煅烧温度对氧化镁粉反应活性程度影响机理研究.docx

煨烧温度对氧化镁粉反应活性程度影响机理研究摘要：为探究燃烧温度对氧化镁粉反应活性的影响程度，研究氧化镁反应活性程度随煨烧温度变化的原因。采用柠檬酸中和法测定了氧化镁粉反应活性度曲线，通过曲线分析氧化镁粉反应活性程度随煨烧温度的变化规律，对氧化镁粉进行了XRD、比表面积、扫描电镜检测，从微观角度解释煨烧温度改变氧化镁粉反应活性程度的原因。试验结果表明，随着燃烧温度的升高，氧化镁的反应活性逐渐降低，温度越高，反应活性降低程度越大，颗粒集中程度越大，这是因为随着燃烧温度的升高，氧化镁的结晶程度更高，不稳定的片状氧化镁晶体转变为结构稳定的粒状晶粒，晶体结构更完善，单个晶体反应活性降低；高温作用下小粒径颗粒熔融团聚成大颗粒，大颗粒表面熔融，粉体整体比表面积减小，单位体积氧化镁粉参与反应的表面积减小，反应能力降低。以上原因综合作用，导致煨烧温度越高，氧化镁粉的反应活性程度越低。关键词：氧化镁活性燃烧温度XRD比表面积扫描电镜1 .前言李维翰，张伟党等研究结果表明，菱镁矿的产地及品质、高温炉的类型、煨烧的温度和时间均会对氧化镁的反应活性产生影响，同时氧化镁的反应活性又在很大程度上对镁水泥浆体的凝结时间和抗压强度产生影响，所以氧化镁反应活性的确定对磷酸钾镁水泥浆体的制备至关重要。在现有文献中，一般将氧化镁粉简单的定义为轻烧氧化镁粉和重烧氧化镁粉，对于轻烧和重烧并没有统一的规定，而磷酸钾镁水泥所用的氧化镁粉很难简单的用重烧和轻烧来判断其反应活性。要得到质量稳定、性能优良的磷酸钾镁水泥，需要从另外一个角度对氧化镁粉的反应活性程度进行定义和判断，本文采用柠檬酸中和定量柠檬酸的的时间来反应其活性程度，更加的清楚明了。除此之外，还需要明确煨烧条件影响氧化镁粉反应活性程度的机理，据此设定合适的煨烧条件以得到所需反应活性程度的氧化镁粉。长期以来人们对氧化镁反应活性的量度进行了大量的研究，提出了表征氧化镁活性的一些参数，如晶粒尺寸、晶格畸变、比表面积等。一些研究者采用X射线衍射法来测定氧化镁的活性，从晶体的角度来分析氧化镁的活性。或采用FnR-PAS法研究粉末氧化镁与笨甲酸作用后的表面性质的变化，从Mge）的IR谱的吸收峰值变化与对应的氧化镁表面酸度变化中寻找其活性与煨烧变化规律。也有研究者采用水化法来进行氧化镁中活性含量的测定。本文所说的氧化镁粉反应活性程度指的是氧化镁粉参与反应的能力的指标，具体指与柠檬酸水溶液反应的快慢程度，能发生反应的那一部分氧化镁粉称之为活性氧化镁，越容易发生反应，氧化镁的反应活性程度越高。活性氧化镁的含量越多，高活性氧化镁越多，氧化镁粉反应活性程度越高。由于很难定量测定活性氧化镁的含量，因此采用反应时间这一指标间接反应氧化镁的活性程度。氧化采用柠檬酸活度曲线法，即利用酸碱中和的原理，用酚酸做指示剂，测定一定质量氧化镁粉与等量柠檬酸完全（酚醐变色）中和的时间，绘制曲线，分析氧化镁粉反应活性程度。已有试验经验发现，煨烧温度对氧化镁粉的反应活性程度起决定性作用，本文主要研究煨烧温度改变氧化镁反应活性的原因。已有试验结果表明，将买来的氧化镁粉在900°C高温下煨烧1.5h小时之后，其反应活性程度较合适，因此将煨烧时间统一定为1.5h,改变断烧温度烧制氧化镁粉样品。采用X射线粉末衍射、物理吸附测定比表面积、扫描电镜对氧化镁粉结晶程度、比表面积、表观形貌进行研究，结合柠檬酸中和试验结果，对煨烧温度造成氧化镁粉反应活性程度发生变化的机理进行解释。2 .试验材料及方法2.1 主要材料本试验主要试验材料之一的氧化镁粉，采用辽宁省海城市群利矿业有限公司生产的氧化镁（含量290%）,具体成分见表1；把买来的氧化镁粉在高温电炉中进行二次煨烧,每次煨烧氧化镁的质量固定为8kg,具体煨烧条件如下表2所示;磷酸二氢钾，缩写成P,工业级，KH2PO4含量298%,由福州台江区品杰试验仪器有限公司提供；0.02molL柠檬酸溶液：2.1±0.05g柠檬酸溶于500ml水中制得；硼砂，缩写成B,工业级，Na2B4O7-IOH2O,含量295%,由辽宁省大石桥市兴鹏复合配有限公司生产；0.5%酚儆乙醇溶液，由0.5g酚酸溶于100ml纯度95%以上的乙醇中制得。Oneofthemainlymaterialsinthisexperimentismagnesiumoxidepowder,itisproducedbythehaichengcounty,IiaoningprovincegroupminingCo.LTD,(magnesiumoxidecontent90%),thespecificcomponentsareshownintable1;Putthemagnesiapowderinthehightemperatureelectricresistancefurnaceforsecondarycalcination,thequalityofthecalcinedmagnesiafixedis8kgandthespecificcalcinationconditionsareshownintable2.Potassiumdihydrogenphosphate,abbreviatedasP,industrial-grade,thecontentofKH2PO4ismorethan98%anditisprovidedbyfuzhousayshatae-keungareaproducttestinstrumentco.LTD;0.02mol/Lcitricacidsolution:itismadebydissolving0.02÷0.05gcitricacidin500mlofwater;Borax,abbreviatedasB,industrial-grade,Na2B4O710H2O,thecontentismorethan95%,itisproducedbytheIiaoningprovincedashiqiaoxingpengcompounddistributionco.LTD;0.5%phenolphthaleinethanolsolution,itismadeby0.5gphenolphthaleindissolvingin100mlethanol,thepurityoftheethanolismorethan95%.