关键词： 脱硅液   煤矸石   水热反应   13X分子筛  

摘要： 以13X分子筛的低成本制备与煤基固废协同利用为目标,利用煤矸石与高铝粉煤灰碱法提铝过程中副产的脱硅液为原料,通过水热反应制备了13X分子筛,实现了两种固废资源的协同利用。考察了水热反应体系水钠比、硅铝比、晶化温度、搅拌速率等因素对合成产物晶型和比表面积的影响规律。通过X射线衍射、红外光谱和扫描电镜等方法对产物结构和形貌的演化过程进行了表征分析。结果表明,在优化工艺为n(SiO_2/Al_2O_3)=3.0,n(Na_2O/SiO_2)=1.9,n(H_2O/Na_2O)=60,室温下老化24 h,100 r·min^(-1)下于95℃水热晶化8 h制备的13X分子筛比表面积为681.7 m^2·g^(-1),相对结晶度94.59%。通过对水热反应过程分析,13X分子筛合成过程前期主要为煤矸石与脱硅液反应形成无定型凝胶,后期为凝胶相溶解和分子筛晶体的生长。

关键词： 镀银铝粉   硅橡胶   导电   电磁屏蔽   热空气加速老化  

摘要： 在硅橡胶混炼胶母胶中填充镀银铝粉制备了几种导电的硅橡胶复合材料,采用扫描电子显微镜观察了镀银铝粉在硅橡胶基体中的分散情况,考察了镀银铝粉填充量对材料微观形貌、邵尔A硬度、拉伸强度及导电性能的影响,结合导电橡胶制品对使用寿命的需求背景,分析了热空气加速老化对导电硅橡胶复合材料填料表面元素含量、物理力学性能、导电性能及电磁屏蔽效能的作用机理。结果表明,随着镀银铝粉填充量的增加,单位面积上铝粉粒子相互接触面积增大并逐渐形成挤压堆积形态;材料的邵尔A硬度逐渐增大,拉伸强度先增大而后基本保持稳定,拉断伸长率呈直线下降趋势;材料电阻率明显降低,最低可达1.2×10^(-3)Ω·cm,导电性能不断提高。经过150℃高温热空气加速老化后,材料内部镀银铝粉颗粒表面的O元素发生较明显的增大;随着老化时间的增加,邵尔A硬度和拉伸强度呈增大趋势,拉断伸长率减小,电阻率呈现规律增大的趋势,电磁屏蔽效能则呈现出相反的变化趋势。

关键词： 纳米铝粉   石蜡   膨胀石墨   复合相变材料  

摘要： 将具有导热系数高,与石蜡相容性较好特点的纳米铝粉加入到液体石蜡中,形成纳米铝粉/石蜡流体,利用膨胀石墨特有的网络状孔隙结构以及对石蜡的高吸附性能,制备出了纳米铝粉/石蜡/膨胀石墨复合相变材料,解决了纳米铝粉在液体石蜡中容易发生团聚和沉降的问题,并通过实验研究了其热物性能。研究结果表明:当石蜡与膨胀石墨质量百分比例为93/7,加入纳米铝粉的质量分数低于3%时,膨胀石墨可以稳定的吸附纳米流体,经反复循环蓄、放热,纳米流体不会出现泄漏问题,且对复合相变材料的体积和蓄热能力没有影响;膨胀石墨的网络状孔隙结构可以抑制纳米铝粉的团聚现象,但随着纳米铝粉含量的增加,纳米颗粒仍会发生团聚现象,复合相变材料的导热系数,蓄、放热速度均呈非线性增加。应控制纳米铝粉的加入量,当纳米铝粉质量分数为2%时,纳米铝粉颗粒未发生明显团聚现象,复合相变材料的热性能较好。

