毕业设计（论文）-硅酸二钙的分解性能研究.doc

毕 业 论 文学生姓名： 学 号： 学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 冶金工程 题 目： 硅酸二钙的分解性能研究 指导教师： 评阅教师： 2015年06月 河北科技大学毕业论文成绩评定表姓 名学 号110602218成 绩92.99专 业冶金工程题 目硅酸二钙分解性能研究指导教师评语及成绩成绩：95 该学生在毕业设计环节表现优秀，在按时完成自己的课题内容的情况下，还积极参与了实验室的其他相关工作，动手能力和动脑能力相对较强，具有较好的科研能力。论文研究内容正确，达到了预期的实验目标，论文层次结构合理、格式正确，达到了学校的相关要求，同意参加答辩。 指导教师：孙会兰 年 月 日评阅教师评语及成绩成绩：95 论文选题合理，内容充实，做了大量文献阅读，和认真做了实验，实验数据精确，实验过程正确，能够将理论所学与实际应用相结合，是一篇较好的论文。 评阅教师：张学政 年 月 日答辩小组评语及成绩该生能在规定时间内熟练、扼要地陈述论文的主要内容，回答问题时反映敏捷，思路清晰，表达准确。答辩小组经过充分讨论，根据该生论文质量和答辩中的表现，同意评定论文为优秀。答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 注：该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书（论文）中。毕 业 论 文 中 文 摘 要由于铝优良的性能和丰富的资源，铝工业发展很快。经过科研人员多年的努力，我国氧化铝技术水平与世界氧化铝工业先进技术之间的距离已经有所减小，但矿石资源日渐减少的问题已经越来越显著，因此使用低品位铝土矿或粉煤灰等废渣通过石灰烧结法生成氧化铝，对我国的铝土矿资源的回收和再利用有非常重大的意义。在采用石灰烧结法生成氧化铝的工艺过程中，出现的主要难题就是氧化铝的溶出率低。出现这一结果的主要原因之一就是型硅酸二钙（简写为-C2S）的分解，即发生“二次反应”，造成氧化铝损失，因此研究-C2S的分解性能，控制-C2S的分解对于提高氧化铝的溶出率相当重要。本文研究了溶出温度、溶出时间、碳碱浓度、苛碱浓度、液固比对硅酸二钙分解性能的影响，并考虑了实验效率和实验成本，得出：当碳碱浓度NC=65g/L、苛碱浓度NK=85g/L、分子比K=1.7、溶出温度T=80、转速r=500r/min、溶出时间t=2h时，可以使-C2S分解量最大。关键词： 氧化铝 铝土矿 石灰烧结法 -C2S 二次反应毕 业 论 文 外 文 摘 要Title The study on the decomposition performance of the 2CaOSiO2 AbstractAluminum resource is rich, Because of its excellent properties, the development of aluminum industry is very rapid. After years of efforts of researchers, the gap of alumina industry between China and developed countries has been significantly reduced, but the problem of the poor ore resources is more sercious than before. Therefore, in order to produce alumina from the low grade bauxite or the waste such us fly ash, there is a great sense to expand the scope of utilization of bauxite resources by using the lime sintering method. In the process of lime sintering method , the most sercious