煅烧时间对氧化镁粉反应活性程度的影响研究.docx

煨烧时间对氧化镁粉反应活性程度的影响研究摘要：本文采用柠檬酸中和法测定轼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燃烧温度的变化规律，并且对氧化镁粉进行了XRD,从微观角度解释燃烧时间对氧化镁粉反应活性程度的影响。试验结果表明，随着煨烧时间的升高，氧化镁的反应活性逐渐降低，煨烧时间越久，氧化镁反应活性降低程度越大，颗粒集中程度越大，这是因为随着煨烧时间的升高，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。关键词，氧化镁活性；煨烧时间：反应活性程度：XRD0.引言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。秦麟卿等采用X射线衍射法来测定氧化镁的活性，采用Hall法，计算Mgo的平均晶粒大小和晶格畸变，希望从晶体的角度来分析氧化镁的活性；徐建平等采用FTIR-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MgO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燃烧变化规律；刘波等采用水化法来进行氧化镁中活性含量的测定；王宝和等从宏观角度角度上（柠檬酸法）研究煨烧工艺对纳米氧化镁粉体活性影响。目前针对煨烧时间对氧化镁粉体活性反应程度的影响研究较少，尤其是结合宏观与微观去分析煨烧条件对氧化镁粉体活性反应程度的影响研究。因此本文通过结合宏观试验（柠檬酸活度曲线法）以及微观试验（XRD）,综合分析煨烧时间对氧化镁粉体活性反应程度的影响研究。1试验研究1.1 试验材料1.1.1 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N90%）,其化学成分见表1。表1氧化镁粉的化学成分Tab.lCompositionofmagnesiumoxide化学成分MgOSi02CaOAI2O3Fe2O3loss含量（）92.552.682.540.600.960.271.1.2 磷酸二氢钾：采用福州台江区品杰试验仪器有限公司提供的白色棱柱状晶体颗粒状磷酸二氢钾（KH2PO4,缩写成P）,工业级，含量98%°1.1.3 柠檬酸溶液：采用天津市致远化学试剂有限公司生产的柠檬酸(C6KO7H2O),分析纯级，白色颗粒状晶体；其中0.02molL柠檬酸溶液由2.1±0.05g柠檬酸溶于50Oml水中制得。1.1.4 硼砂：采用由辽宁省大石桥市兴鹏复合配有限公司生产的硼砂(Na2B4O7lOH2O,缩写成B),工业级，含量N95%。1.1.5 酚醐乙醇溶液：采用由0.5g酚酰溶于IOoml纯度95%以上的乙醇中制得的溶液。1.2 二次Jg烧氧化镁本试验所需的辽宁省海城市群利矿业有限公司生产的氧化镁是经过一次煨烧生产，由于本文研究煨烧时间对氧化镁粉体活性反应程度的影响，需要对氧化镁进行在高温电炉中进行二次煨烧，每次燃烧氧化镁的质量固定为8kg,具体氧化镁煨烧条件以及编号见表2。表2氧化镁粉煨烧温度及编号Tab.2Calciningtimesandserialnumberofmagnesiumoxidepowder式样编号M-IM-2M-3M-4二次煨烧温度/0900900900煨烧时间/h01.01.52.02试验方法2.1氧化镁活性程度测试方法本试验采用柠檬酸中和时间测试法测试氧化镁活性程度，其中柠檬酸中和法的具体操作方式：先将称好的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，立即开启磁力加热搅拌器的开关，同时开始计时，然后向反应溶液中滴入10滴酚l指示剂，记录溶液变为红色所需要的时间，即为氧化镁粉完全中和柠檬酸的时间。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。试验中每组氧化镁粉样品中和时间测两次，如果两次数据差别超过30s,则补充再测一次，并且以两次相差不超过30s的数据取平均值作为中和时间。