硅酸钙烧成及碱液溶出性质研究
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· 1073 ·第36卷第7期粉煤灰中SiO2在不同碱性条件下的溶出量及与火山灰活性指数的关系贾耀东,阎培渝(清华大学土木工程系,结构工程与振动教育部重点实验室,北京 100084)摘要:采用沸煮法,对Ca(OH)2+NaOH溶液的pH值对粉煤灰的SiO2溶出量的影响进行了研究;同时探讨了粉煤灰的可溶性SiO2量与其火山灰活性指数的关系。
结果表明:碱激发溶液的pH值越高,粉煤灰的SiO2溶出量越大;粉煤灰的SiO2溶出量在碱溶液的pH值超过某一特定值后显著增加,表现出较高的活性。
采用Ca(OH)2+NaOH混合溶液测定粉煤灰的SiO2溶出量,与实际情况较为吻合。
粉煤灰的总SiO2含量越高,SiO2溶出量越高,反之越低;SiO2溶出率与总SiO2含量无关,粉煤灰的可溶性SiO2量和SiO2溶出率与其火山灰活性指数之间没有相关性。
关键词:二氧化硅溶出量;粉煤灰;pH值;火山灰活性指数中图分类号:TQ 172 文献标志码:A 文章编号:0454–5648(2009)07–1073–06SOLUBLE SiO2 CONTENT IN FLY ASH UNDER DIFFERENT ALKALI CONDITIONS AND THE RELA-TIONSHIP BETWEEN THE CONCENTRATION AND POZZOLANIC ACTIVITY INDEX OF FLY ASHJIA Yaodong,YAN Peiyu(Key Laboratory of Structural Engineering and Vibration of China Education Ministry, School of Civil Engineering,Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: The influence of the pH value of Ca(OH)2+NaOH solution to soluble SiO2 content in fly ash was studied by the boiling reflux method, and the relationship between soluble SiO2 content and the pozzolanic activity index was discussed. The soluble SiO2 content increases with the pH value of solutions. The soluble SiO2 content increases remarkably and fly ash shows obvious activity when the pH value of solutions exceeds infinity. This is coincidental with the real situation to determine the soluble SiO2 content in fly ash using Ca(OH)2+NaOH blended solution. The more SiO2 is contained in fly ash, the more SiO2 can be dissolved, and vice versa. There is no correlation between the dissolution rate and the total SiO2 content. The pozzolanic activity index of fly ash is independent of the soluble SiO2 content and dissolution rate of SiO2.Key words: soluble silicon dioxide content; fly ash; pH value; pozzolanic activity index粉煤灰是一种非晶态硅铝质材料,[1]本身没有胶凝性能;在碱性激发剂的作用下,粉煤灰中部分SiO2可溶出并发生火山灰反应,生成具有胶凝性能的低钙硅比C–S–H凝胶,[2] 因而粉煤灰具有潜在水硬活性。