problem is the low leaching rate. One of the main reasons contributing to this outcome is the decomposition of -2CaOSiO2 (shorthand for -C2S), and it will couse the “second reaction”, which contributs to the losing of alumina. Therefore it is quite important to control the decomposition of -C2S by studying the decomposition performance of -C2S.Considering the cost efficiency of the experiment, only the influence of dissolution temperature, dissolution time, the concentration of carbon base, caustic alkali, and the concentration of liquid to solid ratio on dicalcium decomposition performance were studied in this paper, the most excellent conditions of the max decomposition property we get are: NK=85g/L,NC=65g/L,K=1.7,T=80,r=500r/min,t=2h.Keywords：alumina bauxite lime sintering method -C2S the “second reaction” 本 科 毕 业 论 文 第 II 页 共页目 录第一章 绪论1 1.1 我国铝土矿资源现状1 1.2 石灰烧结方法概述.2 1.2.1 石灰烧结法原理2 1.2.2 石灰烧结法的特点2 1.2.3 石灰烧结法提取氧化铝的相关研究3 1.3 二次反应概述.4 1.3.1 二次反应的实质.4 1.3.2 二次反应相关研究.5 1.4 课题的提出和主要研究内容.6 1.4.1 课题的提出.6 1.4.2 主要研究内容.6第二章 实验研究方法.7 2.1 反应原理.7 2.2 仪器及药品.7 2.3 实验过程.11 2.3.1 实验前试剂准备.11 2.3.2 实验原料及用液.13 2.3.3 实验过程.14 2.4 测试方法.15第三章 实验结果与讨论.16 3.1 溶出温度对硅酸二钙分解性能的影响.16 3.2 溶出时间对硅酸二钙分解性能的影响.17 3.3 碳碱浓度对硅酸二钙分解性能的影响.18 3.4 液固比对硅酸二钙分解性能的影响影响.19 3.5 苛碱浓度对硅酸二钙分解性能的影响.20结 论.22致 谢.23参 考 文 献.24 本 科 毕 业 论 文 第 27 页 共 26 页第一章 绪论1.1 铝土矿资源现状与研究背景我国铝土矿资源储存量占世界总储存量的2.3%1，铝土矿的产量占世界铝土矿产量的11.3%。铝土矿储量约25.50亿吨，但只占到世界储存总量的3%左右，但是产量却超过了全球的30%2。我国氧化铝的产量由2005年的850万吨迅速增加到2014年的4777.3万吨3，产能已经出现过剩的现象，但是我国已探明的铝土矿资源相对短缺，尤其是改革开放以来我国铝工业发展迅速，铝土矿资源的储存总量日渐减少越来越令人担忧4。地壳中包含的所有金属元素中，铝仅次于铁，由于铝及其合金具有优良的性能，于是成为了国民经济中重要的基础原料，其中铝的主要来源是铝土矿5。而铝土矿在耐火材料、建材以及氧化铝工业中都具有非常重要的地位。中国铝土矿资源的主要特点主要是氧化铝含量高、二氧化硅含量高、铝硅比较低等。但是我国的铝土矿资源短缺，铝土矿资源对从国外进口存在相当大的依赖，并且铝土矿石品位越来越低严重影响了我国铝工业的发展。在我国，铝土矿资源分布比较集中，有利于对资源的开采和建设较大规模的厂区；并且矿石储存相对古老，蕴藏在较深的地壳深度。