柠檬酸中和时间测试法的试验过程见图Io每种燃烧时间下单额氧化镁粉均称取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±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。(a)变色前(b)变色后图I氧化镁粉活性测定Fig.1Activitydeterminationofmagnesiumoxidepowder2.2XRD测试采用福州大学测试中心的X/PertProMPD型X射线粉末衍射仪。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，测定同一煨烧温度下不同煨烧温度下氧化镁粉晶体的衍射谱线。3试验结果与讨论3.1 柠檬酸中和时间曲线一瓶化镁活性曲线按照2.1的氧化镁活性程度测试方法将柠檬酸中和时间测试结果绘制成图，其柠檬酸中和时间结果图见图2所示，为进一步分析不同燃烧温度下的氧化镁粉的颗粒分布集中程度，将实际测得的氧化镁粉活性度曲线按相同方式进行线性拟合，其拟合结果见图3所示，以及拟合曲线图的参数见表3表示。图2氧化镁粉活性度曲线图Fig.2 Activated degree curve of magnesium oxide powder图3氧化镁粉活性度线性拟合图Fig.3 Linear fitting of Magnesia powder active degree表3拟合曲线参数表Tab.3Fittingcurveparametertable氧化镁粉编号M-IM-2M-3M-4Equationy=a+bxResidualsumofsquares0.781785.24764.499932.92657Adj-R-Square0.958030.914590.934510.96214Intercept(a)7.6286114.2288516.1722417.62067Standarderror0.341580.884970.81950.66088Slope(b)-1.97794-3.52752-3.75758-4.03733Standarderror0.137670.356670.330290.26636由图2的氧化镁粉活性度曲线图可知，本试验所测的二次煨烧氧化镁粉活性度曲线为非线性曲线，并且曲线总体下凹，但不同搬烧时间下的氧化镁粉活性度曲线的下凹程度不同，其中M-I组即未二次煨烧的氧化镁粉活性度曲线十分接近宜线，经900高温煨烧之后，氧化镁活性度曲线弧度变大，曲线位置逐渐上升，由此可得，初始氧化镁粉活性程度比较均匀，经过二次煨烧之后,氧化镁粉的活性均匀程度和反应活性均变差,并且随着煨烧时间的增加，氧化镁粉活性度曲线弧度逐渐变小（从线性拟合参数对比可以得出），说明相同煨烧温度条件下，氧化镁粉的燃烧时间越长，其活性均匀程度越好。由图3的氧化镁粉活性度线性拟合图可知，从拟合直线的斜率来看，M-I组即未二次搬烧氧化镁粉每组氧化镁粉活性度拟合直线的斜率最大，其他各组的拟合直线斜率均变大，并且随着搬烧时间增加，拟合直线斜率略有变小，说明搬烧温度相同时，搬烧时间越长，颗粒分布的集中程度有变大的趋势。柠檬酸中和时间可以反映氧化镁粉的活性程度大小，选用拟合直线与时间轴（Y轴）的截距来来反映其活性程度大小，其中截距越大，表示氧化镁粉的总体活性程度越低，反应速度越慢，反之越快；直线的斜率可以反应出氧化镁粉颗粒分布的集中程度：斜率越小说明颗粒分布的集中程度越大，斜率越大则说明氧化镁的颗粒分布集中程度越小。并由图3可知，M-4组900°C,2.0h的氧化镁粉活性度拟合曲线的截距最大，即随着燃烧时间的增加，拟合直线的截距依次增大，即随着煨烧时间的增加，氧化镁粉的反应活性程度逐渐降低。3.2 XRD测试结果与分析将各种煨烧时间下的氧化镁粉按2.2所述试验方法进行XRD即X射线衍射试验，其试验结果如图4所示。-MgOM-4,900,C,2hM-3,900,C,1.5hM-2,900。