机械化学在资源和材料化工及环保中的应用分析

费娟娟

摘要：随着科学技术的不断发展创新，越来越多的新兴技术出现在人们的视野当中，机械化学技术就是一门新兴的高新技术科目。机械化学，顾名思义就是一门将化学工艺与机械工艺相结合的交叉学科，通过机械加工和化学反应，利用剪切、磨擦、挤压等一系列物理作用，对凝聚态物质施加机械能，使物理化学性质发生变化，进而产生化学反应。这门重要的科技手段如果能够充分应用到社会建设当中，将会起到事半功倍的效果，因此广泛受到世界各国的重视。本文通过对机械化学的研究方法和其典型反应进行深入分析，进而探讨机械化学在资源和材料化工及环境保护方向的应用方法。

关键词：机械化学;资源和材料化工;环保

随着机械化学在冶金和化工方面的研究取得了不俗的成果，其在高新技术领域的应用也引起了更多关注。随着经济的高速发展，更多的资源及环保问题不断涌现，在对资源和材料化工方面的处理方式上，研究人员将目光锁定在机械化学的应用上。机械化学在资源开发和环境保护方面的应用前景确实十分广阔，利用机械化学方法来处理污染物以及修复环境，既能节约人力物力成本，同时还能做到破坏污染物的分子组成，形成无害化处理，机械化学在资源和材料化工及环境保护领域的应用正逐步被人们接受和关注，如何更好的利用机械化学技术实现大规模的应用也成为各国研究人员着力思考的问题。

1.机械化学概念

机械化学的概念形成于本世紀初，科研人员发现通过机械力的不同作用方式，如剪切、摩擦、碰撞、挤压等物理作用，能够使收到机械力的物体发生物理及化学性质的变化，从而诱发化学反应，使物体本身的分子活性出现活跃或者抑制的现象。应用最多的机械化学反应手段为超细磨方式，利用超细磨方式对固体或者液体发生作用，可以获得超越常规方法的作用效果。很多难以通过常规手段获得的性质稳定的物质，利用机械化学方法则非常容易生成，这一发现大大提升了各领域的技术发展进程，是全人类的一大进步，具有非常重要的历史意义。

但是目前在对机械化学的研究中，还无法详尽的对机械能的作用及消耗原理做出理论性的解释，对反应后产生的化学变化现象也无法做到百分百的控制，以及关于机械力作用到出现化学分子性质变化的临界条件也无法清晰明确。但是通过对机械化学反应的研究和观察，目前对于超细磨过程中出现的机械化学反应可以确定的是：（1）反应形成条件要剧本表面和体相缺陷;（2）表面结构状态及化学成分出现性质变化;（3）能够形成等离子体;（4）化学分子键断裂，出现不饱和键，形成能量波动;（5）晶体性质出现转变;（6）明显出现纳米复合层或者非晶态表面状态。在机械力作用下产生的化学形态变化与常见的热化学反应变化形态有所不同，是热化学状态下无法产生的性质变化。除此之外，机械化学作用过程中，能量在时间和空间上引发的变化也具有不规则性，在结构裂解的同时，常常伴有光子及电子的同时变化，这在热化学反应过程中都难以实现。故而机械化学反应与常规的热化学反应是具有极大区别的两种反应模式，通过不同的研究手段，可以更加深入的明晰机械化学反应的独特性质。

2.机械化学研究方向

2.1对于晶体结构的研究

在超细磨的机械作用下，物质的微观分子结构收到力的作用会出现多种形态转变，例如发生晶型转变、晶格变形、非晶化等现象，对化学反应速度产生影响。想要观察机械作用下，晶体结构出现的变化形式，可以采用X射线衍射、差热分析、热重分析等手段进行深入观察。

2.2对于粒度及表面状态的研究

对于超细磨产品粒度及表面状态的研究方法多采用表面测量、电子显微镜扫描、低能量电子衍射等手段，了解物质表面纳米在超细磨作用下产生的性质变化。了解超细磨作用下的粒度和表面变化特性对于产品的加工方式选择和性能控制都具有非常重要的作用。

