被粉碎物料在粉碎過(guò)程中發(fā)生的各種變化，相對(duì)于較粗的粉碎過(guò)程來(lái)說(shuō)微不足道，但對(duì)于超細(xì)粉碎過(guò)程來(lái)說(shuō)，由于粉碎強(qiáng)度大、粉碎時(shí)間長(zhǎng)、物料性質(zhì)變化大等原因，就顯得很重要。這種因機(jī)械超細(xì)粉碎作用導(dǎo)致的被粉碎物料晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的變化稱(chēng)為粉碎過(guò)程機(jī)械化學(xué)效應(yīng)。

 

1、粒度的變化

經(jīng)超細(xì)粉碎后，粉體材料最明顯的變化就是粒度變細(xì)。按照粒度的不同，超細(xì)粉體通常分為：微米級(jí)（粒徑1～30μm）、亞微米級(jí)（粒徑1～0.1μm）和納米級(jí)（粒徑0.001～0.1μm）。

 

2、晶體結(jié)構(gòu)的變化

在超細(xì)粉碎過(guò)程中，由于強(qiáng)烈和持久機(jī)械力的作用，粉體物料不同程度地發(fā)生晶格畸變，晶粒尺寸變小、結(jié)構(gòu)無(wú)序化、表面形成無(wú)定形或非晶態(tài)物質(zhì)，甚至發(fā)生多晶轉(zhuǎn)換。這些變化可用X衍射、紅外光譜、核磁共振、電子順磁共振以及差熱儀等進(jìn)行檢測(cè)。

 

例如：

 

（1）石英

石英是晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成最簡(jiǎn)單的硅酸鹽礦物之一。也是較早認(rèn)識(shí)到機(jī)械能誘發(fā)結(jié)構(gòu)變化和較全面研究粉碎過(guò)程機(jī)械化學(xué)現(xiàn)象所選擇的礦物材料之一。

研究表明：采用振動(dòng)磨研磨石英，最初階段以晶粒減小為主，但是延長(zhǎng)研磨時(shí)間，當(dāng)粉碎達(dá)到平衡后，主要是伴隨團(tuán)聚和重結(jié)晶的無(wú)定形化。石英表面在粉碎過(guò)程中形成無(wú)定形層后一般在稀堿溶液或水中的溶解度增大。

 

（2）高嶺土

層狀硅酸鹽礦物（高嶺土、云母、滑石、膨潤(rùn)土、伊利石等）在超細(xì)粉碎加工過(guò)程中的機(jī)械激活作用下不同程度地失去其有序晶體結(jié)構(gòu)并無(wú)定形化。由于在這些礦物中無(wú)定形一般與晶體結(jié)構(gòu)中脫羥基且鍵能下降有關(guān)。

例如：結(jié)晶完好的高嶺土，粉碎60s后，高嶺土的晶體結(jié)構(gòu)已發(fā)生了明顯的變化；粉碎120s后，結(jié)晶完好的高嶺土的晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)似于球土；400s后與地開(kāi)石的晶體結(jié)構(gòu)相似。

 

（3）方解石

多晶轉(zhuǎn)換是超細(xì)粉碎過(guò)程中機(jī)械力誘發(fā)的一種不改變被磨物料化學(xué)組成的結(jié)構(gòu)變化，一般有兩種形式：

雙變性轉(zhuǎn)換，通常是可逆且吸熱的；

單變性轉(zhuǎn)換，大多數(shù)是不可逆且放熱的。

方解石在研磨中轉(zhuǎn)化為菱形的霰石。這種轉(zhuǎn)變?cè)谑覝睾统合虏环€(wěn)定，也即方解石與霰石的轉(zhuǎn)化是可逆的。將方解石或霰石長(zhǎng)時(shí)間研磨后這兩種產(chǎn)物的比例基本上相等。

 

（4）氧化鋁微粉

隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng)，高純氧化鋁的晶粒尺寸不斷減小，晶格應(yīng)變和有效德拜參數(shù)則不斷增大。

 

3、化學(xué)成分的變化

由于較強(qiáng)烈的機(jī)械激活作用，物料在超細(xì)粉碎過(guò)程中的某些情況下直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)類(lèi)型包括分解、氣-固、液-固、固-固反應(yīng)等。

在真空磨機(jī)中研磨方解石、菱鎂礦、鐵白云石、霞石及鐵晶石時(shí)分解出二氧化碳；

碳酸鈉、堿土金屬及鎳、鍋、錳、鋅等的碳酸鹽在研磨中也發(fā)生分解；

氧化鋅和氧化鋁在振動(dòng)球磨機(jī)中混磨生成部分尖晶石和非晶質(zhì)氧化鋅粉體。

 