但是对于利用方面我国的铝土资源和技术并不占有优势，在国内对铝土矿资源存在的不必要的损失是相当严重的；前面提到，由于国内铝土矿资源的储存深度较深，所以可以用来直接开采和使用的铝土资源是很有限的；在可以开采使用的铝土矿石资源中主要的矿物粒度很小，形成了很紧密的镶嵌关系，这就就给后期对于矿石的洗选带来了很大的困难。改革开放以来，我国对于重工业的发展尤为重视，引进新技术填补国内空白，与此同时我国对矿产资源的需求量也在急剧地增加，但是因为我国铝土矿石资源可以直接用来开采和储存的数量相对较少，重工业中占据重要地位的铝工业对铝土矿资源的消耗急剧增加，铝土矿的使用量位居世界前列，再加上我国铝土矿资源的过度开采和浪费的情况越来越严重，可利用的矿产资源越来越少，矿产资源蕴藏量越来越令人担忧6，同时铝土矿在供需中出现的矛盾也越来越突出7。近年来，经过科研攻关和企业的不懈努力，我国氧化铝工业发展迅速，氧化铝产量已经达到较高的水平，已经超过了世界氧化铝总产量的30%，并且增长速度仍然在快速上升8，铝土矿资源的使用量也在随着国民经济的发展快速增多，对铝土矿资源的需求越来越强烈。铝土矿资源的逐年减少，需求逐渐增多，铝土矿资源终将面临枯竭，铝土矿资源的现状令人担忧。为了国民经济的可持续发展和我国铝工业的长久和细腻发展，我们应该充分考虑国内的铝土矿现状，并以此为出发点，综合利用好矿石资源，优化氧化铝的产业布局，降低生产氧化铝的成本，为节省资源和保护环境创造了有利条件9。1.2 石灰烧结方法概述1.2.1 石灰烧结法的原理石灰烧结法（又称铝酸钙法）是一种技术较为成熟的氧化铝提取方法，适用于粉煤灰10、高岭土11、赤泥12、铁铝共生矿13等含铝矿物。主要由配料烧结，氧化铝溶出，脱硅，碳酸化分解，Al2O3的制备五个步骤组成。主要反应如下：7(3Al2O32SiO2)+64CaCO33(12CaO7Al2O3)+14(2CaOSiO2)+64CO2 (1)将烧结后的熟料在室温下快速冷却，熟料中大量的-C2S向-C2S晶体转变的过程中体积会膨胀12%15，从而得到自粉性较好的熟料。再加入一定浓度的Na2CO3溶液对其进行浸出，氧化铝即由固相进入液相中。主要反应如下： 12CaO7Al2O3+12Na2CO3+33H2O14NaAl(OH)4+12CaCO3+10NaOH (2)同时溶液中发生如下反应： 2CaOSiO2+2Na2CO3+H2O2CaCO3+Na2SiO3+2NaOH (3)由于Na2SiO3会与NaAl(OH)4反应生成铝硅酸钠沉淀，造成Al2O3和碳碱的损失，故需对溶液进行脱硅处理。具体方法是在溶液中添加石灰乳使Na2SiO3转变为铝硅酸钙沉淀14。其反应如下：3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+xNa2SiO3+4H2O 3CaOAl2O3xSiO2(6-2x)H2O+2(1+x)NaOH (4)最后向溶液中通入CO2气体，偏铝酸钠遂即与之反应而结晶析出氢氧化铝沉淀。将氢氧化铝进一步煅烧即可得到氧化铝。相关反应如下： 2NaAl(OH)4+CO22Al(OH)3+Na2CO3+H2O (5) 2Al(OH)3Al2O3+3H2O (6)1.2.2 石灰烧结法的特点相比碱石灰烧结法等其他氧化铝生产方法，石灰烧结法生产氧化铝具有以下几个特点：(1)采用石灰石或石灰配料不需要消耗纯碱。烧成反应的主要产物是12CaO7Al2O3和-2CaOSiO2。(2)炉渣或熟料在冷却过程中，由于硅酸二钙发生相变，即由-2CaOSiO2转变为-2CaOSiO2，体积膨胀12%（比重由3.4变为3.1）15，炉渣自行粉碎为细粉，可大大简化或完全不用破碎和细磨即可进行溶出。(3)溶出后的赤泥，其主要成分为-C2S和碳酸钙，且其碱含量在0.69%0.79%之间，氧化铝含量在4%7%之间，符合生产水泥的要求。(4)铝酸钙烧结法可以实现干法或半干法喂料，能耗明显低于现行的碱石灰烧结法。不足之处在于渣量较大，石灰石消耗较多，且要求一定钙比；实际生产中氧化铝溶出率相比纯12CaO7Al2O3溶出率差距较大。