Выбор оптимальных параметров диспергирования минеральных техногенных отходов в шаровой планетарной мельнице

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Приведены результаты исследований по полезному использованию одного из техногенных отходов поликомпонентного минерального состава, который получается при обогащении апатит-нефелиновых руд. Методом высокоэнергетической обработки минеральной смеси в планетарной шаровой мельнице получен тонкодисперсный порошок. При этом изучен процесс диспергирования минеральных компонентов смеси в зависимости от основных параметров процесса: скорости вращения барабана, отношения массы шаров и порошка, продолжительности измельчения. Показано, что в “жестких” условиях измельчения разрушение хрупких частиц минералов сфена и эгирина замедляется благодаря пластичности частиц минералов апатита и нефелина, что снижает эффективность высокоэнергетической обработки, направленной на повышение дисперсности и удельной поверхности частиц измельченного материала. Отмечено, что в процессе диспергирования происходят не только снижение размера минеральных частиц, но и изменение оптических свойств за счет аморфизации их поверхности. Это позволяет использовать механически активированный порошок в качестве прекурсора при получении цветных атмосферостойких пигментных наполнителей для строительных и лакокрасочных материалов взамен дорогостоящих синтетических аналогов.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Л. Г. Герасимова

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение Кольского научного центра Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: l.gerasimova@ksc.ru
Russian Federation, Академгородок, 26а, Апатиты, Мурманская обл., 184209

Ю. В. Кузьмич

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение Кольского научного центра Российской академии наук

Email: l.gerasimova@ksc.ru
Russian Federation, Академгородок, 26а, Апатиты, Мурманская обл., 184209

Е. С. Щукина

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение Кольского научного центра Российской академии наук

Email: l.gerasimova@ksc.ru
Russian Federation, Академгородок, 26а, Апатиты, Мурманская обл., 184209

Н. А. Яковлева

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение Кольского научного центра Российской академии наук

Email: l.gerasimova@ksc.ru
Russian Federation, Академгородок, 26а, Апатиты, Мурманская обл., 184209

References

  1. Gilman J.J. Mechanochemistry // Science. 1996. V. 274. P. 65. https://doi.org/ 10.1126/science.274.5284.65
  2. Boldyrev V.V. Mechanical Activation of Solids and Its Application to Technology // J. Chem. Phys. 1986. V. 83. P. 821–829.
  3. Koch C.C. The Synthesis and Structure of Nanocrystalline Materials Produced by Mechanical Attrition: A Review // Nanostruct. Mater. 1993. V. 2. № 2. P. 109–129. https://doi.org/10.1016/0965-9773(93)90016-5
  4. Davis R.M., McDermott B.T., Koch C.C. Mechanical Alloying of Brittle Materials // Metall. Trans. A. 1988. V. 19. P. 2867–2874. https://doi.org/ 10.1007/bf02647712
  5. McDermott B.T., Koch C.C. Preparation of Beta Brass by Mechanical Alloying of Elemental Copper and Zinc // Scr. Metall. 1986. V. 20. № 5. P. 669–672. https://doi.org/ 10.1016/0036-9748(86)90487-4
  6. Sánchez J.L., Navarro E., Rodríguez-Granado F. et al. Multiphase Materials Based on the Fe73.9Si15.5Cu1Nb3B6.6 Alloy Obtained by Dry and Wet High-energy Ball Milling Processes // J. Alloys Compd. 2021. V. 864. Р. 158136. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.158136
  7. Zhang D.L. Processing of Advanced Materials Using High-energy Mechanical Milling // Prog. Mater. Sci. 2004. V. 49. P. 537–560. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(03)00034
  8. Suryanarayana C. Mechanical Alloying and Milling // Prog. Mater. Sci. 2001. V. 46. № 1–2. P. 1–184. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(99)00010-9
  9. Зырянов В.В. Механохимический синтез сложных оксидов // Успехи химии. 2008. Т.77. № 2. С. 107–137. https://doi.org/10.1070/RC2008v077n02ABEH003709
  10. Плешаков Ю.В., Алексеев А.И., Брыляков Ю.Е., Николаев А.И. Технология комплексного обогащения апатито-нефелиновых руд // Обогащение руд. 2004. № 2. С. 15–17.
  11. Брыляков Ю.Е. Перспективы комплексного использования апатито-нефелиновых руд Хибинских месторождений // Обогащение руд. 2005. № 3. С. 28–31.
  12. Gerasimova L.G., Maslova M.V., Shchukina E.S. Synthesis of Sorption Materials from Low Grade Titanium Raw Materials // Materials. 2022. V. 15(5). P. 1922. https://doi.org/10.3390/ma15051922
  13. Кривуля С.В., Соловьев В.О., Терещенко В.А., Фык И.М., Щербина В.Г. Справочник по геологии. Харьков: Колорит, 2013. 328 с.
  14. Gerasimova. L.G., Shchukina E.S., Kiselev Yu.G. Preparation of Functional Materials from Raw Materials with a Low Amount of Titanium // Theor. Found. Chem. Eng. 2022. V. 56. № 5. Р. 908–914. https://doi.org/ 10.1134/S0040579522310025
  15. Герасимова Л.Г., Скороходова О.Н. Наполнители для лакокрасочной промышленности. М.: ЛКМ-пресс, 2011. 237 с.
  16. Дорофеев Г.А., Стрелецкий А.Н., Повстугар И.В., Протасов А.В., Елсуков Е.П. Определение размеров наночастиц методами рентгеновской дифракции // Коллоидный журн.. 2012. Т. 74. № 6. С. 710–720.
  17. Gerasimova L.G., Kuzmich Yu.V., Yakovleva N.A., Shchukina E.S. Grinding the Components of a Mineral Mixture in a High-energy Planetary Ball Mill // VI Int. Conf. “Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies”. Novosibirsk. 2022. P. 175.
  18. Гусев А.И., Курлов А.С. Аттестация нанокристаллических материалов по размеру частиц (зерен) // Металлофизика и новейшие технологии. 2008. Т. 30. № 5. С. 679–694.
  19. Williamson G.K., Hall W.H. X-ray Line Broadening from Filed Aluminium and Wolfram // Acta Metall. 1953. V. 1. № 1. P. 22–31.
  20. Герасимова Л.Г., Щукина Е.С., Кузьмич Ю.В. Способ переработки пенного продукта апатито-нефелиновой флотации. Пат. РФ № 2809816. ФИЦ КНЦ РАН. №2023111036/05; заявл. 27.04.2023, опубл. 19.12.2023, Бюл. № 35.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Technogenic waste - mineral mixture.