关键词： 提铝残渣   轻质保温   导热系数  

摘要： 以某公司排放的提铝粉煤灰残渣为研究对象,利用激光粒度分析仪、SEM、XRF、XRD等分析测试技术,研究了提铝残渣的粒度分布、颗粒形貌、化学成分、矿物组成等相关性质。以提铝粉煤灰残渣为主要原料,采用压制成型的方法制备了轻质保温板,各组分之间最佳配比为:提铝残渣40%,脱硫石膏15%,砂15%,水30%。

关键词： 片状铝粉   复合颜料   反射率   低明度   低红外发射率  

摘要： 片状铝粉颜料具有独特的随角异色效应以及低红外发射率等优点,可作为低红外发射率颜料应用于节能环保及军事伪装领域。含片状铝粉颜料涂层具有极高的明度,易产生严重光污染、降低军用隐身涂层可见光伪装性能。若添加着色颜料降低涂层明度,会使涂层红外发射率显著升高、热反射能力急剧下降。因此,对片状铝粉颜料进行改性,降低其明度、丰富其色彩,制备低明度、低红外发射率的彩色铝粉颜料成为工程应用中亟待解决的技术难题。本文分析了颜料粒子的散射模型,系统研究了粒子尺寸、取向及涂层粗糙度等因素对粒子散射的影响;通过高能球磨法、热裂解-熔流法等工艺,采用MnO2、Co3O4、NiO等氧化物对片状铝粉颜料进行表面改性,研究温度、时间、质量比等工艺参数对含复合片状颜料涂层可见光、红外光区反射性能,以及明度、色彩、随角异色性能的影响,制备出低明度、低红外发射率的彩色片状铝基复合颜料。论文的主要研究内容和创新点如下:（1）针对片状铝粉颜料的散射特征,基于Mie散射理论模型,研究圆片粒子粒径、厚度及粒子取向对粒子散射的影响规律;基于粗糙表面反射模型,讨论粒子表面粗糙度与反射率之间的关系;针对低红外发射率涂层中片状铝粉颜料平行排列的具体特征,分析颜料粒子取向对涂层整体反射率的影响规律。发现控制片状铝粉的几何尺寸、表面粗糙度是制备低明度、低红外发射率颜料的关键。（2）基于湿法球磨工艺,提出了采用机械合金化机制制备复合片状铝粉颜料的新方法。在球形铝粉粒子片状化的同时,在铝片表面镶嵌MnO2颗粒,形成了完整、致密、结合力强的MnO2改性层,制备低明度、低红外发射率的棕色系Al/MnO2复合颜料粒子。系统研究了初始MnO2添加量和球磨时间与复合颜料粒子粒径、MnO2改性层形貌等特征因素的关系,进一步探究其对复合颜料粒子的光谱反射率、红外发射率、明度等光学特征的影响规律。研究表明在球磨反应时间24h、Al:MnO2摩尔比8:1时制备的Al/MnO2复合颜料粒子性能最佳,样品的L*仅为48.6,ε8-14μm低达0.30,表现出良好的低明度、低红外发射率特性。（3）基于自制片状化铝粉,提出热裂解-熔流法制备壳层完整、光滑、厚度可控的棕色系Al/MnO2复合低红外发射率颜料,研究了热裂解-熔流工艺参数对复合颜料粒子性能的影响规律。发现KMnO4添加量和熔流时间能显著影响MnO2壳层的厚度及MnO2颗粒在铝粉表面的分布状态,从而影响复合颜料粒子的随角异色性质。研究表明在质量比Al/KMnO4=2.3:1、熔流时间为48h时,制备的Al/MnO2复合颜料粒子在15°115°五个观察角颜色差异较大,具有良好的随角异色效应。同时样品的L*由80.09降至70.88,发射率仅上升0.07,表现出良好的可见光/红外兼容特性。（4）基于自制片状化铝粉,采用热裂解-熔流法制备了具有低明度、低红外发射率的棕色系Al/Co3O4和灰色系Al/NiO复合颜料粒子,丰富了铝基复合颜料粒子的色系。研究发现前驱体中碱式碳酸盐添加量和熔流温度是影响铝基复合颜料粒子性能的主要因素。制备的Al/Co3O4复合颜料粒子在发射率上升0.06的前提下,L*由81.4降至69.2,红外发射率变化不大,同时降低明度效果明显。制备的Al/NiO复合颜料粒子L*由81.4降至75.9,发射率仅上升0.03,同时表现出特殊的灰色系,可作为新型低明度铝粉颜料应用于低红外发射率涂料中。本文制备的棕色系、灰色系铝基复合颜料粒子可作为新型铝粉颜料应用于低红外发射率涂料中,实现可见光/红外隐身兼容性能。在红外发射率同为0.41时,将铝粉颜料的明度L*值由80.09降至52.80,仅颜料粒径稍大。该系列颜料在保持涂层低红外发射率的前提下,有效降低涂层的明度,有望发展为新型的可见光/红外兼容隐身颜料。

