CC BY
33
Рис. 1. Атомное строение т СЖМИНАР 23 приповерхностных слоев (в
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001" Рис. 2. Модель "магма-пла
" частицы о твер
/К-тура; 3 - плазма; 4
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 фе
ердого тела и химическое строение его верху)
мы", объясняющая процессы при уда-дую поверхность: 1 - экзоэмиссия; 2 - неис-разупорядоченная структура
В
© О.В. Шестаков, 2001
УДК 622.765
О.В. Шестаков
АКТИВАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ КВАРЦЕВЫХ ЗЕРЕН ПРИ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
подчиняются. Их состав от опыта к опыту варьирует в некоторых пределах. Вследствие этого их называют нестехиометрическими соединениями, считая в то же время, что они являются индивидуальными химическими веществами переменного состава.
Такие вещества, конечно, нельзя изучать теми же методами, что и вещества постоянного состава, руководствуясь известными правилами стехиометрии. Вот почему твердые вещества стали предметом преимущественно физического и физико-химического изучения, которое проводят физика и химия твердого тела. Причем уже давно стало ясно, что вещества, принимаемые за нестехиометрические соединения, представляют собой изоморфные смеси, твердые растворы, т.е. не химические соединения, а физико-химичес-кие системы. Отсюда понятно, почему их состав зависит от условий образования и существования. Но если существуют твердые растворы, должны существовать и индивидуальные твердые вещества- компоненты этих растворов.
Вещество представляет собой иерархическую, многоуровневую динамическую систему взаимодействующих структурных единиц, от уровня к уровню укрупняющихся из-за включения структурных единиц нижних уровней в составе структурных единиц верхних уровней, от почти немыслимо
настоящее время для обогащения кварцевых стекольных песков применяется совокупность процессов и методов переработки с целью получения песков с минимальным содержанием сопутствующих минеральных примесей-Fe, Мп, М^ Си, А1, №, Т^ а также имеющихся на поверхности зерна пленок. Эти процессы и методы (так же технологии) практически одинаковы на предприятиях, перерабатывающих данное сырье. Немаловажную роль в процессе обогащения данного сырья играет механическое воздействие на зерно кварца, однако этому процессу сегодня уделяется очень мало внимания. Область, которая изучает химические, физикохимические и физические аспекты процессов деформирования и разрушения твердых тел называют механохимией (или трибохимией).
В целом, химия изучает вещество, организованное на трех структурных уровнях: молекулярном, макромолекулярном и надмолекулярном. Ее основным общепризнанным законом является закон постоянства состава индивидуальных химических соединений. Но странное дело- опыт не оставляет сомнения в том, что этому закону подчиняются только низкомолекулярные соединения. Надмолекулярные же, твердые соединения, как правило, ему не
скопических размеров. Теория надмолекул и их разрушение в процессе обогащения полезного ископаемого имеют очень большие перспективы развития.
Надмолекула в общем случае может быть построена либо из атомов, молекул, макромолекул и надмолекул низших рангов, либо из их остатков, радикалов, ионов. Это могут быть твердые тела или сверхмногоатомные ассоциации, включающие в себя макромолекулы и даже надмолекулы, связанные в одно целое силами межмо-лекулярного взаимодействия. От молекул и макромолекул надмоле-кулы отличаются такой высокой степенью многоатомности, при которой образуется поверхность, отделяющая их от среды, и возникает отдельная фаза. Согласно ос-товной гипотезе в химическом строении твердого тела, т.е. над-молекулы, можно различить остов- сверхмногоатомный радикал, состоящий из структурных единиц Ш, соединенных в одно целое ковалентными связями, и облекающие его функциональные группы А1, А2, А3 ..., образующие поверхность S данного твердого тела (рис. 1). Как отмечается, в твердых телах существует очень большой набор типов связей, который включает металлический, ковалентный и ионный типы связей, но все таки "ковалентный" подход-наиболее общий.
малых (порядка 10" см) до макро-
Частицы кварцевого песка, встречающегося в природе, характеризуются определенной степенью разупорядоченности поверхности и внутренних областей кристаллической решетки. В условиях
механической обработки степень неупорядоченности может быть резко увеличена. Нарушение первичной структуры (размеров первичных кристаллитов и аморфных областей), а также вторичной структуры (изменение размера частиц, удельной площади поверхности, формы зерен) зависит от таких условий механической обработки, как конкретный способ обработки, интенсивность, продолжительность механического воздействия. Решающее значение при этом имеют различные механизмы создания напряжений, возникающих или иных измельчающих устройствах (трибореакторах).
Существуют два типа триборе-акторов, работающие по разным принципам воздействия на части-
в тех
цы кварцевого песка: 1 - аппараты, работающие по принципу двойного удара (шаровая мельница, вибрационная мельница), 2 -аппараты ударного действия (ударно-дисковая мельница, дезинтегратор, струйная мельница).
В момент удара частицы, летящей с большой скоростью, о поверхность твердого тела в области контакта в зоне субмикроскопиче-ской деформации происходит ква-зиадиабатическое аккумулирование энергии и появляются т.н. "сгустки энергии". Образуются на очень короткое время высшие возбужденные состояния, значительно ослабляется решетка, возникают разрушения структуры, связанные с выбросом из нее атомов и электронов, а также с возбуждением фотонов. Эти аспекты систематизированы в феноменологической модели "магма-плазмы", которая схематически представлена на рис. 2.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Хайнике Г. Трибохимия: Пер. с англ.- М.: Мир, 1987.
2. Бутягин П.Ю. Разупорядочение структуры и механо-химические реакции в твердых телах.- Успехи химии, 1984, т.53, № 11.
3. Болдырев В.В. Экспериментальные методы в механохимии неорганических веществ. - Новосибирск: Наука, 1983.
4. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов.- Новосибирск: Наука, 1986.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ =
________________________________________________________________________________т
ш
Шестаков Олег Васильевич — аспирант, кафедра «Обогащение полезных ископаемых», Московский государственный горный университет.
