机械活化因可以通过提供一种灵活的机械力来改变矿物的物化性质,而备受矿冶工作者的关注。相关学者在黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿和辉钼矿等硫化矿机械活化方面进行了大量研究工作,但对于黄铁矿机械化学活化和毒砂机械活化的研究却鲜有报道。 本文以黄铁矿和毒砂纯矿物为实验原料,行星式球磨机作为活化设备,分别进行机械活化,对活化后矿物的物化性质及溶解性分别进行研究,得到以下结论: (1)黄铁矿机械活化实验结果表明,随着磨矿速度的增加,机械活化后黄铁矿晶粒尺寸先显著减小而后略有增大,在磨矿速度400r/min时,得到最佳粒度分布、晶粒尺寸的最小值6.46μm和最大比表面积1.547m2/g;通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)分析发现:随着磨矿速度的增加,黄铁矿的无定形度增加,在580r/min时,无定形度最大,为42.54%;XRD定量分析结果表明,随着磨矿速度的增加,未发生物相转变,晶格畸变从0.059%增加至0.220%,晶粒尺寸从369.5nm减小至150.2nm;在最佳干磨磨矿速度580r/min条件下,黄铁矿中全铁浸出率达到19.04%。 (2)黄铁矿机械化学活化实验结果:XRD分析结果表明,随着磨矿速度的增加,发生了物相转变,有新相硫化亚铁生成;黄铁矿无定形程度增加至78.98%,晶格畸变从0.059%增加至0.190%,晶粒尺寸从369.5nm减小至140.3nm;在最佳磨矿速度580r/min条件下,机械化学活化后黄铁矿中全铁浸出率达到61.36%;其中,新相硫化亚铁的生成和无定化程度的增加是导致黄铁矿中铁浸出率提高的主要原因。 (3)毒砂机械活化实验结果:随着磨矿速度的增加,毒砂晶粒尺寸先显著减小而后略有增大,在磨矿速度300r/min时,得到毒砂颗粒的最佳粒度分布、颗粒尺寸的最小值2.36μm和最大比表面积2.667m2/g;通过SEM对不同磨矿速度下毒砂形貌的观察发现,随着磨矿速度的增加,毒砂表面形成了微纳米颗粒且表面无定形程度显著增加;XRD分析结果表明,随着磨矿速度的增加,没有物相转变发生;但毒砂的无定形度却增加到72%;晶格畸变从0.014%增加至0.097%以及晶粒大小从75.6nm减小至56.0nm;通过拉曼光谱对毒砂的特征峰217.2cm-1和273.7cm-1进行了分析,发现特征峰273.7cm-1的振动受到机械力作用的程度更加明显;硫酸铁酸性浸出试验结果表明,与未活化的毒砂相比,毒砂中砷的浸出率由24.82%增加到40.16%。 (4)毒砂浸出动力学研究表明:未活化毒砂中砷的浸出分为两个阶段,浸出反应活化能分别为44.7和48.8kJ/mol,均受化学反应控制。对活化后毒砂中砷的浸出动力学研究表明:砷的浸出分为两个阶段,第一阶段浸出反应活化能为31.8kJ/mol,为化学反应和扩散混合控制。第二阶段浸出反应活化能为7.6kJ/mol,为边界层扩散控制。机械活化降低了毒砂矿物的活化能,提高了毒砂中砷的浸出率。