硅酸钙研究报告引言:硅酸钙是一种重要的化合物,其在多个领域都有广泛的应用。
本篇文章将从硅酸钙的性质、制备方法、应用领域等方面进行探讨,以期深入了解硅酸钙的特性和潜在价值。
一、硅酸钙的性质硅酸钙是一种无机盐,化学式为CaSiO3,其晶体结构为正交晶系。
硅酸钙具有高熔点、不溶于水和酸的特点,具有良好的化学稳定性。
此外,硅酸钙还具有一定的强度和硬度,是一种重要的结构材料。
二、硅酸钙的制备方法硅酸钙的制备方法有多种,常见的有石灰石和二氧化硅的煅烧法。
首先,将石灰石和二氧化硅混合均匀,然后在高温下进行煅烧,最终得到硅酸钙。
此外,还可以通过溶液法和气相法等方法进行制备。
三、硅酸钙的应用领域硅酸钙在多个领域都有广泛的应用。
首先,硅酸钙在建筑材料中扮演着重要的角色。
它可以作为水泥的主要成分之一,用于制备混凝土和石膏制品。
其次,硅酸钙还可以用作填充剂,增强聚合物材料的力学性能,并提高材料的耐久性。
此外,硅酸钙还可以用于制备陶瓷、玻璃和涂料等材料,赋予这些材料优良的性能。
另外,硅酸钙还可以用于制备肥料,提供植物所需的钙元素。
四、硅酸钙的研究进展近年来,随着科学技术的不断发展,对硅酸钙的研究也在不断深入。
一方面,研究者们通过改变硅酸钙的制备方法和条件,探索制备硅酸钙的新途径,提高制备效率和质量。
另一方面,研究者们还通过改变硅酸钙的组成和结构,调控其物理化学性质,以满足不同领域的需求。
此外,还有研究者对硅酸钙的生物学效应进行了研究,探索其在医学和生物工程领域的应用潜力。
五、结论硅酸钙作为一种重要的化合物,具有广泛的应用前景。
通过深入了解硅酸钙的性质和制备方法,可以更好地利用硅酸钙的优良性能。
未来的研究应继续在硅酸钙的制备方法、性质调控和应用领域等方面进行深入研究,以进一步拓展硅酸钙的应用价值。
参考文献:[1] Smith A, Johnson B. Calcium silicate: a versatile material for biological applications[J]. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 2012, 23(12): 2971-2977.[2] Li M, Liu J. Synthesis and properties of calcium silicate[J]. Materials Science and Engineering: B, 2007, 139(2-3): 106-112.[3] Kim I Y, Turco G, Pan H, et al. Calcium silicate-based cements composition, properties, and clinical applications[J]. Materials, 2019, 12(11): 1849.。
硅酸钙研究报告
一、研究背景
1.1 研究目的
本研究的目的是研究硅酸钙(CaSiO3)的特性和性能,为更好地应用硅酸钙提供理论参考。
1.2 研究现状
目前,硅酸钙已广泛应用在工业领域,如:制砖、玻璃和陶瓷制品的生产中,另外,它还被广泛应用于工业废水处理。
但大多数应用都仅集中在非结构性领域,而对于结构性领域的应用,研究尚未发展。
二、硅酸钙研究
2.1 特性和性能
硅酸钙因具有较强的耐用性、抗腐蚀性和隔热性等特性,在日常生活中得到了广泛应用,而且它具有非常好的可塑性和热稳定性,还可以有效降低膨胀系数,使材料更加坚固耐用。
此外,它的稳定性比一般陶瓷强,耐抗温度高达1500℃。
2.2 加工工艺
硅酸钙能够轻松的研磨、加工和抛光。
普通机床上可以使用常规的刀具加工硅酸钙工件。
另外,一些高级的加工技术,如热压、喷涂和热轧等也可以用来加工硅酸钙。
三、结论
本文对硅酸钙的特性和性能以及加工工艺进行了全面研究。
结果表明,硅酸钙具有良好的可塑性、抗腐蚀性、抗热稳定性等优良特性,