1.2.3 石灰烧结法提取氧化铝相关研究在烧结工艺中，主要目的是通过石灰石与含铝矿物的混合高温煅烧，活化矿物中的Al2O3，改善氧化铝的溶出率16；同时利用煅烧熟料中大量的-C2S向-C2S晶体转变引发的体积膨胀获得粒度较好的自粉料。张佰永17等人通过对CaO-Al2O3-SiO2三元系相图的论述，认为12CaO7Al2O3是提取氧化铝的最理想的铝酸盐。薛冰18等人的研究指出：在烧结温度1360，保温时间1h，生料中C/A为1.9时，熟料中主要为12CaO7Al2O3和-C2S，且自粉率和溶出率较好。在浸出过程，由浸出反应原理可知：提高浸出温度和较高浓度的Na2CO3，可以提高氧化铝进入溶液的量，即提高氧化铝的可溶性。但二次反应发生的程度也相应提高，损失部分氧化铝，同时导致溶液中硅含量过高，对后续脱硅带来困难，还会引起赤泥变性和膨胀，影响赤泥沉降性能，因此浸出温度与Na2CO3浓度应适中19 , 20。浸出时间太长，可以延长铝酸钠溶液与赤泥的接触时间，加重二次反应的发生，氧化铝溶出率降低；但浸出时间过短，会造成熟料中的氧化铝不能充分溶出，故浸出时间应合理选择。液固比较大会增加浸出试剂的消耗量，较小会使溶液的粘度提高，从而影响溶出率及后续过滤等，故液固比的大小也应合理考虑21。阳勇福44等人研究得出的最佳工艺参数为：浸出温度55，浸出时间40min，液固比为3.5，Na2CO3浓度为8%。在这种情况下，氧化铝的浸出率达到67%。当采用超声波强化浸出过程中，发现其空化作用能够减少溶出用液的碳碱浓度，减少浸出时间，降低浸出温度23。佟志芳24等人利用微波辐射溶出铝酸钙炉渣，发现氧化铝溶出率随着微波辐射功率的提高而增加，且溶出速率较传统加热方式快得多。在氧化铝的溶出率相同情况下，微波浸出可减少溶出用液的碳碱浓度，减少浸出所用的时间。1.3 二次反应概述1.3.1 二次反应的实质2CaOSiO2在常温下的通常分为型和型，其中前者出现最多的是在采用碱石灰烧结法生产氧化铝的熟料烧结过程中，后者主要存在于用石灰烧结法处理铁铝共生矿、粉煤灰、低品位铝土矿提取氧化铝的烧结熟料中。在碱石灰烧结法生产氧化铝过程中，烧结熟料中含有约30%的-2CaOSiO2，它可以在熟料溶出的过程中发生分解，并与铝酸钠发生反应，降低氧化铝的浸出量，这种造成损失的过程就叫做“二次反应”。二次反应造成氧化铝损失的主要原因是溶液中的氧化铝与分解的SiO2结合形成了难溶的钠硅渣（Na2OAl2O31.7SiO2nH2O）和水化石榴石（3CaOAl2O3nSiO2mH2O）。在实际工业生产过程中，此反应造成的未进入溶液的氧化铝损失量达6%10，尤其是在所选的浸出条件不合适的时候，未进入溶液的氧化铝的量会更大25。在水中仅能溶解很少的-2CaOSiO2，但偏碱性的溶液能与2CaOSiO2反应，使其部分或全部可以在碱性溶液中溶解。目前，学术界对于引起硅酸二钙分解的主导因素尚无统一的定论，铝酸钠溶液中主要含有NaOH，Na2CO3和NaAl(OH)4，因此几种观点可依次归纳如下26。（1）硅酸二钙的分解主要由NaOH引起。持这种观点的人认为，硅酸二钙的分解反应是： 2CaOSiO2+2OH-+2H2O=2Ca(OH)2+H2SiO42- (7)（2）硅酸二钙的分解主要由Na2CO3引起。持这种观点的人认为，硅酸二钙的分解反应是：2CaOSiO2+2CO32-+2H2O=2CaCO3+H2SiO42-+2OH- (8)（3）硅酸二钙的分解主要由NaAl(OH)4引起。持这种观点的人认为，硅酸二钙的分解反应是： 3(2CaOSiO2)+4Al(OH)4-+2H2O=2(3CaOAl2O34H2O)+H2SiO42-+2OH- (9)由此可见，在适宜的条件下以上三种物质均有可能分解硅酸二钙。1.3.2 二次反应相关研究对于二次反应，国内外学者经过大量研究后，找到了许多能降低二次反应发生的措施，如：低苛性比溶出、对于碳酸钠溶液浓度的控制、适宜的浸出温度、赤泥快速分离、二段磨溶出取得了一定的效果，但浸出过程中的二次反应造成的未进入溶液的氧化铝损失量仍然很大。陈滨和李小斌等人27，得到了二次反应的动力学方程和硅酸二钙在NaOH、NaAl(OH)4和Na2CO3溶液中的稳定性强弱顺序：NaOHNaAl(OH)4Na2CO3。毕诗文等人28认为“单独的Na2CO3溶液可以使硅酸二钙彻底分解”。