表1氧化镁粉的化学成分/(%)Tab.1CompositionofmagnesiumoxidepowderMgOSiO2CaOAl2O3Fe2O3loss92.552.682.540.600.960.27表2氧化镁粉煨烧温度及样品编号Tab.2Thecalciningtemperatureandserialnumberofmagnesiumoxidepowder式样编号M-OM-IM-2M-3煨烧温度0800900100OoC2.2试验方法2.2.1 氧化镁活性程度测试方法柠檬酸中和时间测试法柠檬酸中和法的具体操作方式为，先将称好的氧化镁粉样品加入空烧杯中，并将烧杯置于磁力加热搅拌器的台座上，然后加入IoomlO.02molL的柠檬酸溶液，并立即开启磁力加热搅拌器的开关，同时开始计时，随后向反应溶液中滴入10滴酚醐指示剂，记录溶液变为粉红色所需要的时间，即为氧化镁粉完全中和柠檬酸的时间叫试验过程中用温度计监测反应溶液温度，可通过控制磁力加热搅拌器的加热时间来保持反应溶液温度稳定，磁力加热搅拌器搅拌速度始终不变。试验过程见图1,试验中每组氧化镁粉样品中和时间测两次，如果两次数据相差超过30s,则补充再测一次，并且以两次结果相差不超过30s的数据取平均值作为中和时间。Theconcreteoperationofcitricacidneutralizationisthat,firstly,puttingthewellpreparedmagnesiapowdersamplesintoanemptybeaker,andlayingthebeakeronthemagneticheatingstirrerpedestal,thenaddingin100mlof0.02mol/Lofthecitricacidsolution,andimmediatelyswitchonthemagneticheatingstirrer,timingstartsatthesametime,thenadding10dropsofphenolphthaleinindicatorintothereactionsolution,recordingthetimerequiredforthesolutionturnedintopink,thatisthetimeneededforthemagnesiumoxidepowdercompletelyneutralizedthecitricacid4.Usingathermometermonitoringtemperatureofreactionsolutionduringthetestprocess,itcanbeheatedbycontrollingthemagneticstirrerheatingtimetomaintainstabilityofthereactionsolutiontemperatureandthemagneticheatingblendermixingspeedisconstant.Theexperimentprocessisshownasfigure1,thedecaytimeofeachmagnesiapowdersamplewillbemeasuredtwice,Iftwodatavarymorethan30s,thenthesamplewillbemeasuredagain,untilthetworesultsvarynotmorethan30sandthetwodataaveragedasneutralizationtime.每种煨烧温度下的氧化镁粉均称取10个不同质量样品，分别为：1.25g、1.50g、1.75g、2.00g、2.25g、2.50g、2.75g、3.00g、3.25g、3.50g,称量精度要求为土0.005g,测出每组样品的中和时间，并参照一种电工钢专用氧化镁粉活性度曲线测定方法，将测试结果绘制成图，进行分析。10differentqualitysampleshavebeenweightedfromeachcalciningtemperaturemagnesiumoxidepowder,respectively,thatis:1.25g,1.50g,1.75g,2.00g,2.25g,2.50g,2.75g,3.00g,3.25gand3.50g,theweighingaccuracyis±0.005g,measuringthedecaytimeofthosesamples,andreferingtotheAspecialelectricalsteelmagnesiapowderactivateddegreecurvemeasurementmethod"7,mappingtheresultsofdecaytimeintograpesthentoanalyze.2.3.2XRD测试XRD测试采用福州大学测试中心的X/PertProMPD型X射线粉末衍射仪，X射线管的管压为36kV,射线管电流为30mA,扫描步长为0.01°,扫描范围为5。70°。试验前将一定量氧化镁粉样品通过0.075mm的筛子，将过筛后的氧化镁粉末进行XRD试验测试。TheX/PertProMPDtypeX-raypowderdiffractionofFuzhouuniversit