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1、高溫焙燒對石英砂表面的影響第25卷第4期2005年12月礦物學(xué)報ACTAMⅡ^IOGI(sINI(v01.25.No.4Dee.,2005文章編號:10004734(2005)04-0385.04高溫焙燒對石英砂表面的影響趙中魁,孫清洲,張普慶,荊海鷗,孫益民2(1.山東建筑工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院,山東濟(jì)南250101;2.山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,山東濟(jì)南250069)摘要:采用電子探針和透射電子顯微鏡研究了石英砂經(jīng)900℃高溫焙燒前后表面元素和雜質(zhì)相顆粒的變化.結(jié)果表明:石英砂表面的0/$i比偏離si的化學(xué)比例,高溫焙燒后其表面的0/$i比接近
2、為2.石英砂表面存在大量納米尺寸的雜質(zhì)相,高溫焙燒使雜質(zhì)相脫落,增大了石英的裸露表面積.關(guān)鍵詞:石英砂表面;焙燒;雜質(zhì)相顆粒;O/Si比中圖分類號:P574.1;P579文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A作者簡介:趙中魁,男,1969年生,博士,副教授,主要從事新材料開發(fā)與研制,E-mail:jorezhk@163.coin.石英砂是重要的造型材料,然而砂粒表面被各種雜質(zhì),氧化物包圍,真正裸露的表面非常少.為了提高鑄造粘結(jié)劑與石英砂之間的粘結(jié)強(qiáng)度,必須保證石英砂表面盡可能干凈.為此,人們常常采取擦洗,酸清洗等方法去除石英砂表面雜質(zhì),提高型(芯)砂的強(qiáng)度【1..實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),熱法
3、再生砂或高溫焙燒的原砂可以在粘結(jié)劑加入量不變的情況下,提高砂型性能【3.4J.然而,對石英砂的表面特性,尤其焙燒對石英砂的表面的影響研究較少.本文對焙燒前后的石英砂表面特性進(jìn)行研究,探討焙燒提高石英砂的表面活性的原因.1實(shí)驗(yàn)材料與方法先把大林砂在擦洗機(jī)中擦洗20rain,然后用清水漂洗,以去除泥分.擦洗時砂與水的質(zhì)量比為7:3.把經(jīng)過擦洗過的砂在105℃烘干,并以其為研究對象.石英砂在900oc焙燒15rain2次和5次后冷卻到室溫.采用電子探針測量石英砂表面的元素及其含量,并用透射電子顯微鏡高倍觀察石英砂的表面.2試驗(yàn)結(jié)果電子探針檢測發(fā)現(xiàn),未焙燒的砂粒
4、表面的O/Si比較大地偏離了Si02的化學(xué)式的比例2,石英砂有些表面的O/Si比為1.80～1.90,有些為2.3～2.5,見表1.部分石英砂表面還含有雜質(zhì)元素,如Ig,№,K,,Ca,Fe等元素,這些元素可能以氧化物或氫氧化物形式存在[引,其中Fe可能以FeOOH型式存在【刮.表1未焙燒的大林砂表面的成分及其含量(B/%)rable1.Elementsandtheircontentsofthesu出ceofrawDalinsaIld8(%)0si30.3o28.8635.6435.5935.4428.8730.0034.6330.09AlNaKCaFe
5、SO/SiI.740.390.472.206(2.090)4.I120.59I.13O.27O.99O.342.2o7(,.897)0.281.8031.8091.8212.4632.3331.8872.32366.8663.7l64.2764.4164.5671.1370.0065.3769.9l注:()內(nèi)的數(shù)據(jù)為假定雜質(zhì)元素為氧化物并去除其中的氧含量后的O/Si比收稿日期:2005-04419基金項(xiàng)目:山東自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(y2003l03)盟2,4386礦物學(xué)報2oo5拄焙燒后的石英砂表面仍含有Mg,Na,K,Al,Ca,Fe等元素,但附著在砂
6、粒表面的羥基將發(fā)生分解,附著的雜質(zhì)將主要以氧化物形式存在.同時,O/Si比接近2,與Si02的化學(xué)成分比靠近,并且焙燒次數(shù)越多,石英砂表面的O/Si比越接近2,見表2和表3.表2焙燒二次的大林砂表面的成分及其含量(xB/%)Table2.ElementsandtheircontentsofthesurfaceofDalinsandsaftertwicecaleinalion(%)注:()內(nèi)的數(shù)據(jù)為假定雜質(zhì)元素為氧化物,并去除其中的氧含量后的o/si比表3焙燒5次的大林砂表面的成分及其含量(xs/%)Table3.Elementsandtheirconte
7、ntofthesurfaceofDalinsandsafterfive-timescalcination(%)序號0SiMgAINaKCaFeO/Si66.3366.7263.6965.4062.8o67.39O.17O.163.381.187.14O.875.231.44O.18O.52O.580.430.41注:()內(nèi)的數(shù)據(jù)為假定雜質(zhì)元素為氧化物,并去除其中的氧含量后的O/Si比圖1為未焙燒的大林砂的TEM照片,從圖中可以看出,砂粒表面不是光潔的眙面,其上分布著雜質(zhì)相顆粒.在不同的顆粒和不同的位置,這些雜質(zhì)相顆粒的數(shù)量,大小不同.圖1a中砂粒表面大部
8、分覆蓋著的各種尺寸的雜質(zhì)顆粒;圖1b中的雜質(zhì)相顆粒既有直徑為80nnl左右的大顆
