌速度增大而增大，同一搅拌速度下热能与搅拌时间呈线性关系；搅拌速度越快则施加的热功率越大；相同条件下，干磨体系搅拌所施加的热功率大于湿磨体系；恒温温度的变化对湿磨体系影响较大，对干磨体系影响较小。 2.分别在湿磨和干磨条件下对立方晶系的黄铁矿进行了机械活化储能在线测量，并对活化后的样品进行了激光粒度和X射线衍射分析。结果表明，研磨初期，黄铁矿在干磨条件下储能增加较快，而湿磨条件下储能增加则相对平缓，随着活化时间的增加，两种条件下黄铁矿储能最终趋于一致；黄铁矿分别经湿磨和干磨480min后其活化储能分别为370.0 J·g-1(44.4 kJ·mol-1)和366.9 J·g-1(44.0 kJ·mol-1)。活化后颗粒表面能的增加不是影响机械活化黄铁矿储能的主要因素。 3.分别对六方晶系的氧化锌和单斜晶系的氧化铜进行了机械活化储能在线测量，并对活化后的样品进行了激光粒度和X射线衍射分析。结果表明，实验条件下，氧化锌经机械活化480min后其储能为384.2 J·g-1(31.3 kJ·mol-1)；氧化铜经机械活化480min后其储能为686.9 J·g-1(54.6 kJ·mol-1)。机械活化后两种氧化物增加的表面能不是影响其活化储能的主要因素。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1机械化学的原理及其特点

1.1.1机械化学的原理

1.1.2机械化学的特点

1.2机械化学常用设备

1.3机械化学产生的效应

1.3.1改变物质的晶型

1.3.2改变物质的性质

1.3.3改变化学反应机理并诱发机械化学反应

1.3.4改变物质溶解浸出的性质

1.4机械化学过程中能量学的研究

1.4.1机械能转化的理论研究

1.4.2机械化学过程中直接的能量学研究

1.4.3机械化学过程中间接的能量学研究

1.5本课题的提出和研究内容

第二章搅拌磨机械化学热量仪的标定与性能测试

2.1机械化学热量仪的结构和工作原理

2.1.1仪器的结构

2.1.2仪器的工作原理

2.2热量仪的性能测试

2.2.1恒温槽指示温度与实际温度的关系

2.2.2恒温槽温度的稳定性测试

2.3热量常数的标定

2.4空白实验

2.4.1湿磨体系

2.4.2干磨体系

2.5仪器可靠性测试

2.6 小结

第三章黄铁矿的机械活化储能研究

3.1原料及实验

3.1.1实验原料及分析仪器

3.1.2实验方法

3.2活化黄铁矿的结构性质变化

3.3活化黄铁矿的粒度变化

3.4活化过程中黄铁矿的储能

3.4.1湿磨条件下黄铁矿的储能

3.4.2干磨条件下黄铁矿的储能

3.5小结

第四章氧化锌及氧化铜的机械活化储能研究

4.1原料及实验

4.1.1实验原料及仪器

4.1.2实验方法

4.2氧化锌的机械活化储能研究

4.2.1活化氧化锌的结构性质变化

4.2.2活化氧化锌的粒度变化

4.2.3活化过程中氧化锌的储能

4.3氧化铜的机械活化储能研究

4.3.1活化氧化铜的结构性质变化

4.3.2活化氧化铜的粒度变化

4.3.3活化过程中氧化铜的储能

4.4小结

第五章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果