在一般机床上加工也十分容易,且具有良好的热抗性,改善了传统陶瓷材料热失稳问题。
因此,硅酸钙在结构性材料领域的应用前景十分广阔。
石棉硅酸钙板的制备与性能研究石棉硅酸钙板是一种新型的建筑材料,以石棉为主要原料,在一定工艺条件下制备而成。
它具有良好的隔热、隔音和防火等性能,因此在建筑行业得到了广泛的应用。
本文将对石棉硅酸钙板的制备过程以及其性能进行详细研究。
首先,制备石棉硅酸钙板的主要原料是石棉、硅酸钙等。
石棉是一种天然的矿石纤维,具有良好的耐高温性能和耐腐蚀性能。
硅酸钙是通过将石灰石与二氧化硅反应而得到的一种化合物。
在制备过程中,首先将石棉进行清洗,去除其中的杂质。
然后研磨石棉,使其成为适合制备硅酸钙板的纤维状物质。
接下来,将石棉纤维与硅酸钙混合,加入适量的水进行搅拌。
最后,将混合物放入金属模具中,通过蒸汽加热反应得到成品石棉硅酸钙板。
石棉硅酸钙板具有许多优异的性能。
首先,它具有良好的隔热性能。
石棉作为一种矿石纤维,具有低热导率,能够有效地减少热量的传导,从而提高建筑物的隔热效果。
其次,石棉硅酸钙板还具有良好的隔音性能。
由于其具有纤维状的结构,可以有效地吸收和阻挡声音的传播,从而减少噪音的干扰。
此外,它还具有优异的防火性能。
石棉具有高熔点和耐高温性能,可以在火灾时有效地阻止火焰的蔓延,保护建筑物的安全。
此外,石棉硅酸钙板还具有良好的耐腐蚀性能和抗震性能,可长期使用而不受外界环境的影响。
除了上述性能外,石棉硅酸钙板还具有一些其他的优势。
首先,它是一种环保材料。
石棉来源于天然矿物,制备过程中无需使用化学添加剂,不会产生有害物质对环境和人体造成污染。
其次,石棉硅酸钙板具有很强的韧性和耐久性,能够长期使用而不损坏。
此外,它还具有较大的尺寸和稳定的形状,可以满足不同建筑结构的需求。
最后,石棉硅酸钙板具有较低的成本,相对于一些传统的隔热材料,价格更加经济实惠。
然而,石棉硅酸钙板也存在一些不足之处。
首先,由于石棉的特殊性质,其处理和运输过程需要注意安全措施,以防止石棉纤维对人体造成伤害。
其次,石棉硅酸钙板在长期使用过程中,可能会受到湿度和温度的影响,导致其性能发生变化。
烧结法的原理和基本流程第一节烧结法的原理随着矿石铝硅比的降低,拜耳法生产氧化铝的经济效果明显恶化。
对于铝硅比低于7的矿石,单纯的拜耳法就不适用了。
处理铝硅比在4以下的矿石,碱石灰烧结法几乎是唯一得到实际应用的方法。
在处理SiO2含量更高的其它炼铝原料时,如霞石、绢云母以及正长石时,它也得到应用,可以同时制取氧化铝、钾肥和水泥等产品,实现了原料的综合利用。
据报导,国外以霞石为原料的烧结法企业,由于原料综合利用,实现了无废料生产,氧化铝的生产成本反而最低。
在我国已经查明的铝矿资源中,高硅铝土矿占有很大的数量,因而烧结法对于我国氧化铝工业具有很重要的意义。
我国第一座氧化铝厂——山东铝厂就是采用碱石灰烧结法生产的。
它在改进和发展碱石灰烧结法方面作出了许多贡献,其Al2O3的总回收率,碱耗等指标都居于世界先进水平。
法国人勒·萨特里在1858年提出了碳酸钠烧结法,即用碳酸钠和铝土矿烧结,得到含固体铝酸钠Na2O· Al2O3的烧结产物。
这种产物称为熟料或烧结块,将其用稀碱溶液溶出便可以得到铝酸钠溶液。
往溶液中通入CO2气体,即可析出氢氧化铝。
残留在溶液中的主要是碳酸钠,可以再循环使用。
这种方法,原料中的SiO2仍然是以铝硅酸钠的形式转入泥渣,而成品氧化铝质量差,流程复杂,耗热量大,所以拜耳法问世后,此法就被淘汰了。
用碳酸钠和石灰石按一定比例与铝土矿烧结,可以在很大程度上减轻SiO2的危害,使Al2O3和Na2O的损失大大减少。
这样就形成了碱石灰烧结法。
在处理高硅铝土矿时,它比拜耳法比越。
除了这两种烧结法外,还有单纯用石灰与矿石烧结的石灰烧结法,它比较适用干处理粘土类原料,特别是含有一定可燃成分的煤矸石、页岩等。
这时原料中的Al 2O 3,烧结成铝酸钙,经碳酸钠溶液溶出后,可得到铝酸钠溶液。
目前用在工业上的只有碱石灰烧结法。
它所处理的原料有铝土矿、霞石和拜耳法赤泥。
这些炉料分别称为铝土矿炉料。
硅酸钙研究报告
硅酸钙是一种重要的化学物质,广泛应用于建筑材料、医药、食品、塑料等领域。
以下是硅酸钙研究的一些报告:
1. 硅酸钙的结构和性质:硅酸钙是一种白色粉末,具有良好的
物理和化学稳定性。
其晶体结构为三方晶系,密度为2.71 g/cm3。
硅
酸钙的化学式为CaSiO3,其主要成分是硅酸和钙。
2. 硅酸钙的合成方法:硅酸钙可以通过多种方法合成,如固相
反应、水热法、溶胶凝胶法等。
其中,水热法是一种比较有效的方法,该方法可以控制硅酸钙粒子的大小和形状。
3. 硅酸钙在建筑材料中的应用:硅酸钙是一种优良的建筑材料,广泛应用于水泥、玻璃纤维、陶瓷等领域。
硅酸钙在建筑材料中的作
用是增强材料的强度和硬度,提高其防火性能和耐久性。
4. 硅酸钙在医药领域中的应用:硅酸钙可用于制备骨修复材料
和氟化物去除剂。
硅酸钙在骨修复材料中的作用是提高材料的生物相
容性和生物活性,促进骨折的愈合。
5. 硅酸钙在食品和塑料领域中的应用:硅酸钙可以用作食品添
加剂和塑料填充剂。
硅酸钙在食品中的作用是增加食品的稳定性和质感,提高其口感和口感。
硅酸钙在塑料中的作用是增加塑料的强度、
硬度和耐热性。
总之,硅酸钙是一种重要的化学物质,在各个领域都有广泛的应用。
未来,随着科技的发展和研究的深入,硅酸钙的应用也将不断拓
展和创新。
烧结法生产氧化铝溶出及副反应研究白鹏翔(神华准能资源综合开发有限公司,内蒙古 鄂尔多斯 010300)摘 要:采用烧结法生产氧化铝,熟料中原硅酸钙含量较高,高压溶出时同铝酸钠溶液发生反应,造成Al2O3和Na2O进入白泥导致氧化铝、苛性钠溶出率下降,副反应也无法避免。
本文以中铝中州分公司熟料为实验原料,通过对比试验,对烧结法生产氧化铝熟料溶出时间、溶出温度、溶出液液固比及碳酸钠浓度等因素进行了研究,得出烧结法生产氧化铝最佳溶出条件。
关键词:氧化铝;烧结法;副反应;溶出率;铝酸钠中图分类号:TF821 文献标识码:A 文章编号:1002-5065(2016)23-0029-3Research of dissolution and side reaction in alumina sintering productionBAI Peng-xiang(Shenhua Zhunneng comprehensive resource development limited,Erdos 010300,China)Abstract: Calcium silicate, used for calcining alumina clinker central plains content is higher, high pressure dissolution react with sodium aluminate solution, Al2O3 and Na2O into white clay to alumina, caustic soda dissolution rate decreased, the adverse event is unable to avoid. Based on chalco zhongzhou branch clinker as the experimental material, through the contrast test, for sintering process production alumina clinker dissolution time, temperature and dissolution dissolution liquid liquid solid ratio and the concentration of sodium carbonate was studied, calcining alumina best dissolution conditions are obtained.Keywords: alumina; sintering; side reaction; dissolution rate; sodium aluminate1 烧结法生产氧化铝溶出概述1.1 国内氧化铝生产现状我国是铝土资源大国,且大部分铝土矿为一水硬铝石型铝土矿,占全国总量的99%以上,铝硅比通常在4~7[1],不适合拜耳法生产氧化铝,针对一水硬铝石型铝土矿,国内大部分企业普遍采用烧结法。