2.3对于物质表面化学反应的研究

超细磨作用下产生的高能量外力，使物体间发生力量作用外，同时会伴有热、电、光等物理化学过。利用X射线光电子能谱、俄歇电子能谱、红外光谱、反相气相色谱等先进技术可以更深透的了解超细磨固体表面在发生物理变化同时产生的化学变化过程。

3.机械化学应用方向

3.1对于难冶金属矿的处理利用

在冶金领域的开发应用中，机械化学手段充分展现了它在处理矿石方面的超高能力，对于含有多种矿物质的矿石，在冶金提取金属的过程中必须要不断研磨，便于提取有效矿物资源，获得有价金属。在这个过程中，如何获得那些难以利用处理的矿石资源成为了各界都急需解决的重要问题。故而当机械化学工艺应用在冶金领域后，在难冶金属矿的处理方法有了质的突破，利用超细磨工艺处理南冶矿石，提高了矿物质的提取效率，极高的提升了行业产出能力。

在50年代被首次应用的搅拌球磨技术，通过使用搅拌装置，使矿石资源与设备中装载的硬质球体不断告诉摩擦搅拌，相互作用下达到超细磨的作用，从而实现对矿石资源的获取，利用非常低的能耗实现了超出传统磨矿几倍高的效率。在之后的几十年，很多专家学者使用多种类型难浸矿石试验超细磨浸取和边磨边浸方法，不断分析超细磨工艺中能量的变化消耗过程，分析矿石表面结构在机械化学作用下产生的变化与矿物质提取速率之间的关系，得出结论确定固体表面结构变化是提升矿石浸出率的主要原因，并且利用相同的原理，在其他矿物质的浸出提取工作中都能够实现应用。在超细磨过程中发生的机械化学反应，使矿物质的浮选分离效果显著提升，超细磨技术由于在难冶金属的提炼方面有着非常稳定优秀的表现，对于冶金行业的发展将产生非常重要的推动能力，其在未来有可能成为冶金领域重要的技术手段之一。

3.2冶炼新型合金与功能材料

金属间化合物目前被应用为结构材料，但是其脆性问题始终是影响应用水平的重要问题。而通过机械力合金化工艺通过将粉体长时间在球磨机中物理作用，可以让不同质量的粉体实现固态下的合金化，提升合金化成都，极大的提高了金属件化合物的利用率。高能球磨法这种对于材料的处理手段，被金属材料制造领域广泛应用。

3.3对于污染防治的应用

有毒化合物在自然界的排放将会对环境产生不断的腐蚀消耗，长时间的堆积将对人类生命健康产生威胁。而有毒化合物本身的稳定性极强，可以在土壤及水体中长时间沉积，难以分解，利用化学方法进行处理焚烧的话，还会产生二次污染。用机械化学法处理对有毒化合物进行分解处理，可以有效避免化学反应产生的挥发情况，有毒化合物在高能量机械力的作用下，化合物分子结构受到破坏，使其从废液中快速沉淀，有毒化合物与废液产生分离后沉积下来后，便于收集后再统一进行密闭空间下焚烧处理等措施。利用机械化学手段能够在常温常压状态下合理处置有毒化合物，降低环境污染，极大的起到了环保作用，改善了人类生活环境。

总结

机械化学的应用范围随着对其研究的不断深入将会逐渐扩大，机械化学反应中物质表现出的极高稳定性都印证着它在各行各业中将具有非常优良的性能表现。在未来的科学技术发展研讨的道路上，机械化学的应用必将带来新一轮的技术变革。对于资源加工提取、化工材料性质改变以及环保领域中有毒化合物处理等多方面的应用，都离不开先进的机械化学手段。我们应当保持不断探索的心理状态，对机械化学作用系统深入的持续展开探讨研究，为我国资源开发及环境治理做出更多有益贡献。

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