康立武和佟志芳等人29进行了碱石灰烧结法工艺中的抑制二次反应添加剂的研究，筛选出了适宜的添加剂，并考察了添加剂对后续的沉降工序的影响。张程忠等人31，系统钻研了石灰烧结法生产氧化铝工艺中使用加入添加剂来抑制二次反应的问题，通过实验室初步筛选、扩大试验和工业化试验，找出了可以工业应用的添加剂，并研究了添加剂的作用机理。于海燕等人28针对聚丙烯酸酯钠抑制二次反应的机理进行了研究，指出了添加剂的吸附行为的“L”型二次反应机理，并得到了表面压强和吸附层面积的关系曲线。分析以上前人的研究发现，他们的研究的对象都是传统的中等品位铝土矿烧结熟料的二次反应，熟料中的硅酸二钙是型，溶出用调整液的特点是：碳钠浓度低，苛碱浓度和铝酸钠浓度高。而铝酸钙法生产氧化铝工艺则采用粉煤灰等废渣或铁铝共生矿等为原料，其烧结熟料中的硅酸二钙为型，溶出用液中的碳酸钠浓度较高，苛碱浓度和铝酸钠浓度低。因此不能把-2CaOSiO2分解造成二次反应损失氧化铝的相关研究结论牵强地套用到铝酸钙法生产氧化铝工艺中。任根宽32研究了粉煤灰烧结熟料的二次反应问题，指出通过控制适宜的溶出条件，可以在某种程度上抑制二次反应的发生。但是其研究中使用的烧结熟料中的硅酸二钙为型和型的混合物，前者的活性大于后者，因此，此物料在溶出过程中对二次反应起主要作用的是-2CaOSiO2，论文作者也持相同观点。但是，作者没有对该体系的二次反应机理、添加剂的抑制机理以及添加剂对后续工序的影响等问题作深入研究。通以上可以看出，型硅酸二钙在碱性溶液中的活性不如型硅酸二钙，但溶出铝酸钙熟料所用溶液几乎为单独的Na2CO3溶液（Na2OC 100120g/L, Na2OC为Na2CO3以中Na2O的质量计算的浓度）。因此，有必要研究熟料在用高碳钠浓度溶液溶出时，-2CaOSiO2的稳定性，并探讨熟料的二次反应机理。然而迄今为止，关于二次反应的研究多集中在铝酸钠溶液（Nc=20g/L左右）中-2CaOSiO2的分解，尚未有对-C2S在富含碳酸钠溶液（Nc=100g/L120g/L）中的分解活性的定量研究，而-2CaOSiO2是用于生产氧化铝的铝酸钙熟料的主要物相组成之一，它在溶出过程中的稳定性将直接影响到氧化铝的回收，开展这方面的研究对提高石灰烧结法熟料的氧化铝溶出率具有重要的理论和实际意义。1.4 课题的提出和主要研究内容1.4.1 课题的提出由于使用石灰烧结法生成氧化铝的过程中氧化铝的溶出率很低，在很大程度上阻碍了用石灰烧结法生成氧化铝的工业的推广，相应的阻碍了我国氧化铝工业的发展。而造成氧化铝溶出率低的主要原因是-C2S的分解以及由于其分解所引起的二次反应，因此，本文研究了浸出温度和保温时间等因素对硅酸二钙合成的影响，为控制硅酸二钙的分解，提高石灰烧结法生成氧化铝的过程中氧化铝的溶出率奠定前期的理论基础。1.4.2 主要研究内容本文针对-C2S在Na2CO3溶液中分解引起二次反应的问题，首先研究温度、浓度、时间等因素对-C2S分解量和分解规律的影响；然后，通过XRD方法深入研究-C2S的分解规律。具体概括为以下两点：（1）研究浸出温度、浸出时间、碳碱浓度、苛碱浓度等因素对型硅酸二钙分解性能的影响；（2）通过硅钼蓝比色法计算型硅酸二钙分解程度，确定其分解性能。第二章 实验研究方法2.1 反应原理硅酸二钙与铝酸钠溶液的反应属于液-固反应，其主要反应方程式为： 2CaOSiO2+2OH-+2H2O=2Ca(OH)2+H2SiO42- (10) 2CaOSiO2+2CO32-+2H2O=2CaCO3+H2SiO42-+2OH- (11) 3(2CaOSiO2)+4Al(OH)4-+2H2O= 2(3CaOAl2O3SiO24H2O)+H2SiO42-+2OH- (12)当溶液中的硅酸钠含量达到一定含量时可按下式反应生成不溶性铝硅酸钠或水化石榴石，造成氧化铝的损失： 3Ca(OH)2+2Al(OH)4-+xH2SiO42-= 3CaOAl2O3xSiO2(6-2x)H2O+2(1+x)OH-+2xH2O (13) 2H2SiO42-+2Na+2Al(OH)4-=Na2OAl2O32SiO22H2O+4OH-+2H2O (14)3(2CaOSiO2nH2O)+5Al(OH)4-+Na+=2(3CaOAl2O3SiO24H2O)+ 1/2(Na2OAl2O32SiO22H2O)+4OH-+(3n-1)H2O (15)2.2 仪器及药品1）电子天平本实验使用电子来作为称量设备。