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。

关键词： AlON   固溶体   水热法   高温煅烧过程  

摘要： 尖晶石型氧氮化铝（γ-AlON,以下称AlON）是A1203和AlN的固溶体或被称为氮稳定的立方相氧化铝。作为多元透明陶瓷的代表,AlON拥有许多的优异性能,可以应用到现代很多领域。我们提出了一种“水热Al粉-高温固相煅烧技术”方法制备AlON粉体。这种制备AlON的方法简便,煅烧的温度低,保温的时间短且合成的粉体具有优良的性能。本文的研究内容主要包括以下两个方面:（1）通过水热微米级铝粉的方法合成出含氧的先躯体,将先驱体经过X射线衍射以及扫描电子显微镜技术手段进行表征,其主晶相为AlOOH和Al。在水热过程中,针对水热温度（T）、水热时间（t）、溶液的pH值和初始加入铝粉的质量（m）对于先躯体形成的影响进行了研究。在本论文中,通过优化过程中的各项水热工艺参数,通过高温煅烧技术得到AlON（本论文中晶体对应的PDF卡片为JCPD 01-080-2171和JCPD 01-048-1579）。通过实验结果可得出结论:无论在酸性条件或碱性条件,延长水热保温时间、提高水热温度、增加初始加入铝粉质量均有利于AlOOH相生成。（2）通过在N2氛下高温煅烧不同先躯体的方法来对水热工艺参数进行优化。实验结果表明,最佳水热条件为:溶液的pH=7,水热温度为T=180℃,水热保温时间t=120h,且Al的质量与蒸馏水的体积比为mAl（g）:V蒸馏水（mL）=4:55。在高温煅烧过程,研究了该过程中加入石墨与活性炭、煅烧添加物B4C,h-BN（六方相）,c-BN（立方相）时的影响并对煅烧过程中的煅烧温度和煅烧保温时间进行了优化。经过TG-DTA和XRD技术手段对产物的表征,结果表明,在促进AlON形成方面,石墨的促进效果要好于活性炭且煅烧时石墨与先躯体的最佳质量比为1:6。煅烧过程中添加物的加入,明显促进了 AlON的生成,例如,h-BN的加入明显提高了 AlON生成量,而B4C和c-BN两者对AlON生成的增强作用较弱,此外,B4C和c-BN两者的加入导致了大量α-Al203相的出现;研究表明,h-BN的最佳加入量为先躯体与石墨总质量的15%,在N2氛下的高温煅烧过程,最佳的煅烧温度和煅烧的保温时间为在1580℃保温4h。综上所述,该方法具有实验条件简单,成本低和生成AlON的温度较低等优势,通过调整并优化水热和高温煅烧过程中各项工艺参数从而获得纯相的AlON粉体。

关键词： 白炭黑   化学沉淀   补强  

摘要： 以高铝粉煤灰酸法提铝为原料,在常压下通过碱溶使原料中的Si O2转化为硅酸钠,再利用化学沉淀法,制备了超细白炭黑;采用粒度仪、白度仪、SEM、XRD等方法对制备的白炭黑进行了表征。结果表明:该白炭黑纯度高,粒度细,比表面积大,对高分子聚合物的补强效果明显。该方法工艺简单,成本低廉,既解决了尾矿堆积问题,又大大降低了白灰黑的生产成本,对白炭黑的生产具在重要指导意义。

关键词： 烟火药   高氯酸钾/碳纳米管(KClO4/CNTs)   纳米复合材料   发光强度  

摘要： 为了研究纳米复合材料与铝粉基烟火药的发光强度,基于NH4Cl O4和KOH的复分解反应制备了高氯酸钾/碳纳米管(KCl O4/CNTs)纳米复合材料。用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)表征了其结构。化学分析测试了纳米复合材料中各组分的含量,测定了KCl O_4/CNTs-Al、KCl O4-CNTs-Al、KCl O_4-Al不同烟火药配方的发光强度。结果表明,KCl O_4能够有效附着在CNTs的表面且包覆完全,制备的KCl O_4/CNTs复合材料的粒径为74.0 nm,用化学分析法测得KCl O_4/CNTs中两种物质的质量比为78∶22。与KCl O_4-CNTs-Al和KCl O4-Al烟火药相比,KCl O_4/CNTs-Al(77/23)烟火药的发光强度分别提高了39.4%和88.2%。这种发光强度的提高是由于KCl O_4的纳米化、CNTs的催化与燃烧,其中KCl O_4的纳米化对这种发光强度的贡献优于CNTs。

关键词： 硅钙渣   硅灰石   微晶玻璃   粉煤灰  

摘要： 以高铝粉煤灰提铝硅钙尾渣为主要原料,采用烧结法制备了硅灰石微晶玻璃。利用DTA、XRD和SEM分析方法研究了热处理制度、硅钙渣用量对微晶玻璃的晶化过程、显微结构及物化性能的影响。结果表明:核化时间与晶化时间的延长有助于硅灰石晶体的定向生长与紧密排列,对微晶玻璃的力学性能影响显著,而晶化温度与核化温度的影响则相对较小;随着硅钙渣的用量增加,微晶玻璃中硅灰石的析出能力增强,当其用量为70.98%,在800℃下核化热处理90 min,920℃晶化处理90 min时,可制备出单一晶相的硅灰石微晶玻璃。

关键词： 高纯度   氧化铝粉   制备方法  

摘要： 高纯度的氧化铝凭借自身良好的物化特性,在电子、机械、光学、化工等领域有着非常广泛的应用,属于一种非常重 要的特种功能材料。本文对高纯氧化铝粉的制备方法进行了简要分析,总结了相关领域的研究进展。

关键词： 球形铝粉   片状铝粉   制备   活性铝含量   氧化反应活性  

摘要： 采用立式球磨机,在乙酸乙酯溶剂中对平均粒径14μm的球形铝粉进行球磨,制备了具有高活性的片状铝粉。采用激光粒度仪和扫描电子显微镜（SEM）对铝粉球磨前、后的粒度及形貌进行了分析。用X射线粉末衍射（XRD）对铝粉球磨前、后晶型进行了表征,发现球磨2 h后,得到的粒径大小为1μm的片状铝粉,其晶形与原料铝粉晶形一致。通过氧化还原滴定法测试了球磨前、后铝粉中活性铝的质量分数,分别为90.41%和98.42%。采用TG-DSC法对球磨前、后的铝粉进行了热反应特性研究,发现片状铝粉在480～980℃时,氧化增重84.8%,氧化反应活性明显高于原料铝粉。因此,铝粉片状化能够提高推进剂以及火炸药体系的能量。