Download (230KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Fritsch GmbH Pulverisette-7 planetary ball mill.

Download (171KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Histogram of particle size distribution.

Download (77KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Characterisation of the initial mineral mixture: a - diffractogram (■ - sphene, + - aegirine, ● - nepheline, ▲ - apatite); b - SEM image of particles.

Download (161KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Diffractograms of grinding products obtained at different rotational speeds: 1 - 300, 2 - 500, 3 - 700 rpm; mass ratio W : P = 10 : 1, grinding time - 60 min (■ - sphene, + - aegirine, ● - nepheline, ▲ - apatite).

Download (108KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Diffractograms of the grinding products obtained at different mass ratios W : P: 1 - 5 : 1, 2 - 10 : 1, 3 - 15 : 1; grinding time - 90 min, rotation speed - 700 rpm (■ - sphene, + - aegirine, ● - nepheline, ▲ - apatite).

Download (102KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Variation of the specific surface of the ground product depending on the mass ratio W : P: 1 - 5 : 1, 2 - 10 : 1, 3 - 15 : 1, 4 - 20 : 1, as well as processing time; drum rotation speed - 300 rpm.

Download (77KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Variation of specific surface of the ground product as a function of mass ratio W : P and processing time, drum rotation speed - 700 rpm; 1-4 - see subp. to Fig. 7.

Download (78KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Variation of the specific surface area of the pulverised mixture at a rotation speed of 300 rpm as a function of the W : P ratio and pulverisation time.

Download (421KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Variation of the specific surface of the pulverised mixture at a rotational speed of 700 rpm as a function of the W : P ratio and pulverisation time.

Download (416KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. SEM image of the sample milled at a rotational speed of 300 rpm; W : P ratio = 5 : 1, milling time - 60 min.

Download (244KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. SEM image of the sample milled at a rotational speed of 700 rpm; W : P ratio = 5 : 1, milling time - 60 min.

Download (273KB)
Indexing metadata
14. Fig. 13. Estimation of the crystallite size of the original sphene by the extrapolation equation based on the dependence of the reduced broadening β* (2θ) of the reflections on the magnitude of the scattering vector.

Download (89KB)
Indexing metadata
15. Fig. 14. Dependences of crystallite size (CSD) of sphene on duration of grinding at mass ratio W : P = 20 : 1 and rotation speed: 1 - 300, 2 - 500, 3 - 700 rpm.

Download (83KB)
Indexing metadata
16. Fig. 15. Colour of pigment fillers obtained from crushed mineral mixture: a - initial, b - with Cr2O3 addition, c - with Fe2O3 addition (consumption of colour modifiers - 5 wt. %).

Download (76KB)
Indexing metadata
17. Fig. 16. View of façade paint on a concrete surface.

Download (29KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».