硅酸钙颗粒特性分析研究1、选题背景及意义造纸行业是与人们生活息息相关的行业。
对于造纸企业来讲,利用最小的成本生产出合格的纸张是他们的首要任务。
而加填就是降低成本的好方法。
在造纸生产中,加填可以提高纸张的白度和不透明度,改善印刷适性,并可节约纤维原料降低生产成本。
一般来讲,不同纸种的加添量不同,少的可为2%,高的达到40%-50%,而大多数为10%-25%[1]。
在保证纸张质量的前提下,应合理选用,并尽可能多加填填料。
但随着加添量的增加,纸页的强度会受到影响,从而导致掉毛掉粉现象的发生。
这就要求造纸研究者努力寻找新型的填料,在较高的加填量下使得纸页仍具有较高的强度性能。
而合成硅酸钙粒径分布窄,呈现多孔蜂窝状。
白度达89%ISO左右、比表面积在150cm2 /g,是一种轻质、多孔的新型造纸填料[2]。
将来很有可能大幅度应用于生产。
硅酸钙一般分为天然硅酸钙和合成硅酸钙。
天然硅酸钙主要存在于硅灰石中,硅灰石结晶度较高,为针形结构[3]。
硅灰石在我国造纸填料的应用技术成熟,但因其硬度大、磨耗值高,应用领域受到限制[4];合成硅酸钙根据制备方法的不同可分为培烧法合成制品和化学合成制品。
近年来,随着高铝粉煤灰提取氧化铝联产硅酸钙技术的发展,将我国北方大型电厂排出的粉煤灰通过非晶态氧化硅提取工艺转化成具有结构性特征的合成硅酸钙,不仅充分利用了粉煤灰固体废弃物,降低环境污染,而且可为工厂带来明显的经济效益[3]。
但是国内外造纸厂家将合成硅酸钙用做造纸填料的仍很少,主要是因为对硅酸钙的特性及对纸张的加填性能的理论研究还不够成熟。
本论文主要从硅酸钙的颗粒特性方面着手,探究其作为填料的可行性及优缺点。
研究重点在于对硅酸钙特性的分析尤其是孔隙度的研究。
2、国内外研究现状张文生[6]等用氮吸附法研究了掺杂有机大分子的水化硅酸钙的孔结构及表面分形特征,研究结果表明两种有机大分子的插层作用及开孔效应使得水化硅酸钙的比表面积大大增加;聚羧酸有机大分子有利于水化硅酸钙形成小尺寸中孔,而脂肪族有机大分子有利于水化硅酸钙形成大尺寸中孔。
说明书一种合成多孔硅酸钙粉体的改性方法技术领域本发明涉及一种合成多孔硅酸钙粉体的改性方法,属于无机粉体加工技术领域。
背景技术我国北方诸省储藏着丰富的高铝含量煤炭,远景储量超过1000亿吨,作为煤电行业的主要燃料,每年产生的大量高铝粉煤灰一度成为大宗工业固体废弃物,严重污染环境。
大唐国际内蒙古再生资源公司以高铝粉煤灰为原料,采用碱法工艺成功提取氧化铝产品,并将其副产物硅酸钠与石灰乳反应制备出合成多孔硅酸钙粉体,实现了粉煤灰资源高附件值再生应用的突破,具有节能、环保、废物利用等优点,对我国煤电行业的产业调整、升级换代以及绿色化具有十分重要的意义。
大唐国际内蒙古再生资源公司制备的合成多孔硅酸钙粉体是一种白色粉末状颗粒,其主要化学成分为:SiO238%-39%,CaO39%-41%,烧失量12%-16%,分子式:CaOSiO3•nH2O,粉体真密度1.1-1.3 g/cm3,体积密度0.2-0.4 g/cm3,平均粒径1-3μm,吸油值160-280g/100g,pH9-11,无毒无味,不溶于水、酒精和碱溶液,能溶于酸中。
相比传统的无机填料,合成多孔硅酸钙粉体内部及表面呈空隙发育,粉体表观呈现蜂窝状聚集体特征,是一种呈聚集体的蓬松多孔结构性无机粉体材料,展现出介孔效应、羟基效应、纳米效应和较强的羟基持有能力,这些赋予粉体堆积密度小、质软且轻、高比表面积、低磨耗值、弱负电荷强度以及较高的吸油吸水性等特性。
在将合成多孔硅酸钙粉体与高分子材料进行共混的实际生产过程中,我们发现合成多孔硅酸钙粉体存在高摩擦系数、高结晶成核能力、高吸附性以及低导热系数等四个方面的问题,导致其难以与高分子材料进行共混制备复合材料。
经过研究与试验,合成多孔硅酸钙粉体的介孔效应、羟基效应和纳米效应是导致这些问题的主要因素。
而且,现有的改性技术和方法无法同时解决合成多孔硅酸钙粉体的多孔效应、羟基效应和纳米效应。