关键词： 高铝粉煤灰   多孔陶瓷   阶梯等温膨胀法   陶瓷过滤膜  

摘要： 陶瓷膜管的结构包含支撑体,过渡层和过滤层三个部分。本文以固体废弃物高铝粉煤灰为原料,使用添加造孔剂的方法制备高铝粉煤灰陶瓷膜管支撑体,探究其中间过渡层陶瓷膜和过滤层陶瓷膜的涂覆和烧结工艺。使用一系列手段对高铝粉煤灰多孔陶瓷的物相组成、抗弯强度、孔隙率、孔径分布以及显微形貌等方面进行表征和测试,并使用Makipirtti-Meng经验速率方程分析高铝粉煤灰多孔陶瓷的烧结动力学。高铝粉煤灰多孔陶瓷膜管在过滤性能和机械强度方面与传统的氧化铝多孔陶瓷膜管相媲美,但是其制造成本大大降低,不仅可以解决令人头疼的固体废弃物环境污染问题,还可以“以废治废”,具有较高的社会意义以及一定的经济价值。本文以高铝粉煤灰为原料,淀粉和碱式碳酸镁作为造孔剂,添加高分子粘结剂,分别在1200-1500℃烧结温度下制备5组不同含量的多孔陶瓷样品,并测试其孔隙率、收缩率、气通量、水通量、抗折强度等性能。实验结果表明,烧结温度和造孔剂的种类和含量对多孔陶瓷的性能影响显著。碱式碳酸镁造孔作用明显优于淀粉,且随着造孔剂含量的增高,孔隙率,气通量,水通量逐渐升高,抗折强度略有降低。随着烧结温度的升高,气通量、水通量先增后减,在1350℃时达到最大值4854.24 m3m-2h-1bar-1、48.61 m3m-2h-1bar-1。综合考虑,添加质量分数为20%的碱式碳酸镁作为造孔剂,在1350℃温度下烧结2h,制备得到的高铝粉煤灰多孔陶瓷支撑体性能最佳。使用浸渍涂覆法在高铝粉煤灰支撑体上涂覆粒径为5μm的陶瓷粉体颗粒层,获得平均孔径为1.22μm的中间过渡层;涂覆粒径为500nm的陶瓷粉体颗粒层获得平均孔径为0.45μm的过滤层陶瓷膜。通过对其力学性能、过滤性能以及显微形貌的研究,探讨得出:中间过渡层陶瓷膜在1400℃温度时烧结2h,过滤层陶瓷膜在1000℃温度时烧结2h得到的氧化铝陶瓷膜具有较佳的机械性能,抗弯强度为8.31MPa,能够满足日常工作需求;同时它还具有良好的渗透性,其气通量为2222.2m3m-2h-1bar-1,孔径分布窄,过滤精度高。使用Makipirtti-Meng经验速率方程分析处理高铝粉煤灰多孔陶瓷样品的阶梯等温收缩(SID)数据,计算其烧结活化能。结果发现,高铝粉煤灰多孔陶瓷在烧结过程中只有一种烧结机制:1250-1400℃,其烧结活化能为679.28 kJ/mol。烧结机理可以理解为高铝粉煤灰中的Al2O3和SiO2随着温度的升高逐渐转变为莫来石(3 Al2O3·2SiO2)的烧结过程。此外,该计算结果进一步验证了陶瓷原料物相越复杂,杂质越多,烧结活化能越高的规律。