4、溶解度的變化

如粉石英、方解石、錫石、剛玉、鋁土礦、鉻鐵礦、磁鐵礦、方鉛礦、鈦磁鐵礦、火山灰、高嶺土等經(jīng)細(xì)磨或超細(xì)研磨后在無(wú)機(jī)酸中的溶解速度及溶解度均有所增大。

 

5、燒結(jié)性能的變化

因細(xì)磨或超細(xì)研磨導(dǎo)致的物料熱性質(zhì)的變化主要有以下兩種：

一是由于物料的分散度提高，固相反應(yīng)變得容易，制品的燒結(jié)溫度下降，而且制品的機(jī)械性能也有所改進(jìn)。例如，白云石在振動(dòng)磨中細(xì)磨后，用其制備耐火材料的燒結(jié)溫度降低了375-573K，而且材料的機(jī)械性能提高。石英和長(zhǎng)石經(jīng)超細(xì)研磨后可以縮短搪瓷的燒結(jié)時(shí)瓷土的細(xì)磨提高了陶瓷制品的強(qiáng)度。

二是晶體結(jié)構(gòu)的變化和無(wú)定形化導(dǎo)致晶相轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)移。例如，α石英向β石英及方石英的轉(zhuǎn)變溫度和方解石向霰石的轉(zhuǎn)變溫度都因超細(xì)研磨而變化。

 

6、陽(yáng)離子交換容量的變化

部分硅酸鹽礦物，特別是膨潤(rùn)土、高嶺土等一些黏土礦物，經(jīng)細(xì)磨或超細(xì)研磨后陽(yáng)離子交換容量發(fā)生明顯變化。

例如：隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng)，膨潤(rùn)土離子交換容量先增加后下降，而鈣離子交換容量則隨研磨時(shí)間的延長(zhǎng)不斷下降。

經(jīng)一定時(shí)間的研磨后，高嶺土的離子交換容量及置換能力均有所提高，說(shuō)明可交換的陽(yáng)離子增多。

除了膨潤(rùn)土、高嶺土、沸石之外，其他如滑石、耐火黏土、云母等的離子交換容量也在細(xì)磨或超細(xì)磨后程度不同地發(fā)生變化。

 

7、水化性能和反應(yīng)活性的變化

通過(guò)細(xì)磨可以提高氫氧化鈣材料的反應(yīng)活性，這在建筑材料的制備中是非常重要的。因?yàn)檫@些材料對(duì)水化作用有惰性或活性不夠。例如，火山灰的水化活性及與氫氧化鈣的反應(yīng)活性開(kāi)始時(shí)幾乎為零，但是將其在球磨機(jī)或振動(dòng)磨中細(xì)磨后可提高到幾乎與硅藻土相近。

細(xì)磨可大大提高高爐廢渣的水化性能，因此，通過(guò)細(xì)磨或超細(xì)磨生產(chǎn)既高強(qiáng)又含較多爐渣的水泥是可能的。這對(duì)于水泥工業(yè)和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

 

8、電性的變化

細(xì)磨或超細(xì)磨還影響礦物的表面電性和介電性能。如黑云母經(jīng)沖擊粉碎和研磨作用后，其等電點(diǎn)、表面動(dòng)電電位（Zeta電位）均發(fā)生變化。

 

9、密度的變化

在行星球磨機(jī)中研磨天然沸石（主要由斜發(fā)沸石、發(fā)光沸石和石英組成）和合成沸石（主要為發(fā)光沸石）后發(fā)現(xiàn)，這兩種沸石的密度發(fā)生了不同的變化。

研究表明：隨著磨礦的進(jìn)行，開(kāi)始時(shí)天然沸石的密度下降，至120min左右達(dá)到最小值，此后，隨磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)略有提高，但仍低于原礦；合成沸石則在短時(shí)間的密度下降之后，隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng)，密度提高，研磨240min后，樣品的密度值高于未研磨的樣品。

 

10、黏土懸浮液和水凝膠性質(zhì)的變化

濕磨可提高黏土的塑性和干彎曲強(qiáng)度。相反，干磨則在短時(shí)間內(nèi)物料的塑性和干彎曲強(qiáng)度有所增加，但隨著磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)趨于下降。

 

總之，影響物料機(jī)械化學(xué)變化的因素除了原料性質(zhì)和給料粒度以及粉碎或激活時(shí)間外，還有設(shè)備類(lèi)型、粉碎方式、粉碎環(huán)境或氣氛、粉碎助劑等。在機(jī)械化學(xué)的研究中無(wú)疑要注意這些因素的綜合影響。