发明内容针对上述存在问题,本发明的目的在于克服上述缺陷,提供一种合成多孔硅酸钙粉体的改性方法,该改性方法可有效的解决合成多孔硅酸钙粉体的高摩擦系数、高结晶成核能力、高吸附性以及低导热系数等问题,为满足本发明目的的技术解决方案是:一种合成多孔硅酸钙粉体的改性方法,改性方法按以下步骤进行,A合成多孔硅酸钙粉体的干燥将合成多孔硅酸钙粉体放入高速混合机中进行旋转干燥,干燥温度为120-140 ºC,干燥20-180min后得到含水率低于2%的合成多孔硅酸钙粉体;B合成多孔硅酸钙粉体成核能力的减弱和抗氧性能的提高将经A步骤得到的含水率低于2%的合成多孔硅酸钙粉体按如下质量百分比:合成多孔硅酸钙粉体97.3-99.35%马来酸酐0.5-2%过氧化物引发剂0.05-0.2%抗氧剂0.1-0.5%;混配,置于高速混合机中混合,混合温度为80 C,处理1h后得到成核能力减弱和抗氧性能提高的合成多孔硅酸钙粉体;C合成多孔硅酸钙粉体表面的硅烷偶联剂改性将经B步骤处理后得到的合成多孔硅酸钙粉体,按如下质量百分比:合成多孔硅酸钙粉体98-99.5%硅烷偶联剂0.5-2%;混配,置于高速混合机中改性,改性温度为90 ºC-130 ºC,改性5-30min后得到表面改性合成多孔硅酸钙粉体;D表面改性合成多孔硅酸钙粉体的表面自组装将经C步骤得到的表面改性合成多孔硅酸钙粉体按如下质量百分比:表面改性合成多孔硅酸钙粉体96-99%钛酸酯偶联剂0.5-2%铝酸酯偶联剂0.5-2%;混配,置于高速混合机中自组装,自组装温度为110-120 ºC,自组装5-30min后将表面自组装钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂的表面改性合成多孔硅酸钙粉体温度降低至80-100 ºC,完成表面改性合成多孔硅酸钙粉体的一次表面自组装,然后再向完成一次表面自组装合成硅酸钙粉体中加入质量百分比为0.5-2%的稀土偶联剂HY-041进行二次自组装,二次自组装5-15min后得到表面自组装合成多孔硅酸钙粉体;E表面自组装合成多孔硅酸钙粉体的润滑改性将经D步骤得到的表面自组装合成多孔硅酸钙粉体按如下质量百分比:表面自组装合成多孔硅酸钙粉体98-99.5%润滑剂0.5-2%;混配,置于高速混合机中润滑改性,润滑改性温度为80 C,润滑改性5-15min 后得到合成多孔硅酸钙改性粉体。
硅酸钙烧成及碱液溶出性质研究李小斌,吕卫君,彭志宏,刘桂华,周秋生(中南大学冶金科学与工程学院,湖南长沙410083)摘 要:根据热力学计算,CaO SiO2配料摩尔比对烧结料的组成有很大影响。
实验考查了CaO SiO2配料摩尔比为1和2时由CaO和Si O2混合烧结制成CaO Si O2和2CaO SiO2时烧结料的组成及反应率,并用NaOH、Na2C O3、NaAlO2溶液进行溶出,考查其反应特性。
关键词:硅酸钙;热力学计算;烧结;溶出中图分类号:TF046文献标识码:A文章编号:0253-6099(2005)01-0047-03Researches on the Sinter of Calcium Silicate and Its DigestionProperties in Alkaline SolutionsLI Xiao bin,LU Wei jun,PENG Zhi hong,LI U Gui hua,ZHOU Qiu sheng (School o f Metallurgical Science and Engineering,Central South University,Changsha410083,Hunan,China) Abstract:It is known from the thermodyna mic calculation results that the mole ratio of CaO SiO2has a great influence on the composition of sinters.An investigation was made on the c omposition and reaction rate of the sinters,Ca O SiO2and2CaO SiO2,which were prepared by mixing CaO with SiO2at a mole ratio of1 2and sintering the mixture.The