关键词： 高铝粉煤灰   协同活化   深度脱硅   活化指数   莫来石  

摘要： 高铝粉煤灰产生于我国内蒙古中西部、山西北部和宁夏东部地区,年排放量达3000万吨,其中Al2O3和SiO2含量分别高达40%和35%以上,主要以莫来石-刚玉相和非晶相形式存在。针对其资源特点,制备以莫来石为代表的铝硅系耐火材料已成为高铝粉煤灰资源化利用的重要途径。本文针对粉煤灰原料铝硅比低、杂质含量高的问题,提出了机械-化学协同活-化深度脱硅除杂制备莫来石新工艺,重点开展了非晶相SiO2多场温和活化、酸活化过程硅溶胶凝胶化调控、晶相/非晶相高效剥离机理、深度脱硅动力学等研究;进一步开展了耦合调控活化酸液制备聚合氯化铝、脱硅粉煤灰物性调控制备莫来石、物质流分析与全流程工艺优化等研究,形成了高铝粉煤灰协同活化-深度脱硅制备莫来石耐火材料多联产技术体系。主要研究内容和结论如下:（1）开展了机械、化学、微波单独和协同活化方式对非晶态SiO2反应活性的影响规律研究,提出"活化指数"用于评价其反应活性,确定了机械-化学活化为最优活化方式,并完成工艺优化,活化指数可达12.4%,较粉煤灰原料反应活性提高8倍,同时Ca、Fe、Mg等杂质含量均可降低至1%以下。进一步开展了协同活化机理研究,采用电子探针、核磁等分析发现协同活化过程可有效降低其晶相/非晶相嵌粘夹裹程度,促进惰性玻璃相Q4（3A1）结构转化为活性较高的Q4（2A1）和Q2（1A1）,增加Si-O-活性作用位点,实现杂质的深度脱除和非晶态SiO2反应活性的大幅提高。（2）基于DLVO理论和Zeta电位理论,建立了电位、粘度及pH实时监测一体化平台,结合TEM及in-situ FTIRS分析突变过程胶体粒子形貌及Si-O-Si配位变化,进一步考察了不同价态阳离子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+）和阴离子（Cl-、Br-、I-、NO3-、SO42-、PO43-）对硅溶胶凝胶化过程的影响,研究发现离子价态和浓度过高极易破坏双电层结构,促进凝胶化过程。因此,选择盐酸作为活化酸液,通过控制体系pH小于1.9,并调控溶液中阳离子含量,可有效缓解凝胶转化过程,提高液固分离效率。（3）针对脱硅正交实验结果,考察了不同因素对脱硅率及矿相变化的影响,在优工艺条件下,脱硅率可达60%,铝硅比可达2.8,钠含量可控制在0.5%以下;进一步开展了非晶相复杂配位Al-O-Si变化规律、元素赋存状态及转化规律、颗粒孔道结构、矿相及形貌变化规律等研究,发现脱硅反应主要是碱介质强化进攻非晶态SiO2,同时高效破坏非晶相中Al-O-Si配位结构,实现非晶态SiO2的高效剥离;基于脱硅工艺及机理分析,开展了脱硅动力学研究,明确了脱硅反应前期受表面反应控制,反应后期受固膜扩散控制,实现了非晶态SiO2高效脱除同时避免副反应发生,为脱硅过程的有效控制、工程设计与放大提供基础数据。（4）开发了耦合调控制备聚合氯化铝关键技术,考察了不同因素对聚合氯化铝制备过程的影响,在优化条件下,钙离子的架桥作用促进铝离子高效聚合,得到聚合氯化铝产品中Al2O3含量高达11%,盐基度为76%,密度为1.1g/mL,其性能指标均满足国标要求。开发了脱硅粉煤灰物性调控制备莫来石关键技术,考察了不同因素对莫来石关键指标体积密度和显气孔率的影响,在优化条件下,莫来石晶粒生长为棒状莫来石,得到的莫来石产品氧化铝含量高于70%,体积密度高于2.85g/cm3,显气孔率小于0.5%,其性能指标均满足国标要求。在此基础上进行了整体工艺物料衡算、物质流分析和初步经济性评价,为工程放大提供关键基础数据。