厂家：福州华志科学仪器有限公司。型号：HZK-FA110型号电子天平。该天平的精度很大，可以精确到万分之一位，能从最大限度上减少实验的误差，使实验趋于准确，电子天平如图2.1所示。 图2.1 电子天平 图2.2 混料机2）混料机本实验需要使用混料机对药品进行混合。厂家：MTI CORPORATION。型号：SFM-2。工作电压：220V。工作频率：50/60Hz。重量：63kg。编号：No.WM030845。出厂日期：10/17/2012。该混料机可以对所混和的化学药品进行额定时间和额定转速的情况下进行混料，使化学药品混合的更加充分，降低实验误差的目的，混料机如图2.2所示。3）高温烧结炉本实验由于不同阶段所使用烧结炉不用，共使用了两组烧结炉。第一种烧结炉为节能箱式电炉。厂家：天津市中环实验电炉有限公司。型号：XS-G04133。额定功率：4kW。额定电压：220V。额定温度：1300。炉膛尺寸：250*150*100mm。相数：单相。接线方式：串联。制造日期：2013年3月。重量：80kg。该炉是为使用Ca(OH)2制作CaO时所使用的烧结炉，可以达到所需的时间和温度，使用方便简单，该炉如图2.3所示。第二中烧结炉为高温大烧结炉。厂家：MTI CORPORATION。型号：KTL-1700X-AZ。额定功率：5.2kW。额定电压：220V。额定温度：1700。额定频率：50Hz。炉膛尺寸：200*200*200mm。制造日期：2013年3月8日。出厂编号：No K714021AZ。该炉为使用CaO和SiO2制得Ca2SiO4时所使用的烧结炉，也可以达到指定的时间和温度，使用方便简单，并且能达到的温度可以更高。该炉如图2.4所示。 图2.3 高温烧结炉 图2.4 高温烧结炉4）干燥箱本实验使用101型鼓风干燥箱作为烘干设备。厂家：伤害胜启仪器仪表有限公司。该干燥箱可以用来对实验仪器、烧杯、试管，和沉淀物的干燥，也可以用来进行加速化学反应，同时，该干燥箱可以选择是否进行鼓风，由于调节温度可以在调节温度的控制面板上的按钮进行对干燥箱内部的温度进行调节。设备如图2.5所示。 图2.5 101型鼓风干燥箱 图2.6 搅拌器5）搅拌器本实验搅拌所使用的是SXJQ-1型数显直流无极调速搅拌器。厂家：上海瑞兹仪器设备有限公司。功率：90W。出厂编号：140120122。将聚四氟乙烯搅拌桨固定在电极上，由控制仪控制搅拌速度，电极的转速可控制在01200r/min，可使搅拌物充分混合以及加速反应的进行，该搅拌器配有LED转数显示器，通过该显示器可以非常方便且直观的观察以及控制搅拌器的转数，增加了实验的准确性。设备如图2.6所示。6）电阻炉本实验使用万用电炉作为加热设备。厂家：天津市兴水科学仪器厂。万用电炉的作用为加热实验过程中使用的溶液，并且在配置BaCl2时候也需要用万用电炉对蒸馏水进行加热来出去蒸馏水中的CO2，防止生成BaCO3。该设备下有温度调节装置，用于该炉的温度调节，使用方便简洁。设备如图2.7所示。 图2.7 万用电炉 图2.8 电子恒温不锈钢水浴箱7）水浴箱本实验所使用的保温设备为电子恒温不锈钢水浴箱。厂家：上海宜昌一起纱筛厂。规格：六孔。1500W的功率。220V作为额定功率。在溶出过程中，需要用到电子恒温不锈钢水浴箱来保持一定温度，该设备可以长时间保持在同一恒定温度，并且下有温度调节装置，该设备进度很大，温度可以精确到小数点后一位，减小了温度所带来的误差，提高了实验的准确性。该设备如图2.8所示。8）分光光度计本实验用来测试药品分解度的实验设备为可见分光光度计。厂家：上海精密科学仪器有限公司。工作电压为220V。频率为50Hz。额定功率为40W。仪器编号：070412090010。在溶出过程完成之后，需要对其溶液进行比色，查看溶液的吸光度，经过计算后得到溶液中药品的分解度。设备如图2.9所示。图2.9 可见分光光度计9) 冶金强化浸出装置本实验使用冶金强化浸出装置来溶解不易溶解的化学药品。在配制溶液时，有些化学药品难以溶解，或溶解速度太慢，那么就可以用冶金强化浸出装置来加速化学药品的溶解，来提高实验效率。