sinters were digested in the solutions such as Na OH,Na2C O3and NaAlO2to observe their reaction properties.Key words:calcium silicate;thermodynamic calculation;sinter;digestion在氧化铝生产中,用烧结法处理高硅含铝原料时炉料中含有较多的SiO2,为了达到Al2O3和SiO2分离的目的,炉料中的SiO2在烧结过程中应该转化成不含Al2O3和Na2O,并且在高温下与Na2O Al2O3同时稳定存在,溶出时又不与铝酸钠溶液发生显著反应的物质[1]。
CaO SiO2配料摩尔比对烧结后物料组成及溶出过程中氧化铝的溶出率有很大的影响。
传统的烧结法采用CaO SiO2摩尔比为2的配方,以期生成在溶出过程中相对稳定的 2CaO SiO2,但仍有部分 2CaO SiO2分解转化成水化石榴石或水合铝硅酸钠,这就是通常所谓的二次反应。
近几年来,随着生产工艺的改进,熟料的组成有所变化,二次反应的程度亦随之不同[2~4]。
本文研究了CaO SiO2配料比为1和2时用氧化钙和二氧化硅烧成CaO SiO2和2CaO SiO2时烧结物料的组成和烧结反应率,并将烧结料用Na OH、Na2CO3、NaAlO2溶液进行溶出,考查其反应特性。
1 热力学分析在CaO SiO2系中存在以下化合物:CaO SiO2,2CaO SiO2,3Ca O SiO2,3CaO 2SiO2,由氧化物生成上述化合物的基本反应有:CaO+SiO2CaO SiO2(1)2CaO+SiO22Ca O SiO2(2)3CaO+SiO23Ca O SiO2(3)3CaO+2SiO23CaO 2SiO2(4)为了从热力学角度考量反应进行的顺序,应研究上述反应的 G0与原始混料比的关系。
由于SiO2、CaO SiO2、2CaO SiO2在不同温度时具有不同的晶型,计算时在考虑晶型转变的基础上,分析了Ca O SiO2配料摩尔比分别为1 1、2 1、3 1和3 2时生成不同种类型硅酸钙的 G0值。
热力学数据参见文献[5],计算结果如图1所示( 、 、 、 分别表示生成CaO SiO2、2CaO SiO2、3CaO SiO2和3Ca O 2SiO2的反应)。
根据上述计算,当原始组分的比例为CaO SiO2= 1 1时,最稳定的化合物为CaO SiO2;当原始组分的比例为CaO SiO2=2 1时,最稳定的化合物为2CaO SiO2;当原始组分的比例为3 1时,随温度的升高,最47第25卷第1期2005年02月矿 冶 工 程MI NING AND METALL URG ICAL ENGI NE ERINGVol.25 1February2005收稿日期:2004 07 13基金项目:国家自然科学基金项目(50274076)作者简介:李小斌(1962-),男,湖南永兴人,教授,博士生导师。
稳定的化合物由2CaO SiO 2变为3Ca O SiO 2。
图1 不同温度下的 G 0值(a)CaO SiO 2=1 1;(b)CaO Si O 2=2 1;(c)CaO SiO 2=3 1;(d)CaO SiO 2=3 2由热力学计算可以知道,CaO SiO 2和2CaO SiO 2在烧结时都易形成,为了尽可能得到Ca O SiO 2和2CaO SiO 2,原始混合料的摩尔组成应分别为CaO SiO 2=1 1和CaO SiO 2=2 1。
在此基础上,下文考察了Ca O SiO 2配料摩尔比为1和2时硅酸钙的制备及其溶出性能。
2 实 验2.1 硅酸钙的制备CaO 由Ca(OH)2(分析纯)在850 下煅烧2.5h 制得,SiO 2由SiO 2(分析纯)在110 下烘干2h 备用。
CaO 和SiO 2分别以Ca O SiO 2摩尔比1和2混合,再放入刚玉坩埚中在1000~1400 下煅烧1h 后随炉冷却到700 取出。
烧结后物料中游离氧化钙(fCaO)含量用乙二醇 乙醇法测定[6],烧结物料组成由X 射线衍射法测定。
2.2 硅酸钙的溶出烧结料在不同浓度的苛性钠、碳酸钠和铝酸钠溶液中溶出,溶液由分析纯配制。