关键词： 高铝粉煤灰   镓   水热   CuO-Ga2O3   气敏性能  

摘要： 本文首先介绍了粉煤灰的性质及其对生态环境的危害,通过对粉煤灰成分和性质的分析,总结了粉煤灰在农业、冶金、建筑等领域的应用。由于镓的稀散性以及在太阳能电池、半导体材料、计算机芯片、磁性材料等领域的应用,介绍了从粉煤灰中提取镓的研究进展。同时也详细介绍了金属复合氧化物的制备方法及其在气体传感器上的应用。为了提高粉煤灰的综合利用价值,利用水热活化法对烧结处理的粉煤灰进行酸浸实验,分别探讨了烧结过程中烧结温度、烧结时间以及酸浸过程中浸取液酸度、液固比、温度和时间等因素对粉煤灰中镓的浸出效果的影响。实验结果表明:当烧结温度为800℃、烧结时间为2 h、浸取液酸度为6 mol/L、液固比为15:1（mL:g）、浸取温度为140℃、浸取时间为2 h,粉煤灰中镓的浸出率为89.7%。采用水热碱溶法浸取焙烧处理的粉煤灰,利用单因素实验和多因素实验研究了反应温度、钙硅比、碱液浓度、液固比、反应时间等因素对粉煤灰中镓溶出效果的影响。综合镓的溶出率以及反应成本等因素,确立了浸取镓的较优条件。试验结果表明:水热碱溶的最优条件应为反应温度为180℃、钙硅比为1:1、碱液浓度为200 g/L、液固比为20:1、反应时间为3.0 h。在最优条件下,粉煤灰中镓的浸出率可达87.84%。采用微波碱溶法浸取焙烧处理的粉煤灰,研究了热处理温度、热处理时间、添加剂比例、微波反应温度、钙硅比、碱液浓度、液固比、微波反应时间等因素对镓溶出效果的影响。试验结果表明:微波碱溶的最优条件应为热处理温度850℃、热处理时间2 h、添加剂比例1:1、反应温度为90℃、钙硅比为1:1、碱液浓度为200 g/L、液固比为14:1、反应时间为40 min。在较优条件下,粉煤灰中镓的浸出率可达82.28%。利用溶胶凝胶法制备出了CuO-Ga2O3复合物,分别采用XRD、SEM、IR、UV-vis、氮吸附等方法对复合物进行表征,并研究了在不同热处理温度下,复合物材料对常见气体的灵敏度和选择性的影响。实验结果表明凝胶粉在热处理温度为600℃时,得到的CuO-Ga2O3复合物对乙醛具有较高的灵敏度和选择性,在室温的工作温度下,该复合物对应的气敏元件对乙醛有较高的灵敏度和选择性。

