中国粉体网讯 机械力化学又称机械化学，是一门研究物质在粉磨过程中，在冲击、挤压、剪切、摩擦等机械力的诱发和作用下发生微观晶体结构和物理化学性质变化的新兴交叉学科。
超细碳酸钙
目前，在矿物加工领域，除了制备功能型矿物材料外，机械力化学技术主要用来对天然矿物进行活化及改性处理，即利用天然矿物的机械力化学效应，改变其晶体结构、表面性质和理化特性，使其在资源环境、农林化工、涂料填料等领域发挥更大应用价值。
常规化学改性与机械力化学改性碳酸钙效果对比
1、矿物机械力化学效应
天然矿物在细碎粉磨时，粒度减小、比表面积增大，而且随着大量新鲜表面的持续生成，其表面自由能不断增加，理化反应活性也随之提升。
天然矿物典型的机械力效应主要体现在3个方面：一是物理效应，即颗粒及晶粒细化、表面产生裂纹、比表面积增大、密度变化等；二是结晶性质，包括产生晶格缺陷、晶格形变、结晶度降低、晶体无定形化等；三是化学变化，包括结晶水或结构羟基的脱除、反应活化能的降低，化学键断裂及重排等。
2、机械力化学技术在碳酸钙领域应用
（1）矿物表面改性
机械力化学改性法是指通过粉碎、磨碎、摩擦等强烈的机械力作用下使无机填料表面得到激活，填料颗粒晶格结构发生变化，从而使无机填料与有机基体之间的反应活性得到增强以达到改性的目的。Ilker等人采用油酸钠作为改性剂，使用搅拌球磨机对方解石进行机械化学改性。随着油酸钠用量的增加，粉状方解石的疏水性增强，在油酸钠用量为5.0kg/ton和7.5kg/ton时，活性比分别为99.0%和100.0%。因此，湿搅拌球磨法可使方解石矿物的亲水表面容易有效地转化为疏水表面。
（2）废物污染处理
胡慧敏等开展了湿式球磨搅拌活化碳酸钙（CaCO3）处理低浓度Pb2+、Cu2+、Ni2+重金属废水的研究。采用湿式球磨搅拌活化CaCO3的工艺，不仅实现了CaCO3代替Ca(OH)2摩尔比化学沉淀低浓度重金属的目标，沉淀产物且随金属离子而变化，揭示了不同金属离子间不同的沉淀机理。在最佳实验条件下，重金属去除率可高达99.79%，处理后溶液pH=7.94，剩余溶度为0.12mg/L可直接排放。
王雪等通过筛选酸性土壤调理剂，与铁基材料进行混配，优化砷污染土壤改良修复的工艺参数以获得最佳的修复效果。将活化碳酸钙（CaCO3）与零价铁（ZVI）进行混配，实现一步调酸固砷的高效修复效果。混配比为5:1，即2.5%ZVI+0.5%活化CaCO3，其混施后改良修复效果最佳，在钝化修复50天时钝化率仍高达96.05%，且土壤pH稳定控制在合理区间内，具备长期改良的稳定态势。作者认为，施用机械力活化后的CaCO3和ZVI混配的钝化剂对土壤的修复可一步达到“调酸固重”的双重效果，不仅有效的调理酸性土壤，且协同处理下显著提高固定砷污染土壤钝化效率。
郭亚宁等利用球磨机进行机械活化改性，成功制备了新型纳米碳酸钙包覆重质碳酸钙的复合碳酸钙。通过分析表明，通过机械活化后复合碳酸钙表面的活性基团增加，粒径减小，比表面积增加并具有介孔结构，有利于重金属离子的吸附。与重质碳酸钙相比，复合碳酸钙的吸附性能明显提高，复合碳酸钙吸附后Cu2+去除率达到98%、吸附量达到65mg/g。
（3）材料性能优化
徐卓群等分别对干法研磨和湿法研磨制备的碳酸钙-纳米TiO2复合光催化剂降解不同浓度甲基橙溶液及其循环利用和可回收性能进行了研究。干法研磨产物循环5次、湿法研磨产物在循环4次后，紫外光照20min，甲基橙降解率在90%以上。与纯TiO2相比，碳酸钙-纳米TiO2复合光催化剂悬浮液离心沉降速度快，具有很好的回收性。研究表明，TiO2颗粒分散性提高及TiO2与碳酸钙界面化学键形成的电子传输通道作用成为导致纳米TiO2的光催化效能提升和在碳酸钙-TiO2中减量的重要机制。
（4）难冶矿物资源选择性提取
邓超群等以氯化铵为浸出剂，球磨机为浸出反应设备，采用密闭机械活化手段进行处理，探究了浸出剂用量、机械搅拌转速、反应时间和液固比等工艺参数对电石渣中Ca浸出率的影响。结果表明，在氯化铵用量为理论用量的1.1倍、球磨机转速500r/min、反应时间10min和液固比4∶1最佳反应条件下，Ca浸出率可达到89.76%，滤液Ca浓度高达79.4g/L。相较于常规浸出，采用密闭机械活化手段可提高Ca浸出率3个百分点，且可大幅度降低氨气挥发，保证良好操作环境。
结语
上述研究表明，利用矿物的机械力化学效应产生的各种变化，可进行材料性能优化、难冶矿物资源选择性提取、矿物表面改性和废物污染处理等。
参考来源：
徐卓群，机械研磨制备碳酸钙-纳米TiO2复合光催化剂及性能研究，中国地质大学（北京）
刘春琦，天然矿物的机械力化学活化改性研究进展，辽宁科技大学
邓超群，密闭机械活化浸出电石渣制备高纯钙溶液，矿冶科技集团有限公司
胡慧敏，湿式球磨搅拌活化碳酸钙处理低浓度重金属废水的研究，武汉理工大学
王雪，机械力活化碳酸钙强化铁基材料修复砷污染土壤研究，武汉轻工业大学
郭亚宁，机械活化重质碳酸钙制备复合碳酸钙及其对溶液中的Cu2+吸附性能，广西大学
张炳震，机械化学法制备碳酸钙基催化剂及其构效关系研究，南昌大学
(中国粉体网编辑整理/昧光)
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