LOhM-l,or,OhO102030405060708020(o)图4不同煨烧时间下氧化镁粉的XRD图Fig.4XRDdiagramofMagnesiapowderunderdifferentcalcinationtimes由图4的不同煨烧时间下氧化镁粉的XRD图可知,所有氧化镁粉样品均在20=36.9°、42.9°>62.3°出现相同的衍射峰，说明煨烧时间的变化并不会影响其结晶结构，其中2=42.9°时衍射峰强度最高。衍射峰峰强高，峰形窄而尖锐说明MgO结晶较好，晶粒大，晶体较完整，活性较小；衍射峰峰强低，峰形较宽的Mgo存在一定的晶格畸变，晶粒小，活性较大。从图4可看出，不同搬烧时间下的氧化镁的衍射峰峰形都较窄，说明氧化镁的结晶程度都较好，但相同2。角所对应的衍射峰强不同，说明其结晶程度有变化。由图4可得，M-2、M-3、M4四组谱线对比可得，当在同一煨烧温度下，煨烧时间增加时，氧化镁的XRD谱线峰强随之略有升高，说明燃烧温度相同时，燃烧时间增加时，氧化镁的结晶程度有所变化，说明氧化镁粉随着燃烧时间增加，结晶完整性变好，晶粒尺寸变大，活性逐渐变低，与实际活性测试结果相符。相关研究表明，氧化镁的反应活性与氧化镁的结晶程度即晶粒尺寸和晶格畸变有关，氧化镁的晶粒尺寸越小，晶格畸变越大，晶体缺陷越多，则反应活性越好；相反，晶粒尺寸越大、晶格畸变越小，晶体结构越完善，则反应活性越差。3.3煨烧时间对氧化镁粉活性机理分析结合图3的柠檬酸中和试验及图4的XRD试验可知，在同一煨烧温度下，煨烧时间增加，氧化镁粉的反应活性程度降低相对较小。若采用拟和所得宜线的时间轴截距来定量衡量氧化镁粉的反应活性程度，由表3中数据可得，M-I与M-2燃烧温度相差100,但时间轴截距相差6.6Omin,M-2与M-3时间轴截距相差约1.94min,M-3与M-4时间轴截距相差约1.45min,对比可以发现，当煨烧温度相同时，时间每增加半小时，氧化镁粉反应活性相差不多，并且变化量随时间增加有减小趋势。原因分析如下：原本氧化镁粉处在初始结晶程度I时，氧化镁晶体结晶程度较低，反应活性较好，经900高温煨烧LOh后，受温度影响最大的部分发展到结晶程度2,结晶程度2的氧化镁晶体结构更完善，反应活性降低，煨烧时间越长，发展到结晶程度2的氧化镁晶体越多，但是，随着时间的增加，单位时间内可以转变到结晶程度2的晶体数量变少。最终结果是相同温度下搬烧时间越长，结晶程度2的氧化镁晶体越多，氧化镁粉整体反应活性降低越多，但是燃烧时间越长，单位时间内转变到结晶程度2的晶体量越少，所以氧化镁粉的反应活性降低程度越小。结晶程度相同的氧化镁晶体越多，氧化镁粉的反应活性均匀程度越好。宏观表现为，氧化镁粉的反应活性均匀程度越好以及氧化镁粉反应活性度曲线越接近直线。随着煨烧时间的增加，温度的作用趋于均匀，更多结晶程度1氧化镁晶体转变到结晶程度2的状态，氧化镁粉的整体结晶程度趋于均匀。宏观表现为，同一煨烧温度下煨烧时间越长，其活性分布越均匀。由于结晶程度1的氧化镁活性更高，燃烧时间较短时，高活性的氧化镁含量更多，总体表现为，煨烧时间短的氧化镁活性程度比煨烧时间长的氧化镁活性更高。4.试验结论(I)在相同煨烧温度下，氧化镁粉的反应活性均匀程度随燃烧时间的增加而变好，Ig烧时间越长，氧化镁粉反应活性越低。(2)在煨烧温度为900下，二次煨烧时间为1.5h得到的氧化镁粉反应活性程度比较理想，满足实验要求。参考文献：11李维翰，尚红霞，李盛栋.轻烧氧化镁粉的活性J.耐火材料，1993,27(5)：294-299.2秦麟卿，张联盟，黄志雄X射线衍射法测定氧化镁的活性及其水化产物J,分析仪器，2011,5：49-51.3徐建平，廖中清，曾凡清FTIRPAS法研究粉末氧化镁与笨甲酸作用后的表面性质与烧结性能的关系Ub光谱学与光谱析.1988,9(3)：20-24.4刘波，张相育，于桂云，等.活性氧化镁含量测定及其对制品影响J哈尔滨科学技术大学学报，1997,17(3)：111-113.5王宝和，范方荣，张文博，等.烦烧工艺对纳米氧化镁粉体活性的影响J.无机盐工业，2005,37(12)：15-16.(6李伟，陈文琳，吴跃，等.42CrMO钢加热时奥氏体晶粒长大演化规律J.材料热处理学报.2015,(1)：021.