关键词： 模板法   球形氧化铝   阿拉伯树胶粉   P123   纳米材料  

摘要： 以阿拉伯树胶粉、阿拉伯树胶粉和P123混合试剂为模板,以硫酸铝为铝源,尿素为沉淀剂,采用模板法合成纳米球形氧化铝。用XRD、IR、SEM、TEM、N2吸附脱附分析测试手段对所制取的氧化铝进行表征,研究合成温度、合成时间、模板的添加量、混合模板的质量比以及煅烧温度对氧化铝结构特征的影响。实验表明在以阿拉伯树胶粉为模板时,合成温度、合成时间和阿拉伯树胶粉的添加量对氧化铝的形貌和结构有着较大影响。当合成温度为140℃,合成时间为3h,阿拉伯树胶粉为1.0g时,所制备的前驱体在600℃下煅烧2h获得球形的氧化铝,所制备氧化铝颗粒的球形度较高,比表面积为184.6m3/g,平均孔径在3.6nm和8.5nm左右。其中,孔径较小的呈现集中分布,孔径较大的分布比较宽。与阿拉伯树胶粉作模板相比,双模板(阿拉伯树胶粉和P123)在水系环境下合成的氧化铝在形貌和结构上均表现不同。当P123和阿拉伯树胶粉的质量比为1:1时,所制备的氧化铝形貌特征最佳,尺寸均一、分散性较好,平均孔径在13.1nm左右,孔径分布较宽,比表面积为159.1m2/g,孔容为0.30cm3/g。实验表明P123的添入有助于氧化铝晶体结构的发育。氧化铝前驱体在不同煅烧温度下制备的氧化铝在形貌和结构上均有一定的差异。研究表明,当温度为600℃时,氧化铝颗粒的形貌特征最佳,大多数为球状,颗粒的表面光滑,孪生现象较低。随着煅烧温度的升高,产物从无定型态薄水铝石转变为γ-Al2O3,进而转变为α-Al2O3。

关键词： 纳米铝粉   活性铝含量   石蜡   全氟十四酸   复合粒子  

摘要： 纳米铝粉是一种新型金属燃料,具有能量密度高、低温氧化性能等优点,并且可以显著提高推进剂的燃速和降低压力指数,因此常被用作固体推进剂的添加剂。纳米铝粉具有粒径小、比表面积大和表面能高等特点,但是其暴露在空气中时,极易与氧气发生反应生成一层致密的氧化膜(Al2O3)。生成的Al2O3会导致纳米铝粉的稳定性下降,从而影响纳米铝粉在推进剂中的使用,也给贮存带来了一定的难度。因此,需要对纳米铝粉进行有效的表面改性处理,以保持其活性,并改善其贮存性能。本文选用石蜡和全氟十四酸为表面包覆材料,使用液相化学法对纳米铝粉进行表面改性,分别制备了纳米铝粉、纳米铝粉/石蜡复合粒子和纳米铝粉/全氟十四酸复合粒子,通过多种表征手段对所制备的复合粒子的粒径、形貌和结构进行表征,并且对比了这三种包覆材料对纳米铝粉的活性保持效果,具体研究内容如下:(1)纳米铝粉粒子的制备:使用液相化学法,以甲苯为溶剂,以无水AlCl3、N(Et)3和LiAlH4为原料,在惰性气体保护下制备得纳米铝粉。结果表明,纳米铝粉粒子呈球形,粒径范围为80nm-120nm,平均活性铝含量为75.5%。为了进一步探究纳米铝粉粒子的活性,在常温常压下将其存放两个月,对其进行活性铝含量测定。相较于两个月前的结果,活性铝含量下降了 30.4%。(2)纳米铝粉/石蜡复合粒子的制备:通过液相化学法,成功地制备了形貌规整的纳米铝粉/石蜡复合粒子,复合粒子呈球形,粒径范围为80nm-120nm;FTIR结果表明,石蜡以物理沉积的方式包覆在纳米铝粉表面。纳米铝粉/石蜡复合粒子活性铝含量为80.8%,两个月后活性铝含量下降了 1.7%。(3)纳米铝粉/全氟十四酸复合粒子的制备:在(1)的制备条件下,通过加入全氟十四酸的无水乙醚溶液,制备了纳米铝粉/全氟十四酸复合粒子。所得到的复合粒子呈球形,粒径范围为80nm-100nm,复合粒子晶型良好;FTIR结果表明,全氟十四酸以化学键合的形式附着在纳米铝粉表面,对制备出的纳米铝粉/全氟十四酸复合粒子进行活性测试,活性铝含量为80.0%,两个月后活性铝含量下降了 3.8%。结果表明,石蜡和全氟十四酸都能有效地阻止了纳米铝粉的氧化,保持了纳米铝粉的活性,石蜡包覆的效果更好。