高温焙烧对石英砂表面的影响[1]VIP专享VIP免费

第25卷第4期2005年12月矿物学报ACTAMⅡ^IOGI(sINI(v01．25．No．4Dee．，2005文章编号：10004734(2005)04-0385．04高温焙烧对石英砂表面的影响赵中魁，孙清洲，张普庆，荆海鸥，孙益民2(1．山东建筑工程学院材料科学与工程学院，山东济南250101；2．山东大学材料科学与工程学院，山东济南250069)摘要：采用电子探针和透射电子显微镜研究了石英砂经900℃高温焙烧前后表面元素和杂质相颗粒的变化。结果表明：石英砂表面的0／$i比偏离si的化学比例，高温焙烧后其表面的0／$i比接近为2。石英砂表面存在大量纳米尺寸的杂质相，高温焙烧使杂质相脱落，增大了石英的裸露表面积。关键词：石英砂表面；焙烧；杂质相颗粒；O／Si比中图分类号：P574．1；P579文献标识码：A作者简介：赵中魁，男，1969年生，博士，副教授，主要从事新材料开发与研制，E-mail：jorezhk@163．coin．石英砂是重要的造型材料，然而砂粒表面被各种杂质、氧化物包围，真正裸露的表面非常少。为了提高铸造粘结剂与石英砂之间的粘结强度，必须保证石英砂表面尽可能干净。为此，人们常常采取擦洗、酸清洗等方法去除石英砂表面杂质，提高型(芯)砂的强度【1．。实验发现，热法再生砂或高温焙烧的原砂可以在粘结剂加入量不变的情况下，提高砂型性能【3．4J。然而，对石英砂的表面特性，尤其焙烧对石英砂的表面的影响研究较少。本文对焙烧前后的石英砂表面特性进行研究，探讨焙烧提高石英砂的表面活性的原因。1实验材料与方法先把大林砂在擦洗机中擦洗20rain，然后用清水漂洗，以去除泥分。擦洗时砂与水的质量比为7：3。把经过擦洗过的砂在105℃烘干，并以其为研究对象。石英砂在900oc焙烧15rain2次和5次后冷却到室温。采用电子探针测量石英砂表面的元素及其含量，并用透射电子显微镜高倍观察石英砂的表面。2试验结果电子探针检测发现，未焙烧的砂粒表面的O／Si比较大地偏离了Si02的化学式的比例2，石英砂有些表面的O／Si比为1．80～1．90，有些为2．3～2．5，见表1。部分石英砂表面还含有杂质元素，如Ig、№、K、、Ca、Fe等元素，这些元素可能以氧化物或氢氧化物形式存在[引，其中Fe可能以FeOOH型式存在【刮。表1未焙烧的大林砂表面的成分及其含量(B／％)rable1．Elementsandtheircontentsofthesu出ceofrawDalinsaIld8(％)0si30．3o28．8635．6435．5935．4428．8730．0034．6330．09AlNaKCaFeSO／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：()内的数据为假定杂质元素为氧化物并去除其中的氧含量后的O／Si比收稿日期：2005-04419基金项目：山东自然科学基金资助项目(y2003l03)盟2，4维普资讯http://www.cqvip.com386矿物学报2oo5拄焙烧后的石英砂表面仍含有Mg、Na、K、Al、Ca、Fe等元素，但附着在砂粒表面的羟基将发生分解，附着的杂质将主要以氧化物形式存在。同时，O／Si比接近2，与Si02的化学成分比靠近，并且焙烧次数越多，石英砂表面的O／Si比越接近2，见表2和表3。表2焙烧二次的大林砂表面的成分及其含量(xB／％)Table2．ElementsandtheircontentsofthesurfaceofDalinsandsaftertwicecaleinalion(％)注：()内的数据为假定杂质元素为氧化物，并去除其中的氧含量后的o／si比表3焙烧5次的大林砂表面的成分及其含量(xs／％)Table3．ElementsandtheircontentofthesurfaceofDalinsandsafterfive-timescalcination(％)序号0SiMgAINaKCaFeO／Si66．3366．7263．6965．4062．8o67．39O．17O．163．381．187．14O．875．231．44O．18O．52O．580．430．41注：()内的数据为假定杂质元素为氧化物，并去除其中的氧含量后的O／Si比图1为未焙烧的大林砂的TEM照片，从图中可以看出，砂粒表面不是光洁的眙面，其上分布着杂质相颗粒。在不同的颗粒和不同的位置，这些杂质相颗粒的数量、大小不同。图1a中砂粒表面大部分覆盖着的各种尺寸的杂质颗粒；图1b中的杂质相颗粒既有直径为80nnl左右的大颗粒，也有几个纳米尺度的微小颗粒，它们大量而散乱地分布在砂粒表面；图1c中的杂质相颗粒比较...