冶金强化浸出装置如图2.10所示。图2.10 冶金强化浸出装置另外，本实验仪器：1L烧杯1个，500mL烧杯2个，1L量筒1个，10mL量筒1个，50mL量筒1个，玻璃棒若干，抽滤瓶1个及配套的塞子和漏斗，10L放水瓶，5L放水瓶，5mL移液管3个，250mL三口瓶2个，锥形瓶4个，比色皿4个，洗瓶若干，胶头滴管若干，吸耳球若干，毛刷若干。本实验所需的药品：氢氧化钙，石英砂，碳酸钠，氢氧化钠，氢氧化铝，浓硫酸，盐酸（3mol/L），硫酸亚铁铵，草酸，钼酸铵，高锰酸钾。以上药品均为分析纯。2.3 实验过程本实验主要采用的是高温烧结法制备硅酸二钙，对其进行XRD测试，并进行溶出实验，溶出后的溶液用硅钼蓝比色法进行比色来测得分解率。2.3.1 实验前试剂准备（1）需标定的滴定溶液制备EDTA溶液：将乙二胺四乙酸二钠19.7250g制得1L的EDTA溶液（0.05299mol/L）,乙二胺四乙酸二钠不易溶解。NaOH溶液：将10.232g NaOH加入到1L蒸馏水中溶解制得的NaOH溶液（0.2558mol/L），NaOH易溶解，但需要注意的是NaOH需要煮沸后无CO2的蒸馏水溶解，防止产生Na2CO3，并且NaOH需要快速称取，防止从空气中吸收水分和二氧化碳。HCl溶液：取质量分数为35%-38%的浓HCl（约12mol/L）13.44mL配置成1LHCl溶液（0.1613mol/L）Pb(AC)2溶液：将12.80099741g三水合醋酸铅配置成1L Pb(AC)2溶液（0.03377mol/L）（2）不需要标定的溶液BaCl2溶液：将50gBaCl2加入到经过煮沸的蒸馏水中溶解，冷却到室温之后稀释到1L，摇匀后使用。醋酸-醋酸钠：将121g无水NaAC溶解到水中，加入9mL冰醋酸，稀释到1L，摇匀后使用。水杨酸钠：将100g水杨酸钠溶解，稀释到1L，摇匀后使用（3）指示剂配置混合指示剂：将0.25g酚酞溶解到25mL酒精中，0.005g次甲基蓝溶解到25mL酒精中，混合后使用。二甲酚橙：将0.5g二甲酚橙溶解到50mL蒸馏水中。绿光酚酞指示剂：将1g酚酞溶解到100mL无水乙醇中配置成酚酞（1%），然后将0.025g二甲基磺溶解到25mL酒精；0.025g次甲基蓝溶解到25mL酒精中制得绿光指示剂，将酚酞和绿光指示剂1:1混合制得绿光酚酞指示剂。（4）比色液所用溶液10%钼酸铵溶液：25g钼酸铵用热水（50-70）溶解，冷却至室温，稀释至250mL。 6%草酸溶液：60g草酸用水溶至1000mL。6%硫酸亚铁铵溶液：6g的硫酸亚铁铵加入纯水溶解后加入适量浓硫酸，定容到100mL的容量瓶中。（5）混合指示剂（1%酚酞及0.02%次甲基蓝酒精溶液混合液）：把0.25g酚酞溶解于25mL的酒精中，再将0.005g次甲基蓝溶解于25mL的酒精，然后将两中混合液进行混合便得。绿光酚酞指示剂：将酚酞（1%）与绿光指示剂（0.1%二甲基黄与0.1%次甲基蓝酒精溶液混合）按1:1的比例进行混合。酚酞（1%）：将0.5g酚酞溶解到50mL的乙醇溶液中。绿光指示剂（0.1%二甲基黄与0.1%次甲基蓝酒精溶液混合）：0.025g二甲基黄溶于25mL酒精，0.025g次甲基蓝溶于25mL酒精。2.3.2 实验原料及用液物料准备，即硅酸二钙的制备，称取Ca(OH)2，将其放入到石玉坩埚中，将坩埚放入到节能箱式电炉中烧结，在1000时保温150min得到CaO，将块状的SiO2用磨料机磨碎至200目以下，并称取SiO2放入到101型鼓风干燥箱进行干燥，以摩尔比CaO:SiO2=2:1称取相应物料放入混料罐中，在140r/min的转速下混料2h，将混合后的物料放入石墨坩埚中，于KSL-1700X电阻加热炉中烧结，在1500下保温60min，等到KSL-1700X电阻加热炉炉膛内温度降低到100时，将石墨坩埚取出，得到所需熟料。溶出用液是采用工业氢氧化铝、分析纯氢氧化钠以及分析纯碳酸钠配制而成的高碳碱浓度的铝酸钠溶液。首先，将原料按计算值称量，分别配制成一定浓度的铝酸钠浓溶液和碳酸钠溶液。然后按照计算称量后将两种溶液稀释后混匀，补加蒸馏水稀释至所需浓度，使用时准确分析其浓度。