プラネタリーボールミルによる機械的活性化は、赤泥をエネルギーの高い衝撃にさらすことによって機能し、材料の物理的および化学的状態を根本的に変化させます。このプロセスは、粒子のサイズを粉砕して利用可能な表面積を大幅に増加させると同時に、構造格子歪みを誘発します。これらの変化により、赤泥は「プライミング」され、その後の炭酸塩浸出プロセスに対する受容性が大幅に向上します。
反応に必要な化学的エネルギー障壁を下げることにより、機械的活性化は抽出の触媒として機能します。この物理的前処理は、試薬の浸透と反応性を高め、スカンジウムの浸出率を22.9%から30.9%以上に直接向上させます。
物理的変化のメカニズム
高エネルギー衝撃の生成
プラネタリーボールミルは単に材料を混合するだけではありません。それは強烈な運動エネルギーを生成します。
ミル内部では、粉砕メディアの衝突が赤泥粒子に対して高エネルギー衝撃を生成します。これが、その後のすべての活性化を駆動する基本的なステップです。
反応性表面積の増加
これらの衝撃の直接的な結果は、赤泥粒子の物理的な粉砕（サイズ縮小）です。
材料を粉砕することにより、ミルははるかに大きな総表面積を露出させます。これにより、浸出段階での化学試薬に利用可能な接触界面が最大化されます。
構造的および熱力学的効果
格子歪みの誘発
単純なサイズ縮小を超えて、機械的な力は赤泥鉱物の内部結晶構造を破壊します。
格子歪みとして知られるこの現象は、鉱物構造に応力と欠陥を導入します。これらの構造的不完全性により、鉱物は不安定になり、化学的に反応しやすくなります。
活性化エネルギーの低下
表面積の増加と格子歪みの組み合わせは、浸出プロセスの熱力学を変化させます。
この機械的活性化は、化学的エネルギー障壁を大幅に低下させます。その結果、反応は進行するために必要な化学エネルギーが少なくなり、目的の金属の抽出が容易になります。
浸出性能への影響
試薬浸透の強化
物理構造が破壊され、表面積が最大化されるため、浸出剤は材料により深く浸透できます。
機械的前処理により、炭酸塩溶液は、活性化されていない状態よりも効果的に赤泥粒子に浸透することが保証されます。
定量化可能な効率向上
この活性化の実用的な結果は、収率の測定可能な向上です。
この前処理がない場合、スカンジウムの浸出率は約22.9%です。プラネタリーボールミルによって提供される機械的活性化により、反応性が向上し、回収率が30.9%以上に押し上げられます。
プロセス限界の理解
回収の範囲
機械的活性化は明確な利点を提供しますが、それは完全な解決策というよりは改善策です。
このプロセスは、回収率を約8パーセントポイント（22.9%から30.9%）増加させます。これは、機械的活性化がスカンジウムの特定の部分を効果的に解き放つ一方で、この高エネルギー処理後でさえ、目的物質の大部分が赤泥残渣内に結合したままであることを示しています。
プロセスへの価値評価
プラネタリーボールミルの統合が回収回路にとって適切なステップであるかどうかを判断するには、特定の制約を考慮してください。
- 主な焦点が反応速度の最大化である場合：機械的活性化は、化学的エネルギー障壁を低下させ、浸出反応をより容易に進行させるため、不可欠です。
- 主な焦点が収率の最適化である場合：ボールミルは、赤泥を物理的に改質して、さらに約8%の回収可能なスカンジウムを解き放つため、重要な追加要素です。
機械的活性化は、赤泥を受動的な材料から反応性の原料に変換し、物理エネルギーを直接、改善された化学抽出に変換します。
概要表：
| メカニズムの特徴 | 物理的/化学的影響 | スカンジウム回収への影響 |
|---|---|---|
| 高エネルギー衝撃 | 粒子サイズ縮小（粉砕） | 反応性表面積を大幅に増加させる |
| 格子歪み | 構造欠陥と内部応力 | 浸出のための化学的エネルギー障壁を下げる |
| 試薬浸透 | 破壊された鉱物構造 | 炭酸塩溶液のより深いアクセスを促進する |
| 効率向上 | 反応速度の向上 | 浸出率を約8%向上させる |
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参考文献
- Xiaofei Li, Song Wang. Summary of Research Progress on Metallurgical Utilization Technology of Red Mud. DOI: 10.3390/min13060737
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Solution ナレッジベース .