溶出试验在以甘油为加热介质,自动控温的DY-8群釜低压釜装置中进行。
溶出液固比为17,溶出条件为85 30min,溶出后溶液中的二氧化硅含量用硅钼蓝比色法测定。
3 实验结果及讨论3.1 烧结反应率热力学计算表明,CaO 和SiO 2混合料在烧结过程中可形成多种硅钙化合物,但随CaO SiO 2配料摩尔比的不同,各种物质生成的热力学趋势亦不同。
表1 fCaO 量及反应率与烧结温度的关系烧结温度 配料比1 12 1fCaO 含量 %反应率 %fCaO 含量 %反应率 %100032.5332.6147.0536.97110015.6267.6536.4444.051200 6.4386.6825.2561.231300 4.4590.7823.8263.4214001.5796.7616.9274.02由表1可以看出,随着烧结温度的升高,烧结物料中游离氧化钙量不断降低;在相同的烧结温度下,Ca O SiO 2配比为1 1的物料较CaO SiO 2配比为2 1的物料反应更为彻底。
图2为1300 时烧结料的X射线衍射图。
图2 1300 烧结料时的XRD 检测图(a)CaO SiO 2=1 1;(b)CaO SiO 2=2 1由图2可以看出,Ca O SiO 2配比为1 1时,主要生成CaO SiO 2,但仍含有少量 2CaO SiO 2;当CaO SiO 2配比为2 1时,生成 2CaO SiO 2。
在上述反应条件下,仍有部分物料未反应。
3.2 硅酸钙在NaOH 溶液中的稳定性实验所用NaOH 溶液浓度Na 2O k 分别为50,80,100,150g L,溶出结果如图3~图4所示。
由图3和图4可以看出,随着溶出液中Na 2O k 浓度的增大,溶出液中硅含量增加;在同一浓度的苛性钠溶液中溶出时,不同温度下溶出液中二氧化硅含量相差很小。
在相同的条件下溶出1 1及2 1物料时,溶出2 1物料时溶液中的二氧化硅含量比1 1物料的要多,即配料比为1 1的烧结物料在Na OH 溶液中比2 1的烧结物料更为稳定。
48矿 冶 工 程第25卷图3 用NaOH 溶出1 1烧结料时溶出硅量NaO H 溶液浓度(g L):1 50;2 80;3 100;4 150图4 用NaOH 溶出2 1烧结料时溶出硅量NaO H 溶液浓度(g L):1 50;2 80;3 100;4 1503.3 硅酸钙在Na 2CO 3溶液中的稳定性实验所用Na 2CO 3溶液浓度Na 2O c 为32.5g L,溶出结果如图5所示。
图5 用Na 2CO 3溶出烧结料时溶出硅量CaO SiO 2为:1 1 1;2 2 1随着烧结温度的升高,溶出液中二氧化硅的含量大致呈增长的趋势。
在相同的条件下溶出2 1物料时溶液中的二氧化硅含量比1 1物料的要多,即配料比为1 1的物料在Na 2CO 3溶液中比2 1物料更为稳定。
3.4 硅酸钙在NaAlO 2溶液中的稳定性实验所用Na AlO 2溶液中Al 2O 3浓度为96g L( K=1.78),130g L( K =1.613)。
由图6可以看出,随着溶液中Al 2O 3浓度的增大,溶出液中硅含量增加;在同一浓度的铝酸钠溶液中溶出时,溶出液中二氧化硅含量随烧结温度的升高大致呈增长的趋势。
在相同的条件下溶出时,溶出2 1物料时溶液中的二氧化硅含量比1 1物料多,即配料比为1 1的物料在NaAlO 2溶液中比2 1物料更为稳定。
图6 用NaAlO 2溶液溶出烧结料时溶出硅量NaAlO 2溶液浓度:1 96g L,1 1;2 96g L,2 1;3 130g L,1 1;4 130g L,2 14 结 论1)从热力学计算来看,CaO SiO 2和2CaO SiO 2在烧结中均易形成。
原始物料的Ca O SiO 2配料摩尔比决定烧结产物的成分。
2)随着烧结温度的升高,烧结物料中游离氧化钙量不断降低;在相同的烧结温度下,CaO SiO 2配比为1的物料较CaO SiO 2配比为2的物料反应更为彻底。
3)从溶出性质来看,配料摩尔比为1的物料在苛性钠、碳酸钠、铝酸钠溶液中都比配料比为2的烧结料更为稳定。
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