由于高炉渣溶出时得到的铝酸钠溶液采用碳酸化分解工艺，碳分后的循环母液再返回去溶出新的高炉铝酸钙渣，所以溶出实验模拟铝酸钙炉渣溶出用调整液的成分见表2-1。表2-1 溶出用调整液成分成份NcNkAOK含量（g/L）656562.91.7表2-1中各符号表示的意义如下。Nc：指铝酸钠溶液中的碳碱浓度，它是以氧化铝表示的碳酸钠的量，g/L。Nk：指铝酸钠溶液中的苛碱浓度，它是以氧化铝表示的氢氧化钠的量，g/L。AO：指铝酸钠溶液中的氧化铝浓度，g/L。K：苛性比，指铝酸钠溶液中Na2O与Al2O3的摩尔数之比。在本文研究中所用的溶出用液化学成分除特殊说明外均与表2-1相同。2.3.3 实验过程 1、取100mL调整液放入三口烧瓶中。3、将三口烧瓶固定在搅拌机上，放入恒温水浴箱，用500r/min的转速搅拌，预热15min。4、用电子天平称取一定量固体粉料，加入三口烧瓶中，开启搅拌器。5、搅拌一定时间之后，取溶出液，用滤纸过滤20-30mL上清液留用。6、三口瓶中的溶出物用循环水式真空泵抽滤，用热蒸馏水（加热到70-80，防止固相析出）洗涤5-6次，得到滤渣。7、将滤渣用鼓风式干燥箱干燥，留用。8、待滤液冷却至室温时，用滤液将5mL移液管洗涤2-3次，移取5mL滤液至100mL容量瓶中，并用蒸馏水定容，摇晃均匀。9、取4个三口瓶并标号，用移液管分别取5mL定容后的液体放入三口瓶中。10、将1号和2号三口瓶加入8mL的EDTA和12mL的HCl，加蒸馏水至70-80mL，放在电阻炉上煮沸2-3分钟。11、煮沸后加入5滴混合指示剂，溶液呈浅蓝色，用NaOH溶液滴定，致使溶液呈现蓝紫色，记下NaOH的体积。12、再将15mL醋酸-醋酸钠缓冲液加入进去，溶液会变成滴定前的颜色。加入2滴二甲酚橙指示剂，溶液呈橙色。13、用Pb(AC)2标准液滴定至溶液呈紫红色即为终点，记下Pb(AC)2的体积。14、3号和4号三口瓶中分别加入40mL的BaCl2溶液和10mL的水杨酸钠溶液，加2滴绿光酚酞指示剂，成紫红色，用HCl标准液滴定，当溶液顺变为浊绿色的时候，视为滴定终点，此时记下HCl体积，并做记录。15、 用标准液滴定所测得的数据，计算出Al2O3的溶出率及苛碱的数量 （16） （17）（HCl为3，4号三口瓶滴定盐酸） （18）其中n指的是待测液稀释倍数，为滴定中原溶液的体积，这里n=20，V取=5 （19）其单位为g/L，其中Al2O3%指的是炉渣中的百分含量。16、取100mL的小烧杯，用纯水清洗3次，干燥后标号，去少许滤液加入到小烧杯中，加入少许纯水，之后每个小烧杯中加入经过计算的量的HCl，加纯水到20mL左右，在万用电炉上加热，待溶液煮沸后逐滴加入高锰酸钾溶液至红，继续加热，待高锰酸钾颜色褪去后放入冷却槽，冷却后的溶液加入到100mL容量瓶中，每个容量瓶各加入5mL钼酸铵溶液，摇匀后静置10分钟，将6%硫酸亚铁铵溶液和6%草酸溶液混合到250mL烧杯中，向容量瓶加入20mL还原混合液，用纯水定容到100mL，摇匀后静置15分钟，静置后开始比色，用可见分光光度计进行比色，并记录示数。2.4 测试方法（1）X-射线衍射（XRD）本实验通过对所制备的熟料进行XRD检测，从而确定所得熟料即为纯-C2S，为后续试验的进行提供物料准备。（2） 硅钼蓝比色法对反应后的溶出用液进行硅钼蓝比色法分析，结合二氧化硅标准工作曲线及试验所得吸光度示数即可得出溶液中二氧化硅浓度，进而求得-C2S的分解率。第三章 实验结果与讨论对高温烧结炉中制得的熟料进行XRD分析，结果表明所得熟料为纯-C2S，满足本实验的原料要求。详见图3.1。图3.1 熟料的XRD衍射图谱3.1 溶出温度对硅酸二钙分解性能的影响对硅酸二钙进行模拟溶出实验，溶出条件：碳碱浓度Nc=65g/L，苛碱浓度NK=65g/L，分子比K=1.7 ，溶出时间2h，搅拌强度500r/min，液固比L/S=8.57，探究不同溶出温度对-C2S分解性能的影响。实验结果如下：表3-1 溶出温度对-C2S分解性能的影响溶出温度75788083859095SiO2（g/L）1.59962.32692.51022.121.52271.41041.0438-C2S分解率3.93%5.72%6.17%5.21%3.74%3.47%2.56%图3.2 溶出温度对-C2S分解性能的影响